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    塑料燃燒知識盤(pán)點(diǎn)以及常見(jiàn)阻燃塑料所用阻燃方案介紹


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    壽光普爾化工有限公司
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            塑料具有優(yōu)良的性能,應用范圍越來(lái)越廣,特別是在建筑、交通、家具、電子電器及日用品等行業(yè)被大量使用,方便和美化了人們的生活與環(huán)境,獲得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益,已逐步代替了傳統材料。


    常用塑料的燃燒特性


    塑料的燃燒過(guò)程和燃燒反應

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    塑料的燃燒過(guò)程

    塑料的燃燒過(guò)程是一個(gè)非常激烈復雜的熱氧化反應,具有冒濃煙或熾烈火焰的特征。塑料燃燒的一般過(guò)程可分為5個(gè)基本階段。


    塑料的燃燒反應

    塑料熱分解產(chǎn)物的燃燒是按照自由基鏈式反應進(jìn)行的,其機理與塑料熱氧降解類(lèi)似,包括以下四步:


    影響塑料燃燒的因素

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    影響塑料燃燒的因素很多,包括作為內因的聚合物燃燒特性和作為外因的燃燒環(huán)境條件。在燃燒環(huán)境條件相同的情況下,則主要取決于聚合物的燃燒特性,包括化學(xué)組成和結構、比熱容、熱導率、分解溫度、燃燒熱、閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)、火焰溫度、極限氧指數以及燃燒速度等。


    化學(xué)組成和構成

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    聚合物燃燒實(shí)質(zhì)上為聚合物受熱發(fā)生熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體的燃燒,因此化學(xué)組成和結構不同的聚合物由于熱分解產(chǎn)物中可燃性氣體含量不同而具有不同的燃燒特性。顯然,熱分解產(chǎn)物中可燃性氣體含量越高的聚合物越容易燃燒。


    常用塑料的熱分解產(chǎn)物


    比熱容

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    所謂比熱容就是1g物質(zhì)溫度升高(或降低)1℃所需吸收(或放出)的熱量。在其他因素相同的情況下,比熱容大的聚合物材料,在燃燒過(guò)程的加熱階段需要較大的熱量,因此較難燃燒。



    常用塑料的熱分解產(chǎn)物


    導熱率

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    熱導率又稱(chēng)導熱系數,是一個(gè)表示物質(zhì)熱傳導性能的物理量。在其他因素相同的情況下,熱導率大的聚合物材料,在燃燒過(guò)程的加熱階段升溫較慢,因此較難燃燒。

    常用塑料的熱導率


    分解溫度

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    由于聚合物燃燒實(shí)質(zhì)上為聚合物受熱發(fā)生熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體的燃燒,因此,一般來(lái)說(shuō),熱分解溫度較低的聚合物較易燃燒。

    常用塑料的熱分解溫度


    燃燒熱

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    燃燒熱是維持燃燒和延燃的重要因素。大多數聚合物的燃燒是放熱反應。

    常用塑料的燃燒熱


    閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)

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    閃點(diǎn)是明火可以引燃的低溫度,而自燃點(diǎn)是不需明火引燃而自發(fā)燃燒的低溫度。

    常用塑料的閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)


    火焰溫度

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    與燃燒熱一樣,火焰溫度是維持燃燒和延燃的重要因素。大多數聚合物的火焰溫度比火柴和香煙高得多,約達2000℃。

    常用塑料的火焰溫度


    極限氧指數

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    能維持聚合物燃燒的混合氣體中氧氣的小體積分數,稱(chēng)為聚合物的極限氧指數(LOI),簡(jiǎn)稱(chēng)氧指數(OI)。氧指數是衡量聚合物材料是否燃燒的重要指標。由于空氣中氧氣的體積分數為20.9%,所以,氧指數小于21%的聚合物,一般可在空氣中被點(diǎn)燃。

    常用塑料的氧指數


    燃燒速度

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    燃燒速度影響火災的發(fā)展蔓延。各種聚合物材料的燃燒速度不盡相同,因此,燃燒時(shí)的傳播速度也有快慢。在實(shí)際火災中,材料的燃燒速度受外界氣體的擾動(dòng)和擴散、熱的傳導、對流和輻射等因素的影響。

    常用塑料的燃燒速度


    阻燃劑的三大分類(lèi)

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    01/ 按所含阻燃元素分類(lèi)

    按所含阻燃元素可將阻燃劑分為鹵系、磷系、氮系、硫系、磷-鹵系、磷-氮系、硅系、銻系、硼系和鋁鎂系等幾類(lèi)阻燃劑,其中鹵系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量大的阻燃劑之一,具有添加量少、阻燃效果顯著(zhù)的特點(diǎn),在阻燃領(lǐng)域占有重要地位。


    02/ 按所含阻燃元素分類(lèi)

