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干货分享:常见的阻燃机理

2022-06-16 126

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阻燃机理



阻燃剂是一种能防止材料被引燃或抑制火焰传播的助剂。






FIRE RETARDANT


针对燃烧反应和燃烧机理,阻燃剂大致有以下几类阻燃机理:
1、成玻璃态/陶瓷态机理
2、自由基捕获机理
3、冷却机理
4、不燃性气体机理

5、凝聚相阻燃机理


阻燃是个十分复杂的过程,实际上很多阻燃体系是同时有多种阻燃机理在起作用。



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玻璃态/陶瓷化机理

在高温冲击下:

1.与有机物自由基发生反应成不燃物;

2.熔融封接成“玻璃态膜壁结构”耐温层;

3.吸热熔融成“膜壁结构绝氧层”;

4.降温形成共晶玻璃态/陶瓷态“绝滴硬壳层”;

5.终成硬质绝缘致密(不透水)玻璃态稳定物

这类阻燃剂的代表为“玻璃/陶瓷态阻燃功能粉”



玻璃/陶瓷态阻燃功能粉”是一种环保新型无机功能粉体材料。常压下在-100℃~1400℃的温区原则不与各种金属及无机物等发生化学反应,但是可在有机物表面形成单层或多层绝氧的、耐火的“膜壁结构层”。被广泛应用于各种可阻燃的塑料、橡胶、胶水、线束、衣服、电缆包皮、插座灯座和密封橡胶件等。


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自由基捕获机理

在聚合物燃烧过程中,大量生产的游离基HO·和H·促进气相燃烧反应。如能设法捕获并消灭这些游离基,切断自由基连锁反应,即可控制燃烧,进而达到阻燃目的。


卤系阻燃剂分解产生卤化氢(HX),卤化氢消除高分子材料燃烧反应产生活性自由基。如HX与火焰中链反应活性物质HO·.作用,使上述游离基浓度降低,从而减缓或终止燃烧的链式反应,达到阻燃的目的。



但是卤素阻燃剂燃烧时会生成大量的烟和有毒且具腐蚀性的气体,危害很大。目前不少国际大公司在了解卤素阻燃剂对人类及环境的危害后,积极推动完全废止含卤素材料,特别是禁止在产品中使用卤素阻燃剂。




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冷却机理

阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其他吸热反应,降低聚合物表面和燃烧区域的温度,防止热降解,进而减少了可燃性气体的挥发量,最终破坏维持聚合物持续燃烧的条件,达到阻燃目的。
氢氧化铝、氢氧化镁颇具代表性。


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产生的水被汽化,需要吸收大量的热量,从而降低聚合物温度,减缓和阻止燃烧。还可降低可燃性气体的浓度。

此类阻燃剂也存在着一些缺点:

1.耐热性差。200℃即开始脱水,330℃到350℃即完全脱水,而树脂的固化多在氢氧化铝脱水温度区间内,因而导致合成树脂成品内发泡,

2.表面不平整、介电性能下降,成品率低。应用于高温导致硅胶起雾,产品发白起泡,介电性下降等。

3.EC≈60~100μS/cm,易吸潮。




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不燃性气体机理

这类阻燃剂能在受热时分解出大量不燃性气体,如:CO2、N2、NH3、H2O、HCl、HBr等,可以稀释可燃性气体和冲淡燃烧区氧的浓度,阻止燃烧发生。
这类阻燃剂的代表为含卤阻燃剂和含氮阻燃剂。

有机卤素化合物受热后释放出HX。HX是难燃气体,不仅稀释空气中的氧,而且其相对密度比空气大,可替代空气形成保护层,使材料的燃烧速度减缓或熄灭。




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凝聚相阻燃机理



高温下阻燃剂在聚合物表面形成凝聚相,隔绝空气、阻止热传递、降低可燃性气体释放量,从而达到阻燃目的。

A、玻璃状保护膜

阻燃剂在燃烧温度下分解成为不挥发、不氧化的玻璃状薄膜,覆盖在材料的表面上,隔离空气(或氧),从而达到阻燃的目的。硼系和磷系阻燃剂具有类似机理。

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B、隔热焦炭层
阻燃剂在燃烧温度下使材料表面脱水炭化,形成一层多孔性隔热焦炭层,从而阻止热的传导而起到阻燃作用。
如磷系阻燃剂对含氧聚合物的阻燃作用即是此机理。



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