阻燃材料的性能

分类：技术教程日期：2006-11-29 00:00:00

1、阻燃作用机理：
一般来说，塑料的阻燃机理与阻燃剂的种类相联系的，目前主要有以下几个方面：
（1）阻燃剂分解形成不挥发性的保护膜
如卤化磷（R4PX）受热分解成磷（R3P）和烷基卤化物（RX）。磷被氧化生成磷氧化物（R3PO4），在进一步分解成聚磷酸盐玻璃体。此玻璃体形成一层保护膜，覆盖在聚合物表面，使燃烧物与空气隔绝，达到阻燃效果。
（2）阻燃剂分解产物：将自由基的链锁反应切断烃类聚合物在高温下分解：
RH→R·+ H˙·链引发
H·.+ O2→HO·+ O·链增长
HO·+ CO→C O2 + H·链支化
H·.+ O2→HO·+ O·链转移
H·.+ HBr= HO·+ Br·(链转移)
H·.+ HBr=H2O + Br·链终止
即：聚合物在燃烧分解时，分解产生自由基，自由基的链锁反应，使火焰持续下去，在阻燃剂的作用下，自由基被截断使燃烧停止。
（3）阻燃剂分解产物的脱水作用，使在燃烧的有机物碳化。
用磷酸盐或重金属盐的水溶液浸渍过的纤维素，干燥后在加热时只碳化变焦难以引起火焰的燃烧，原因是磷酸盐引起了纤维素脱水反应，促进了单质碳的生成。
（C6H10O5）n→6nC+5nH2O
有机磷化合物在燃烧中，会产生如下分解：
有机磷化合物→磷酸→偏磷酸→聚偏磷酸
聚偏磷酸是非常强的脱水剂，能促使有机化合物碳化，使生成的碳黑膜起到阻燃的作用。
（4）吸收燃烧热量：如氢氧化铝就具备这种阻燃功能，带有3个结晶水的氢氧化铝既是聚合物的填充剂，又是无毒的阻燃剂。
2AL（OH）3→AL2O3+3H2O—71.6千卡
由于燃烧时大量燃烧热被吸收，降低了聚合物的温度，从而减缓了分解蒸发和燃烧。
（5）氧化锑和含卤阻燃剂协同使用，产生非常好的效果。
如苯乙烯，单独使用含卤阻燃剂时，需要10‰-15‰的CL或4‰-5‰的Br才能达到阻燃，而单独使用氧化锑，阻燃效果也比较差。如果二者并用，效果显著增加。原因是在高温下生成了卤化锑，能较长时间停留在燃烧区域内起到了隔绝空气的作用。
2、塑料可燃性的测定（UL94可燃性试验）
（1）UL94可燃性测试是由美国保险研究室开发的，它是广泛应用和经常引用的塑料可燃性测试方法之一，可用来初步评价被测塑料是否适合于某一特定的应用场所。UL94可燃性试验包括下述四个测试方法。
a.材料分类为94HB的水平燃烧测试方法；
b.材料分类为94V-0、94V-1、94V-2的垂直燃烧测试方法；
c.材料分类为94V-5的垂直燃烧测试方法；
d.材料分类为94VTM-0、94VTM-1、94VTM-2的垂直燃烧测试方法；
（2）材料分类为94V-0、94V-1、94V-2的垂直燃烧试验
适用于塑料的UL94垂直燃烧试验，根据样品燃烧时间、熔滴是否引燃脱脂棉等试验结果，将材料分级，其中V-2为最低阻燃级，V-0为最高阻燃级。
测定UL94 V-0、V-1及V-2级材料时，系将本生灯置于垂直放置的试样（130mm×13mm）下端，点火10s（蓝色火焰高8.5 mm），然后移走火源，记录试样有焰燃烧时间；如试样在移走火源后30 s内自熄，则重新点然试样10s，记录火源移走后试样有焰燃烧和无焰燃烧的续燃时间，同时观察是否产生有焰熔滴和熔滴是否引燃脱脂棉。按表9-1所列条件评价材料的阻燃级别。
　　　　　　表9-1 UL94 V-0、V-1及V-2垂直燃烧测定判别指标

试样燃烧行为	V-0	V-1	V-2
试样数	5	5	5
点燃次数	2	2	2
每次点燃后单个试样最长有焰时间／s	10	30	30
第二次点燃后单个试样最长无焰燃烧时间／s	30	60	60
5个试样10次点燃后最长有焰燃烧总时间／s	50	250	250
有无熔滴和熔滴时否引燃棉花	否	否	是^①
有否燃烧到固定夹	否	否	否

