膨胀型阻燃剂及应用
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与三源组成及配比有关，通常540倍。
类似于泡沫塑料的多孔炭层。
EG层板间组分受热，氧化石墨C，释放气体， 使层Βιβλιοθήκη Baidu急剧膨胀： C+2H2SO4→CO2↑+H2O↑+2SO2↑
与EG粒度有关，通常40250倍
EG鳞片膨胀后呈“蠕虫”状，许多“蠕虫” 分布于组分残渣之中，构成膨胀炭层。
达到UL 94 垂直燃烧级别 的添加质量分数/%
6.1 概述
➢ the bottom layer of char, near the polymer surface, 300-600 ℃ ➢ the upper surface, 1500 ℃
北京理工大学
6.1 概述
化学与物理膨胀阻燃体系的共同之处是在火 焰的作用下能够膨胀，并形成隔热、隔质的炭层，获 得高效阻燃、低烟的效果。化学膨胀型阻燃体系的本 质是三源在受热或燃烧条件下，通过化学反应获得有 阻燃效果的膨胀炭层。
A carbonific as a carbon-yielding source and a spumific as a foam producing substance.
little or no water resistant
北京理工大学
6.1 概述
1952年 Lauring : 第一个含有耐水树脂的配方;
After 12s
After 600 s
• A thick high yield char barrier • Extinguishing fire • Protecting the coated substrate
北京理工大学
6.1 概述
炭层的作用：
➢ 隔热、隔氧，使火焰自熄；
➢ 仅有少量烟雾产生；
化学膨胀型阻燃体系的定义：在热或火焰作用下， 体系组分只要能够通过化学反应产生优良的隔热、隔 质泡沫状炭层的体系，均可称为化学膨胀型阻燃体系。
北京理工大学
6.1 概述
After 4 s
After 8 s
• An Intumescent Coating, 3 mm thick • Foaming up to 38 mm thick by flame
➢ 粘附在熔融的材料表面 ，防 止熔滴的产生，避免了火焰的进 一步传播。
The role of char in thermal degradation: Fire Retardancy 北京理工大学
6.1 概述
炭层的隔热效果
Table 6-1 Effect of a Closed-Cell Char Foam in Preventing a Substrate from Reaching Ignition Temperature (300 ℃)
北京理工大学
6.1 概述
表6-2 化学膨胀型阻燃体系与物理膨胀型阻燃体系的比较
膨胀阻燃体系 基本组成
化学型 酸源、炭源、气源
物理型（以H2SO4插层EG为例） 石墨层板、层间受热可分解或挥发的化合物
燃烧或受热 膨胀阻燃作用机理
膨胀倍率
炭层形貌
酸源使炭源脱水成酯，酯分解、交联、 芳化，气源与熔体作用膨胀成炭。
2030；20%以下，随添加量增加，燃 烧级别无明显变化。如Exolit IFR 23,添加 量25%，阻燃PP可达V-0级（3.2mm）， LOI 32%。
随添加量增加，燃烧级别呈线性提高。如 FLAMECUT EREP-AP，添加量9phr(EG/红磷 =6/3)， 阻燃PP可达V-0级（3.2mm），LOI 26%。
Thickness (mm)
0.1 1.0 2.7 10
External Temp. (℃)
342 743 1500 4600
北京理工大学
6.1 概述
IFR聚合物的特点 • 无卤、无dioxin、无HX腐蚀性气体、低烟； • 阻燃效率界于含卤与无机氢氧化物阻燃之间； • 无熔滴滴落； • 填充量较小； • 成本较高。
优点
高效阻燃、无熔滴、低烟、无毒、无腐 蚀气体释放等。
高效阻燃（许多情况下优于化学膨胀型阻燃体 系）、无熔滴、低烟、无毒、无迁移等。
缺点或局限
迁移、吸潮、添加量偏高[8]；不适合薄膜 尺寸效应1)、烛芯效应2）、爆米花效应3）、少
材料的阻燃。
量SO2释放、黑色。
1) 尺寸效应 — 随EG粒度降低，膨胀倍率减小，阻燃效果变差。 2) 烛芯效应 — 鳞片状GE与树脂共混，燃烧时，有时GE类似蜡烛芯使火焰不易熄灭。 3) 爆米花效应 — 当阻燃体系中鳞片状GE由于颗粒间缺乏相互联结，而导致GE在火焰扰动下类似“爆米 花”一样脱落，导致材料耐火级别下降。
北京理工大学
6.1 概述
IFR技术的由来 第一个膨胀阻燃涂料的专利于1938年由Tramm 提出:
27.5% Diammonium Phosphate 35.0 Dicyandiamide （双氰胺） 37.5 Formaldehyde
This coating swelled and formed a layer of carbon when heated. Monoammonium phosphate, ammonium sulfate, ammonium chloride or ammonium bromide substitutes for diammonium phosphate.