    按阻燃劑使用方法的不同,阻燃劑可分為反應型和添加型兩大類(lèi)。

    (1)反應型阻燃劑
    反應型阻燃劑是指分子內具有可反應官能團,能夠在聚合物合成過(guò)程中參與反應,并結合到聚合物分子中的阻燃劑。其優(yōu)點(diǎn)是穩定性好、阻燃作用持久、毒性小、對塑料性能影響較小,可以認為是一類(lèi)理想的阻燃劑。缺點(diǎn)是應用不方便,品種較少,目前使用量?jì)H占阻燃劑的10%-20%左右。反應型阻燃劑主要用于熱固性塑料中,有時(shí)也用于熱塑性塑料中。有些反應型阻燃劑也可用作添加型阻燃劑。
    (2)添加型阻燃劑
    添加型阻燃劑是在塑料加工前摻入塑料中,并以物理狀態(tài)分散在混合料中的阻燃劑。其特點(diǎn)是使用方便、適用性強,目前其使用量占整個(gè)阻燃劑的80%-90%。缺點(diǎn)是在改進(jìn)阻燃性的同時(shí),降低了塑料本身固有的某些性能,如加工性和力學(xué)性能等。添加型阻燃劑常用于熱塑性塑料中。


    03/ 按所含阻燃元素分類(lèi)

    按阻燃劑組分的不同可將阻燃劑分為無(wú)機阻燃劑和有機阻燃劑兩大類(lèi)。

    (1)無(wú)機阻燃劑  
    無(wú)機阻燃劑的品種很多,不同的無(wú)機阻燃劑的功能不同。

    有單獨使用即顯示阻燃效果的,如紅磷;有與含鹵有機阻燃劑并用而顯示阻燃效果的,如Sb?O? ;還有既起填充劑作用又能分解結晶水而顯示阻燃效果的,如氫氧化鋁。
    無(wú)機阻燃劑具有熱穩定性、不產(chǎn)生腐蝕性氣體、不揮發(fā)、抑煙、效果持久、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是會(huì )對聚合物材料的加工成型性能和物理、電氣性能等產(chǎn)生負面影響。


    (2)有機阻燃劑

    有機阻燃劑的品種也很多,按化合物類(lèi)型細分,主要有磷系和鹵系阻燃劑兩類(lèi)。磷系阻燃劑還可分為不含鹵和含鹵阻燃劑;而鹵系阻燃劑也可分為氯系和溴系阻燃劑。


    有機阻燃劑,尤其溴系有機阻燃劑,由于阻燃效果好、用量少、對塑料制品的性能影響小,因此,盡管存在有毒、發(fā)煙量較高并會(huì )釋放高腐蝕性的鹵化氫氣體等問(wèn)題,目前仍是應用廣泛的重要阻燃劑。


    常見(jiàn)阻燃塑料及其阻燃方案

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    //  阻燃PC/ABS————————


    PC具有沖擊強度高、抗蠕變、尺寸穩定性好、耐熱、透明和介電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也存在加工流動(dòng)性差、容易發(fā)生應力開(kāi)裂、對缺口敏感、耐磨性差等缺點(diǎn);ABS具有較好的耐化學(xué)藥品性和成型加工性,然而其耐熱和耐候性相對較差。兩者共混改性所得的PC/ABS合金在性能上可互補,廣泛應用于汽車(chē)工業(yè)、通信設備、電子電器、照明設備等。

    PC/ABS應用于復印機


    為了滿(mǎn)足一些應用領(lǐng)域中的防火安全要求,PC/ABS合金必須具備良好的阻燃性。例如在新能源汽車(chē)充電樁以及部分電子電氣阻燃等級要達到V-0。用于PC/ABS共混體系目前效果較好的是熱穩定性好的雙磷酸酯類(lèi)以及磷酸酯齊聚物等,其中BDP對PC/ABS合金表現出良好的阻燃性能。


    //  阻燃PC————————


    PC具有耐熱性好、光學(xué)性能優(yōu)異、尺寸穩定性好、機械強度高以及沖擊強度優(yōu)良等特性,廣泛用于家電、電子電器、汽車(chē)配件、機械設備和光學(xué)儀器零部件等,全球PC產(chǎn)能超過(guò)1000萬(wàn)噸。


    PC的極限氧指數 (LOI)可達21%~24%,材料本身可達 UL94 V-2級阻燃,但仍無(wú)法滿(mǎn)足特殊領(lǐng)域對阻燃性能的要求,如電子電氣和汽車(chē)領(lǐng)域均要求PC阻燃等級達到V-0。


    阻燃PC中,以全氟烷基磺酸鉀(PPFBS)為代表的磺酸鹽類(lèi)阻燃劑效果佳,添加少量(0.5%以下)的磺酸鹽阻燃劑就能顯著(zhù)改善PC的阻燃性能,達到1.6~3.0mm V-0的阻燃等級,并且改性后PC的物理性能和力學(xué)性能與通用PC相當,還能保持透明。




