阻燃材料考试答案

阻燃材料考试答案
1.⾼分⼦材料燃烧过程
5个阶段：加热、分解、着⽕、燃烧、⽕焰传播。

加热——外部对材料加热，使温度升⾼。

分解——聚合物材料升温到分解温度，产⽣下列物质：可燃性⽓体（甲烷、⼄烷、⼄烯、甲醛、丙酮和⼀氧化碳等）；不燃性⽓体（⼆氧化碳、氯化氢、溴化氢等）；液体（部分分解的聚合物等）；固体（炭化物等）；固体微粒（烟）。

着⽕——有⾜够的氧⽓或氧化剂，可燃性⽓体浓度达到爆炸下限时，材料着⽕，也就是燃烧的开始。

燃烧——燃烧⼀开始，就放出热量，使⽓相、液相和固相温度升⾼，燃烧持续下去。

⽕焰传播——燃烧开始后，有⾜够的热量⾜以使邻接部分升温达到燃烧的程度，那么⽕焰就能够传播。

2.材料三⼤阻燃机理，详细说明卤系阻燃剂及卤-锑系统阻燃机理
（1）a ⽓相阻燃机理：⼀⽅⾯，阻燃剂被加热到⾼温产⽣⾃由基终⽌阻燃，另⼀⽅⾯，阻燃剂产⽣不可燃⽓（⽔等）阻燃
b 凝聚相阻燃机理：在凝聚相中延缓或中断固态物质产⽣可燃⽓体的分解反应
c 中断热交换机理：某些阻燃剂在⾼温下熔融或分解，或使固体聚合物熔融吸收热量
（2）卤系阻燃剂阻燃机理：
卤系阻燃剂的阻燃作⽤主要在⽓相中进⾏。

其主要原因是卤系阻燃剂受热分解能⽣成HX，⽽HX能捕获传递燃烧链式反应的活性⾃由基(如HO·、O·、H·），⽣成活性较低的卤⾃由基，致使燃烧减缓或中⽌。

（以溴为例）
RBr →Br·+R·
Br·+R`CH3→ HBr+R`CH2·
HBr+H·→H2+Br·
HBr+O·→HO·+Br·
HBr+HO·→H2O+Br·
HBr为密度⼤的⽓体，⼜难燃，它不仅能稀释空⽓中的氧，且能覆盖于材料表⾯，排代空⽓，致使材料的燃烧速度降低或⾃熄。

（3）卤—锑系统协同阻燃机理
⾸先是Sb2O3 与卤化氢反应⽣成卤氧化物，进⽽⽣成卤化锑。

其协同作⽤的反应历程如下：
Sb2O3 +HX→2SbOX+H2O
5SbOX（S）→Sb4O5X2（S）+SbX3 (g)↑
4Sb4O5X2→5Sb2O4X（g）+SbX3 (g)↑
3Sb2O4X→Sb2O3X（s）+SbX3 (g)↑
随着温度的升⾼，卤氧化锑在245~565°C范围内发⽣分解反应⽣成三卤化锑，其在⽓相中发挥阻隔氧的作⽤。

此外，卤氧化锑的脱⽔作⽤及分解出的卤素游离基还具有捕捉⾃由基的效⽤。

3. ⽆机磷系阻燃剂中微胶囊化红磷优点，并举例说明它的应⽤
微胶囊化红磷系在红磷表⾯包覆⼀层或⼏层保护膜形成的。

（1）微胶囊红磷的优点：
a 阻燃效率⾼，对制品的物理、机械性能影响⼩，且能赋予被阻燃材料较好的
抗冲击性能，能改善阻燃剂与树脂的相容性，可使红磷均匀地分散在树脂中；
b 热稳定性好，可⽤于某些需⾼温加⼯成型的⾼聚物制品，且低烟、低毒，与
树脂混合时不放出PH3，也不易被冲击引燃，粉尘爆炸危险性在为减少；
c 包覆红磷在耐候性、电⽓性能、适⽤期及在被阻燃基材中的稳定性等⽅⾯也
远优于普通红磷。

