超高分子量聚乙烯(UHMWPE)通常是指分子量超过150万的聚乙烯,极大的分子量使分子链大量缠结,高缠结度造就了异于常规聚乙烯的优异性能,特别是耐磨性,自润滑性和抗冲击等性能,应用于航空、航天、航海、空港运输、军队防护安全等领域。但是当遇到火灾时,它也存在着与聚烯烃相同的问题,极易燃烧,威胁人们的生命财产安全。因此,设计开发适用于UHMWPE且具有高阻燃性的阻燃剂是解决上述问题的关键。本文选用可膨胀石墨(EG)与聚磷酸铵(APP)复配对UHMWPE进行无卤阻燃改性,探究了复合材料的燃烧性能与力学性能。由于EG与APP在阻燃过程中具有阻燃剂添加量大和劣化力学性能等问题,因此本文还通过接枝小分子阻燃剂、包覆硅树脂以及包覆聚多巴胺的方式对EG进行表面改性,意在增强UHMWPE/APP/EG的阻燃性能与机械性能。采用垂直燃烧、极限氧指数、锥形量热仪、扫描电镜、热重分析、万能力学试验、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等测试手段对改性EG的物性以及UHMWPE/APP/EG的燃烧性能和机械性能等进行表征分析。得到的主要结论如下:(1)利用可膨胀石墨(EG)与聚磷酸铵(APP)复配对UHMWPE进行阻燃改性,重点探讨达到V-0级别时EG与APP的最小添加量、最佳的复配比例和协同效应。结果表明,EG与APP具有一定的协同阻燃效应,EG与APP复配显著提升成炭性;当总添加量为25%时,UHMWPE/APP/EG复合材料能够达到V-0级别,并且EG与APP复配比例为2:1时,UHMWPE/APP/EG复合材料极限氧指数为31.8%,热释放速率最低;随着EG的比例增加,UHMWPE/APP/EG复合材料力学强度有所下降。(2)选用EG作为主要改性对象,通过在EG表面接枝小分子磷系阻燃剂(DOPO)制备DOPO改性可膨胀石墨(EG-g-DOPO),DOPO接枝到EG上的最大接枝率为6.54%;将EG-g-DOPO与APP以2:1的比例加入到UHMWPE,当添加量为20%时便能够使UHMWPE达到V-0级别,极限氧指数达到30.6%,且热重残炭也可以达到16.1%;EG-g-DOPO能够显著降低阻燃材料的热释放速率,增加燃烧产物残炭量,形成致密炭层。(3)采用新型生物基阻燃剂聚多巴胺(PDA)对EG进行表面处理,制备出了包覆聚多巴胺的可膨胀石墨(EG@PDA),其热稳定性非常好,在高温下残炭率也可以达到75.3%;将EG@PDA与APP加入到UHMWPE中时,20%的总添加量就可以使UHMWPE达到V-0级别,极限氧指数高达29.2%;EG@PDA在高温时存在的自由基阻燃机理能够明显降低阻燃材料的热释放速率和烟气释放量;PDA的存在能够解决EG与UHMWPE相容性差的问题,显著提升UHMWPE复合材料的力学性能。(4)采用正硅酸乙酯(TEOS)和硅烷偶联剂(MPS)包覆EG,制备了硅树脂包覆的EG(SEG)。SEG与APP用于阻燃UHMWPE,由于SEG的Si元素和MPS具有抑烟和偶联作用,当总添加量为15%时就能够使UHMWPE达到V-0级别,具有明显的抑烟效果,并且大幅提升了拉伸强度;SEG在高温下能够分解形成二氧化硅使炭层更加致密,降低阻燃材料的热释放速率。