以硫酸为插层剂所制造的一类石墨层间化合物(硫酸-GIC)作为膨胀型阻燃剂获得了广泛的研究和应用。尽管此类GIC具有良好的阻燃性能,但在很多实际应用中,阻燃能力仍显不足,而且,较低的初始膨胀温度也在一定程度上限制了它在聚合物阻燃领域中的应用。迄今,有关GIC用作阻燃剂的试验结果均来自于硫酸-GIC,有关其他化合物插层GIC的阻燃性能与阻燃机理的研究极少。本文期望能够通过对不同化合物插层GIC的膨胀与阻燃性能的研究,提高GIC的初始膨胀温度,改善其阻燃性能。为此,本文利用正交实验设计方法对直接插层法和分步插层法制备GIC的反应因素进行了研究,通过GIC的结构和膨胀体积的分析,确立了制备硝酸盐-硫酸-GIC和含磷化合物-硫酸-GIC的较佳反应条件,分析了石墨插层反应原理,探讨了膨胀体积的影响因素,以及GIC的膨胀原理,并将所制备的GIC用于阻燃聚乙烯,对其阻燃性能及其阻燃机理进行了研究,确定了影响GIC膨胀及阻燃性能的关键因素。本文的研究结果表明,通过选择插层剂的热稳定性和氧化性、采用不同插层方法调整GIC的阶结构能够控制GIC的初始膨胀温度、热稳定性、膨胀体积等重要性能参数;所研究的分步插层法更适于制备多元GIC,所制备的GIC具有更低阶结构,其膨胀体积与热稳定性均优于直接插层法所制备的产物;由此制备的含有不同插层剂的GIC具有不同的阻燃性能,其中,多聚磷酸铵-硫酸-GIC因具有自协同阻燃作用而表现出较高阻燃性能;TG-FTIR的试验结果证明,GIC的膨胀机理的关键在于膨胀过程中发生的氧化还原反应,其阻燃机理主要在于形成膨胀石墨阻挡层和促进聚合物成炭的作用。