（2）应⽤:微胶囊红磷⼴泛⽤于阻燃环氧树脂、PU、酚醛树脂、PA、天然橡胶、合成橡胶、丙烯酸乳液、PVC、PE、ABS、AS、PP、不饱和聚酯、聚酯、聚缩醛、聚碳酸酯、聚苯醚等。

4. 提⾼阻燃塑料性能的措施有哪些？如何设计并优化阻燃剂⾼分⼦材料
（1）在塑料中加⼊添加型阻燃剂，可提⾼塑料的阻燃性能，但往往同时降低塑料的物理机械性能及加⼯时的热稳定性。

为此，可采⽤下述措施：
a适当降低阻燃塑料的加⼯温度；
b对阻燃剂进⾏热稳定处理；
c采⽤同时具有阻燃协效作⽤及塑料改性作⽤的添加剂；
d正确选⽤树脂基材的型号；
e 在基材中充分分散阻燃剂
（2）阻燃⾼分⼦材料设计与优化
5. 塑料阻燃剂性能测试⽅法包括哪些？简单说明各种测试⽅法设备类型及试验⽅法？（注：可有选择性写⼏种测试⽅法即可）
（1）塑料点燃性和可燃性的测定
①塑料极限氧指数的测定
装置：氧指数仪
测量：测试时，将试样垂直地装于试样夹上，从燃烧筒底部通⼊氧、氮混合⽓，以点⽕器从上端点燃试样，改变混合⽓中氧浓度，直⾄⽕焰前沿恰好达到试样的标线为⽌。

由此计算材料氧指数，并以3次试验结果的算术平均值为测定值。

②塑料可燃性的测定（UL94可燃性试验）
装置：测试炉、燃烧器、⾦属丝⽹
测定：点燃燃烧器，产⽣25mm⾼的蓝⾊⽕焰。

从试样的边缘到6.4mm处受⽕焰灼烧30S，燃烧时不改变燃烧器位置。

然后，
把试样从燃烧器处移开。

若不到30s试样就燃烧到25mm标记处，则撤去⽕焰。

若撤⾛⽕焰后，试样仍继续燃烧，则测定⽕焰前沿到25mm标记处（从试样⾃由端算起）所需时间，并计算燃烧速度。

每个样品应测定5个试样，并取最⼤的燃烧速度或燃烧长度作为材料评定标准。

对厚为3-13mm的试样，如燃烧速度不⼤于
38mm/min；或对厚⼩于3mm试样，燃烧速度不⼤于76mm/min；或试样燃烧100mm前⽕即熄灭，则该塑料可划归94HB 级。

（2）塑料释热性的测定
装置：锥形量热仪
测试: 测试件与加热器的距离为25cm，点⽕器置于试件上部13cm处，废⽓⿎风机流量约为0.024m3/s。

测试时，通过排⽓罩排出全部燃烧⽓体。

由废⽓采样管收集废⽓试样，在⽓体分析器中分析其中的氧、⼀氧化碳和⼆氧化碳含量。

（3）塑料⽣烟量的测定
根据测定原理，可将⽣烟量测定⽅法分为两类，⼀类是光学法，⼀类是质量法。

前者测定烟密度，后者测定烟尘质量。

另外，烟量测定可在静态或动态下进⾏。

①烟密度法
装置：烟密度箱
测定：试验时，令试样在箱内燃烧产⽣烟雾，并测定穿过烟雾的平⾏光束的透光率变化，再计算⽐光密度，即单位⾯积试样产⽣的烟扩散在单位容积烟箱单位光路长的烟密度。

②烟尘质量法
装置：Arapahoe烟尘测试仪
测定：将试样暴露在⽕焰中30S（也可根据材料的⽣烟量确定，⼀般以收集烟尘量10~40mg为宜），随即关掉本⽣灯，熄灭燃烧的试样。