    透明阻燃PC板材


    工業(yè)化PC產(chǎn)品中使用多的磷系阻燃劑是三苯基磷酸酯(TPP)、間苯二酚雙(二苯基磷酸酯)(RDP)和BDP,在阻燃劑的添加量為10%(質(zhì)量分數)時(shí),1.6mm厚度PC可達V-0級別,其中TPP在高溫下易揮發(fā),僅在氣相中發(fā)揮阻燃作用;RDP和BDP可同時(shí)在氣相和固相發(fā)揮阻燃效果。TPP常溫下為固態(tài),熱穩定性相對較差,在PC加工溫度下容易揮發(fā);RDP和BDP常溫下為液體,熱穩定性較好;BDP較RDP抗水解性能好


    //  阻燃ABS————————


    ABS光澤度高、韌性好、耐熱和耐低溫性能好、加工性能優(yōu)異、具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能;ABS電性能不隨溫度和濕度的改變而出現很大變化,是良好的絕緣材料,廣泛應用于家用電器、視聽(tīng)設備、辦公用品和電子電氣等領(lǐng)域,全球產(chǎn)能超過(guò)1000萬(wàn)噸。

     阻燃ABS用于家電外殼


    ABS樹(shù)脂可燃,LOI為18.3%~18.8%, 按UL94標準屬于HB級別。ABS著(zhù)火時(shí)燃燒速率快,并且放出大量毒氣和黑煙,不利于實(shí)際應用。目前主要以鹵素阻燃劑與Sb2O3復配使用, 鹵銻協(xié)同作用對ABS進(jìn)行阻燃改性,主要用的溴系阻燃劑有TBBA,DBDPE等。


    阻燃ABS主要應用于電話(huà)、電腦、液晶顯示器(LCD) 等電子電氣設備外殼、汽車(chē)內構部件和外部構件、小型廚房電器、工具盒真空吸塵器的外殼等。


    //  阻燃HIPS————————

    HIPS是由聚苯乙烯(PS)與聚丁二烯(PB)通過(guò)共聚制得,擁有兩者共同的優(yōu)點(diǎn),易加工、尺寸穩定性好且電絕緣性?xún)?yōu)良、抗沖性較高,成本低,被廣泛應用于食品包裝、家用電器、電子產(chǎn)品及用物資的外殼包裝等領(lǐng)域。


    阻燃HIPS應用于空調外殼

    但HIPS的LOI僅為18%,易燃燒,為了提高使用安全性,必須對其進(jìn)行阻燃改性。用于HIPS阻燃改性的主要為溴系阻燃劑如十溴二苯乙烷(DBDPE)等,大多與Sb2O3配合協(xié)同作用,具有優(yōu)良的阻燃效果。


    //  阻燃PBT————————

    PBT是一種結晶型飽和聚酯,具有優(yōu)異的力學(xué)性能、較好的尺寸穩定性、良好的電絕緣性以及耐化學(xué)藥品腐蝕等特點(diǎn),廣泛應用于汽車(chē)、電子電器、機械等領(lǐng)域。但PBT的阻燃性能差(UL94HB級),在空氣中易燃燒,難以成炭,燃燒時(shí)易滴落,且釋放出大量濃煙和有毒氣體,易產(chǎn)生比較大的危險,因此必須對其進(jìn)行阻燃改性。

    阻燃PBT應用于電子電器


    用于PBT阻燃改性的阻燃劑主要為鹵系阻燃劑,比較常用的是溴系阻燃劑如DBDPE、溴化環(huán)氧樹(shù)脂等,通過(guò)與Sb2O3配合協(xié)同作用,達到優(yōu)良的阻燃效果。PBT中使用的阻燃劑還包括二乙基次膦酸鋁(ADP)或其與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復配產(chǎn)品。


    //  阻燃PA————————

    PA具有良好的力學(xué)性能、電學(xué)性能和較為突出的潤滑性能,廣泛應用于電子元件及汽車(chē)零件等領(lǐng)域。未改性的PA阻燃等級為UL94 V-2級,LOI為20%~22%,在接觸到明火的情況下,會(huì )發(fā)生快速燃燒,放出大量熱,同時(shí)還會(huì )因熔融存在滴落現象,這為明火的進(jìn)一步擴散制造了條件。為防止火災危害,工業(yè)上對汽車(chē)、電器等產(chǎn)品中使用的PA復合材料有著(zhù)明確的阻燃要求,一般需要其達到UL94 V-0級別。

    阻燃PA應用于接插件


    鹵系阻燃劑由于與PA相容性好,阻燃效率高,在PA中的應用很廣泛。無(wú)鹵阻燃PA中使用的阻燃劑有所區別,一般純PA阻燃添加12-15%的MCA即可,而PA/GF體系由于“燭芯效應”,需要阻燃效率更高的二乙基次膦酸鋁(ADP),再輔以MPP等起到協(xié)效和降本作用,也有與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復配阻燃PA產(chǎn)品。

    塑料燃燒知識盤(pán)點(diǎn)以及常見(jiàn)阻燃塑料所用阻燃方案介紹 2024-6-5 本文被閱讀 1096 次

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