1953年 Jones: 使用“水不溶”的 Melamine phosphate……
6.1 概述
化学膨胀阻燃的概念
当添加了膨胀阻燃剂的材料体系与火焰或 其它点燃源接触时，体系表面温度超过300 ℃时， 阻燃剂通过化学反应在火焰与可燃基材之间形 成稳定的泡沫状炭层。
The role of char in thermal degradation: Fire Retardancy
北京理工大学
北京理工大学
6.1 概述
1948-1950年 Jones 给出了今天意义上的IFR 体系:
11.8% Paraformaldehyde 65.7 Monoammonium phosphate 14.7 Urea 7.8 Starch
or 25.1% Paraformaldehyde 39.2 Diammonium phosphate 23.5 Urea 12.2 Dextrin
类似于泡沫塑料的多孔炭层。
EG层板间组分受热，氧化石墨C，释放气体， 使层Βιβλιοθήκη Baidu急剧膨胀： C+2H2SO4→CO2↑+H2O↑+2SO2↑
与EG粒度有关，通常40250倍
EG鳞片膨胀后呈“蠕虫”状，许多“蠕虫” 分布于组分残渣之中，构成膨胀炭层。
达到UL 94 垂直燃烧级别 的添加质量分数/%
6.1 概述
➢ the bottom layer of char, near the polymer surface, 300-600 ℃ ➢ the upper surface, 1500 ℃
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6.1 概述
化学与物理膨胀阻燃体系的共同之处是在火 焰的作用下能够膨胀，并形成隔热、隔质的炭层，获 得高效阻燃、低烟的效果。化学膨胀型阻燃体系的本 质是三源在受热或燃烧条件下，通过化学反应获得有 阻燃效果的膨胀炭层。
A carbonific as a carbon-yielding source and a spumific as a foam producing substance.
little or no water resistant
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6.1 概述
1952年 Lauring : 第一个含有耐水树脂的配方;
After 12s
After 600 s
• A thick high yield char barrier • Extinguishing fire • Protecting the coated substrate
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6.1 概述
炭层的作用：
➢ 隔热、隔氧，使火焰自熄；
➢ 仅有少量烟雾产生；
化学膨胀型阻燃体系的定义：在热或火焰作用下， 体系组分只要能够通过化学反应产生优良的隔热、隔 质泡沫状炭层的体系，均可称为化学膨胀型阻燃体系。
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6.1 概述
After 4 s
After 8 s
• An Intumescent Coating, 3 mm thick • Foaming up to 38 mm thick by flame
➢ 粘附在熔融的材料表面 ，防 止熔滴的产生，避免了火焰的进 一步传播。
The role of char in thermal degradation: Fire Retardancy 北京理工大学
6.1 概述
炭层的隔热效果
Table 6-1 Effect of a Closed-Cell Char Foam in Preventing a Substrate from Reaching Ignition Temperature (300 ℃)
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6.1 概述
表6-2 化学膨胀型阻燃体系与物理膨胀型阻燃体系的比较
膨胀阻燃体系 基本组成
化学型 酸源、炭源、气源
物理型（以H2SO4插层EG为例） 石墨层板、层间受热可分解或挥发的化合物
燃烧或受热 膨胀阻燃作用机理
膨胀倍率
炭层形貌
酸源使炭源脱水成酯，酯分解、交联、 芳化，气源与熔体作用膨胀成炭。
2030；20%以下，随添加量增加，燃 烧级别无明显变化。如Exolit IFR 23,添加 量25%，阻燃PP可达V-0级（3.2mm）， LOI 32%。
随添加量增加，燃烧级别呈线性提高。如 FLAMECUT EREP-AP，添加量9phr(EG/红磷 =6/3)， 阻燃PP可达V-0级（3.2mm），LOI 26%。
Thickness (mm)
0.1 1.0 2.7 10
External Temp. (℃)
342 743 1500 4600
北京理工大学
6.1 概述
IFR聚合物的特点 • 无卤、无dioxin、无HX腐蚀性气体、低烟； • 阻燃效率界于含卤与无机氢氧化物阻燃之间； • 无熔滴滴落； • 填充量较小； • 成本较高。
优点
高效阻燃、无熔滴、低烟、无毒、无腐 蚀气体释放等。
高效阻燃（许多情况下优于化学膨胀型阻燃体 系）、无熔滴、低烟、无毒、无迁移等。
缺点或局限
迁移、吸潮、添加量偏高[8]；不适合薄膜 尺寸效应1)、烛芯效应2）、爆米花效应3）、少
材料的阻燃。
量SO2释放、黑色。
1) 尺寸效应 — 随EG粒度降低，膨胀倍率减小，阻燃效果变差。 2) 烛芯效应 — 鳞片状GE与树脂共混，燃烧时，有时GE类似蜡烛芯使火焰不易熄灭。 3) 爆米花效应 — 当阻燃体系中鳞片状GE由于颗粒间缺乏相互联结，而导致GE在火焰扰动下类似“爆米 花”一样脱落，导致材料耐火级别下降。
北京理工大学
6.1 概述
IFR技术的由来 第一个膨胀阻燃涂料的专利于1938年由Tramm 提出:
27.5% Diammonium Phosphate 35.0 Dicyandiamide （双氰胺） 37.5 Formaldehyde
This coating swelled and formed a layer of carbon when heated. Monoammonium phosphate, ammonium sulfate, ammonium chloride or ammonium bromide substitutes for diammonium phosphate.
1953年 Jones: 使用“水不溶”的 Melamine phosphate……
6.1 概述
化学膨胀阻燃的概念
当添加了膨胀阻燃剂的材料体系与火焰或 其它点燃源接触时，体系表面温度超过300 ℃时， 阻燃剂通过化学反应在火焰与可燃基材之间形 成稳定的泡沫状炭层。
The role of char in thermal degradation: Fire Retardancy
北京理工大学
北京理工大学
6.1 概述
1948-1950年 Jones 给出了今天意义上的IFR 体系:
11.8% Paraformaldehyde 65.7 Monoammonium phosphate 14.7 Urea 7.8 Starch
or 25.1% Paraformaldehyde 39.2 Diammonium phosphate 23.5 Urea 12.2 Dextrin