　① .仅短时引燃
（3）中国适用于塑料的垂直燃烧测定方法（GB4609-84）与UL94 V-0、V-1及V-2级材料　测定方法基本相同，并根据9-2所列条件将材料分为FV-0、FV-1和FV-2三级。

　　　　　　　表9-2　GB4609-84　垂直燃烧测定判别标准

试样燃烧行为	FV-0	FV-1	FV-2
每个试样第一次施加火焰离火后有焰燃烧时间／s	≤10	≤30	≤30
每个试样第二次施加火焰离火后无焰燃烧时间／s	≤30	≤60	≤60
第组5个试样施加10次火焰离火后有焰燃烧时间总和／s	≤50	≤250	≤250
每个试样有焰燃烧或无焰燃烧蔓延到夹具的现象	无	无	无
每个试样滴落物是否引燃脱脂棉	否	否	否 3.阻燃材料性能（1）溴系阻燃剂阻燃ABS 广泛应用于ABS的阻染剂还是溴系阻燃剂，如十溴二苯醚（DBDPO）、八溴二苯醚（OBDPO）等。受阻燃剂影响的ABS最重要的物理-机械性能是冲击强度、热变形温度、熔流指数和光稳定性，阻燃剂对ABS的拉伸强度和弯曲强度影响较小，为了不致严重恶化ABS的抗冲强度，常优先选用在加工时可与ABS熔融共混的阻燃剂。这类阻燃剂对ABS可能因具有增塑作用而可改善其抗冲强度。某些新型BER阻燃的ABS在热稳定性、热老化性、加工性、光稳定性、渗出性等方面较佳。为了提高阻燃ABS的抗冲击强度、色泽及透明度，可用Sb2O5代替Sb2O3为溴阻燃剂的协效剂。（2）溴系阻燃剂阻燃PC 阻燃聚碳酸酯（PC）本身具有一定的阻燃性，其氧指数可达25‰左右，能通过UL94V-2试验，但为获得V-0阻燃级，则需要阻燃处理。工业上用于PC的溴系阻燃剂有四溴双酚A碳酸酯齐聚物（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剂，所以含溴磷酸酯TDBPPE特别适用于阻燃PC，当用量为7.5‰左右时，即可使材料获得UL94V-0阻燃级；如在PC中加入0.3‰特氟隆，则3‰的TDBPPE还同时作为加工助剂而克服了PC加工时的困难。（3）溴系阻燃剂阻燃聚酰胺（PA）工业上生产的PA有增强型及未增强型两类，阻燃产品一般要求有UL94V-0阻燃级。阻燃PA的方法，大多数采用添加型阻燃剂。由于PA的加工温度较高，所以它采用的添加型阻燃剂是芳香族溴系阻燃剂，推荐使用的主要有十溴二苯醚（DBDPO）、溴代聚苯乙烯（BPS）、聚丙烯酸五溴苄酯（PPBBA）、溴代环氧树脂（BER）及十四溴二苯氧基苯（DBDPOB）。上述推荐采用的5种溴系阻燃剂中，它们的阻燃效率基本上是相近的，价格则以DBDPO及BPS较低，且两者的热稳定性也极佳。DBDPO的缺点是易渗出和耐光性不好，且导致材料抗冲击强度严重恶化。就阻燃PA的多种物理-机械性能而言，在满足PA V-0阻燃性的前提下，上述几种溴系阻燃剂都是比较满意的。PA阻燃后，除了预期的伸长率及抗冲强度大幅度下降外，抗拉强度、抗弯强度、抗弯模量基本保持不变，热变形温度及熔流指数均有提高。（4）阻燃聚碳酸酯／ABS共混体溴系、磷系、溴-磷系阻燃剂均适用于PC／ABS共混体，BPC、TPP、三甲苯基磷酸酯（TCP）、RDP及TDBPPE等均已成功用于阻燃PC／ABS共混体，对质量比为3／1的PC／ABS共混体，TPP和TDBPPE两者不仅是有效的阻燃剂而且是良好的加工助剂（提高材料的熔流性）。含14‰TPP的PC／ABS（3／1）共混体的阻燃性为UL94V-0／5 V级，氧指数为27‰。以6‰的TDBPPE阻燃PC／ABS（3／1）共混体，也能使材料达到UL94V-0／5 V级，氧指数达26‰以上，对质量比为1／1的PC／ABS共混体，14‰的TDBPPE也可使材料达到UL94V-0／5 V阻燃级。