阻燃材料

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