燃烧试样所⽣成的烟雾通过真空抽吸作⽤吸⼊烟卤，并收集在过滤纸表⾯。

称出过滤纸质量即可确定沉积在过滤纸上烟雾细粒的质量。

同时测定试样的总烧毁质量和炭的质量，以烟尘百分⽐（烟尘质量/总烧毁质量）或炭的百分⽐（炭质量/总烧毁质量）表征材料⽣烟量。

（4）塑料热裂解及燃烧产物腐蚀性的测定（ISO法）
装置：⽯英管式燃烧炉
测定：将600mg粒状阻燃材料试样在坩埚内⽤电阻法加热⾄800℃，燃烧产物密闭于⼀容积为20L的密闭室内，室内温度为50℃，相对湿度为65%。

室内置
有腐蚀性检测仪，当检测仪的铜线路遭受燃烧产物的腐蚀时，电阻发⽣变化，此变化值即可表征燃烧产物的腐蚀程度。

（5）塑料热裂解及燃烧产物毒性的测定
材料燃烧产物的毒性可⽤化学法、⽣理法及⽣物法测定，但最常⽤的是⽣物试验法。

匹兹堡⼤学⽣物试验法
基本原理：燃烧⼀定量的材料，并将⼤⿏置于燃烧⽓态产物中，再观察⼤⿏的受害情况。

装置:包括动物暴露室、燃烧炉及其他部件（如泵、流量计、过滤器、冰浴、重量敏感元件、程序装置及记录器。

测定：试验开始前，4只⼤⿏均先在暴露室停留10min,此时应往暴露室⿎⼊新鲜空⽓。

此举的⽬的是使⼤⿏适应暴露室的环境。

第⼀次试验⽤试样量为10g。

当试样失重达1%时（应记录此时温度），将暴露室与燃烧炉相连，并开始计算暴露时间（总暴露时间曾30min）。

以负压往暴露室吸⼊空⽓，流速为20L/min，其中11L来⾃空⽓。

⼤⿏在暴露室中停留30min后，将其猁出，检验其眼睛⾓膜的不透明度，记录⼤⿏死亡数。

重复上述试验，但改变试样⽤量，以求得试样量与燃烧产物毒性的关系曲线（⾄少应求得4点），并⽤Weil法计算LC50[以试样量（g)g表⽰]
6. 膨胀型阻燃剂三⼤组成？阻燃机理？并分析膨胀型阻燃剂阻燃的聚丙烯（PP）在产品整体平衡分析的⼏个环节中的优势（1）膨胀型阻燃体系⼀般由以下三个部分组成
a 酸源（脱⽔剂），⼀般可以是⽆机酸或加⾄100~250℃时⽣成⽆机酸的化合物，如磷酸、硫酸、硼酸、各种磷酸盐、磷酸酯
和硼酸盐等。

b 炭源（成炭剂），它是形成泡沫炭化层的基础，主要是⼀些含碳量⾼的多羟基化合物，如淀粉、季戊四醇和它的⼆聚体、三聚物以及含有羟基的有机树脂等。

c ⽓源（氮源、发泡源）：常⽤的发泡源⼀般为三聚氰胺、双氰胺、聚磷酸铵等。

（2）阻燃机理：
膨胀型阻燃剂主要通过形成多孔泡沫炭层⽽在凝聚相起阻燃作⽤，此炭层是经历以下⼏步形成的：⑴在较低温度（150℃左右，具体温度取决于酸源和其他组分的性质）下，由酸源放出能酯化多元醇和可作为脱⽔剂的⽆机酸；⑵在稍⾼于释放酸的温度下，⽆机酸与多元醇（碳源）进⾏酯化反应，⽽体系中的胺则作为此酯化反应的催化剂，使酯化反应加速进⾏；⑶体系在酯化反应前或酯化过程中熔化；⑷反应过程中产⽣的⽔蒸汽和由⽓源产⽣的不燃性⽓体使已处于熔融状态的体系膨胀发泡；⑸反应接近完成时，体系胶化和固化，最后形成多孔泡沫炭层。

