阻燃材料的性能

分類：技術教程日期：2006-11-29 00:00:00

1、阻燃作用機理：
一般來說，塑料的阻燃機理與阻燃劑的種類相聯系的，目前主要有以下幾個方面：
（1）阻燃劑分解形成不揮發性的保護膜
如鹵化磷（R4PX）受熱分解成磷（R3P）和烷基鹵化物（RX）。磷被氧化生成磷氧化物（R3PO4），在進一步分解成聚磷酸鹽玻璃體。此玻璃體形成一層保護膜，覆蓋在聚合物表面，使燃燒物與空氣隔絕，達到阻燃效果。
（2）阻燃劑分解產物：將自由基的鏈鎖反應切斷烴類聚合物在高溫下分解：
RH→R·+ H˙·鏈引發
H·.+ O2→HO·+ O·鏈增長
HO·+ CO→C O2 + H·鏈支化
H·.+ O2→HO·+ O·鏈轉移
H·.+ HBr= HO·+ Br·(鏈轉移)
H·.+ HBr=H2O + Br·鏈終止
即：聚合物在燃燒分解時，分解產生自由基，自由基的鏈鎖反應，使火焰持續下去，在阻燃劑的作用下，自由基被截斷使燃燒停止。
（3）阻燃劑分解產物的脫水作用，使在燃燒的有機物碳化。
用磷酸鹽或重金屬鹽的水溶液浸漬過的纖維素，干燥后在加熱時只碳化變焦難以引起火焰的燃燒，原因是磷酸鹽引起了纖維素脫水反應，促進了單質碳的生成。
（C6H10O5）n→6nC+5nH2O
有機磷化合物在燃燒中，會產生如下分解：
有機磷化合物→磷酸→偏磷酸→聚偏磷酸
聚偏磷酸是非常強的脫水劑，能促使有機化合物碳化，使生成的碳黑膜起到阻燃的作用。
（4）吸收燃燒熱量：如氫氧化鋁就具備這種阻燃功能，帶有3個結晶水的氫氧化鋁既是聚合物的填充劑，又是無毒的阻燃劑。
2AL（OH）3→AL2O3+3H2O—71.6千卡
由于燃燒時大量燃燒熱被吸收，降低了聚合物的溫度，從而減緩了分解蒸發和燃燒。
（5）氧化銻和含鹵阻燃劑協同使用，產生非常好的效果。
如苯乙烯，單獨使用含鹵阻燃劑時，需要10‰-15‰的CL或4‰-5‰的Br才能達到阻燃，而單獨使用氧化銻，阻燃效果也比較差。如果二者并用，效果顯著增加。原因是在高溫下生成了鹵化銻，能較長時間停留在燃燒區域內起到了隔絕空氣的作用。
2、塑料可燃性的測定（UL94可燃性試驗）
（1）UL94可燃性測試是由美國保險研究室開發的，它是廣泛應用和經常引用的塑料可燃性測試方法之一，可用來初步評價被測塑料是否適合于某一特定的應用場所。UL94可燃性試驗包括下述四個測試方法。
a.材料分類為94HB的水平燃燒測試方法；
b.材料分類為94V-0、94V-1、94V-2的垂直燃燒測試方法；
c.材料分類為94V-5的垂直燃燒測試方法；
d.材料分類為94VTM-0、94VTM-1、94VTM-2的垂直燃燒測試方法；
（2）材料分類為94V-0、94V-1、94V-2的垂直燃燒試驗
適用于塑料的UL94垂直燃燒試驗，根據樣品燃燒時間、熔滴是否引燃脫脂棉等試驗結果，將材料分級，其中V-2為最低阻燃級，V-0為最高阻燃級。
測定UL94 V-0、V-1及V-2級材料時，系將本生燈置于垂直放置的試樣（130mm×13mm）下端，點火10s（藍色火焰高8.5 mm），然后移走火源，記錄試樣有焰燃燒時間；如試樣在移走火源后30 s內自熄，則重新點然試樣10s，記錄火源移走后試樣有焰燃燒和無焰燃燒的續燃時間，同時觀察是否產生有焰熔滴和熔滴是否引燃脫脂棉。按表9-1所列條件評價材料的阻燃級別。
　　　　　　表9-1 UL94 V-0、V-1及V-2垂直燃燒測定判別指標

試樣燃燒行為	V-0	V-1	V-2
試樣數	5	5	5
點燃次數	2	2	2
每次點燃后單個試樣最長有焰時間／s	10	30	30
第二次點燃后單個試樣最長無焰燃燒時間／s	30	60	60
5個試樣10次點燃后最長有焰燃燒總時間／s	50	250	250
有無熔滴和熔滴時否引燃棉花	否	否	是^①
有否燃燒到固定夾	否	否	否