（3）优势：
a 设计费⽤低，材料品种少
b 流动性好
c 对环境友好
d 重复加多次，材料⽆明显变化
7. 举例说明阻燃剂聚酰胺（PA）的阻燃剂种类及其性能特点
（1）⼀般溴系阻燃剂阻燃的聚酰胺
阻燃效率⾼，且可同时在⽓相及凝聚相起阻燃作⽤，这样可减少阻燃剂⽤量，从⽽不致过多恶化基材的物理机械及电⽓性能。

（2）反应型⼆溴苯⼄烯共聚物阻燃的聚酰胺
与多种聚合物相容性好，能和氧化锑、氧化镁、氧化铁等共⽤，起阻燃协效作⽤，阻燃效果好，产品⼒学性能优良。

（3）聚丙烯酸五溴苄酯（PBB-PA）阻燃的聚酰胺
具有⾼的阻燃效率和优异的热稳定性，良好的加⼯性，优异的抗⼤⽓性和化学稳定性，令⼈满意的电⽓性能，它与⾼聚物及增强材料能很好的相容，在基材中不迁移，不起霜。

另外，PBB-PA中的五溴苄基可赋予聚酰胺以优异的抗紫外线性能。

（4）反应型磷系阻燃剂阻燃的聚酰胺
材料燃烧时可⽣成较多的焦炭，并可减少可燃性挥发物的⽣成量，且聚酰胺的质量损失率⼤⼤降低，但燃烧时⽣成的烟量增⼤。

8. 添加型阻燃不饱和聚酯的种类包括哪些？并说明其性能特点
（1）氢氧化铝为填料的阻燃不饱和聚酯
以AL(OH)阻燃的不饱和热固性聚酯是⼀种重要的⼯业产品。

⾼品位的AL(OH)⽤于制造卫⼠设备时，可使制品具有良好的外观和阻燃性，也可降低制品成本。

AL(OH)的表⾯处理可改善最终制品的抗腐蚀性、阻燃性和抑烟性。

（2）红磷或微胶囊化红磷对不饱和聚酯具有良好的阻燃性，但它常与AL(OH)并⽤，以产⽣阻燃协调效应，有时还可同时加⼊⾦属氧化物。

有些卤系添加型阻燃剂也可改善红磷的阻燃效能，但卤与磷的摩尔⽐⾄少应为1:1。

对通⽤的不含卤不饱和聚酯，以60%~79%AL(OH)及5%~7%红磷阻燃后，在100°C下固化2h，材料的阻燃性可达UL94V-0级。

（3）硼酸锌阻燃的不饱和聚酯
硼酸锌能降低某些含卤不饱和聚酯的⽣烟量，对含卤不饱和聚酯Hetron92A，以五份硼酸锌代替等量的氧化锑时，明燃⽣烟量可减少40%。

（4）三聚氰胺阻燃的不饱和聚酯
以三聚氰胺磷酸盐阻燃含氯不饱和聚酯时，不仅能赋予材料阻燃性，且不⼲扰聚酯的固化。

当以三聚氰胺为阻燃剂时，材料在UL94试验中第⼀次点燃时燃烧时间极短，⽽第⼆次点燃时燃烧时间则增长，⽕源移⾛后不发⽣阴燃。

（5）含磷阻燃剂阻燃的不饱和聚酯
以三⼄基磷酸酯和甲基膦酸⼆甲酯作为含AL(OH)不饱和聚酯的低粘度液体添加剂的⽅法，可允许在不饱和聚酯中加⼊较多量的AL(OH)，⽽材料所含的挥发性磷（膦）酸脂则可固结于热固性的固化不饱和聚酯中，⽽不⾄于对⽔敏感，所以这种聚酯可⽤于制造澡盆及淋浴装置。

采⽤三⼄基磷酸酯和甲基膦酸⼆甲酯的⼀个缺点是延缓了不饱和聚酯的固化过程。

（6）磷化合物-三聚氰胺阻燃的不饱和聚酯
该阻燃剂阻燃的不饱和聚酯具有抗化学腐蚀性，且制品颜⾊较⽩、外观较美、着⾊⼒极佳。

此外该体系与⽯膏及碳酸钙相容，制的极廉价的阻燃剂。