　① .僅短時引燃
（3）中國適用于塑料的垂直燃燒測定方法（GB4609-84）與UL94 V-0、V-1及V-2級材料　測定方法基本相同，并根據9-2所列條件將材料分為FV-0、FV-1和FV-2三級。

　　　　　　　表9-2　GB4609-84　垂直燃燒測定判別標準

試樣燃燒行為	FV-0	FV-1	FV-2
每個試樣第一次施加火焰離火后有焰燃燒時間／s	≤10	≤30	≤30
每個試樣第二次施加火焰離火后無焰燃燒時間／s	≤30	≤60	≤60
第組5個試樣施加10次火焰離火后有焰燃燒時間總和／s	≤50	≤250	≤250
每個試樣有焰燃燒或無焰燃燒蔓延到夾具的現象	無	無	無
每個試樣滴落物是否引燃脫脂棉	否	否	否 3.阻燃材料性能（1）溴系阻燃劑阻燃ABS 廣泛應用于ABS的阻染劑還是溴系阻燃劑，如十溴二苯醚（DBDPO）、八溴二苯醚（OBDPO）等。受阻燃劑影響的ABS最重要的物理-機械性能是沖擊強度、熱變形溫度、熔流指數和光穩定性，阻燃劑對ABS的拉伸強度和彎曲強度影響較小，為了不致嚴重惡化ABS的抗沖強度，常優先選用在加工時可與ABS熔融共混的阻燃劑。這類阻燃劑對ABS可能因具有增塑作用而可改善其抗沖強度。某些新型BER阻燃的ABS在熱穩定性、熱老化性、加工性、光穩定性、滲出性等方面較佳。為了提高阻燃ABS的抗沖擊強度、色澤及透明度，可用Sb2O5代替Sb2O3為溴阻燃劑的協效劑。（2）溴系阻燃劑阻燃PC 阻燃聚碳酸酯（PC）本身具有一定的阻燃性，其氧指數可達25‰左右，能通過UL94V-2試驗，但為獲得V-0阻燃級，則需要阻燃處理。工業上用于PC的溴系阻燃劑有四溴雙酚A碳酸酯齊聚物（BPS），含溴磷酸酯【如三（二溴苯基）磷酸酯，TDBPPE】等。磷是含氧高聚物的有效阻燃劑，所以含溴磷酸酯TDBPPE特別適用于阻燃PC，當用量為7.5‰左右時，即可使材料獲得UL94V-0阻燃級；如在PC中加入0.3‰特氟隆，則3‰的TDBPPE還同時作為加工助劑而克服了PC加工時的困難。（3）溴系阻燃劑阻燃聚酰胺（PA）工業上生產的PA有增強型及未增強型兩類，阻燃產品一般要求有UL94V-0阻燃級。阻燃PA的方法，大多數采用添加型阻燃劑。由于PA的加工溫度較高，所以它采用的添加型阻燃劑是芳香族溴系阻燃劑，推薦使用的主要有十溴二苯醚（DBDPO）、溴代聚苯乙烯（BPS）、聚丙烯酸五溴芐酯（PPBBA）、溴代環氧樹脂（BER）及十四溴二苯氧基苯（DBDPOB）。上述推薦采用的5種溴系阻燃劑中，它們的阻燃效率基本上是相近的，價格則以DBDPO及BPS較低，且兩者的熱穩定性也極佳。DBDPO的缺點是易滲出和耐光性不好，且導致材料抗沖擊強度嚴重惡化。就阻燃PA的多種物理-機械性能而言，在滿足PA V-0阻燃性的前提下，上述幾種溴系阻燃劑都是比較滿意的。PA阻燃后，除了預期的伸長率及抗沖強度大幅度下降外，抗拉強度、抗彎強度、抗彎模量基本保持不變，熱變形溫度及熔流指數均有提高。（4）阻燃聚碳酸酯／ABS共混體溴系、磷系、溴-磷系阻燃劑均適用于PC／ABS共混體，BPC、TPP、三甲苯基磷酸酯（TCP）、RDP及TDBPPE等均已成功用于阻燃PC／ABS共混體，對質量比為3／1的PC／ABS共混體，TPP和TDBPPE兩者不僅是有效的阻燃劑而且是良好的加工助劑（提高材料的熔流性）。含14‰TPP的PC／ABS（3／1）共混體的阻燃性為UL94V-0／5 V級，氧指數為27‰。以6‰的TDBPPE阻燃PC／ABS（3／1）共混體，也能使材料達到UL94V-0／5 V級，氧指數達26‰以上，對質量比為1／1的PC／ABS共混體，14‰的TDBPPE也可使材料達到UL94V-0／5 V阻燃級。