有机高分子材料阻燃技术
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பைடு நூலகம்
52
阻燃的作用
难于点燃（LOI，UL 94 等）
降低火焰传播速度
降低释热速度 降低质量损失速度 降低有毒、腐蚀性气体及烟尘生成量
2013-7-29
53
2013-7-29
54
电视机
2013-7-29
55
床垫
2013-7-29
56
氧指数测定仪
2013-7-29
57
UL 94 V 的垂直燃烧试验
2013-7-29 35
火灾的危害因素
燃烧火焰; 热; 氧窒息; 烟;
毒性气体和物质;
腐蚀性.
2013-7-29 36
有机高分子阻燃技术
2013-7-29
37
使用阻燃剂
添加型或反应型阻燃剂。
使用含有磷-氮的无机填充物 化学改性聚合物(交联、嵌段、共混、 表面处理等)
市中铁十九局在建隧道工地民工工棚发生重
大火灾。
事故造成10人死亡，14人受伤，其中 重伤6人。 工棚顶棚可燃泡沫材料及区域分隔材
料在燃烧过程中释放大量有毒烟气。
2. 2010年11月15日14时15分，上海胶州路 718号28层的教师公寓发生大火。
事故造成40多人死亡，50多人受伤。
堆放大楼周围施工材料着火引发火灾。
Production & Processing
Flammability
Electrical properties
Mechanics
FR-plastics
Price
Thermal properties
2013-7-29
Colour etc.
Environment
51
阻燃作用和性能表征
2013-7-29
电子电气、精密机械、建材、运输、家具、纺织
2013-7-29
21
FR-PBT
FR-EP
FR-PA
FR-ABS
FR-PC
FR-PP
2013-7-29
FR-PA/ABS
22
FR-PETG FR-TPU
阻燃三聚氰胺
阻燃仿皮革
2013-7-29
阻燃布
23
F4 耐火碳纤维
2013-7-29
24
阻燃PVC
2013-7-29
58
锥形量热仪（CONE）
2013-7-29
59
2013-7-29
60
密 度 温 度
未 气 炭 降 反 相 层 解 应 区 区 区 区 •2013-7-29 受热升温,点燃起火,火焰传播,燃烧充分发展. 30
聚合物燃烧过程及热作用示意图
2013-7-29
31
聚合物燃烧的阶段
加热阶段（点燃特性）
燃烧加速阶段（火焰传播特性）
燃烧充分阶段（稳态燃烧特性）
减弱阶段（熄灭特性）
2013-7-29
43
卤系阻燃剂阻燃机理
含卤化合物在高温下释出卤和卤化氢； 卤化氢能捕获高活性自由基H· 、O· 和OH· ； HBr难燃，不仅能稀释空气中的氧气，还能 覆盖在材料的表面，隔绝空气，致使材料的
燃烧速度降低或自熄。
2013-7-29
44
卤-锑系统的阻燃机理
三氧化二锑能控制、延缓溴自由基的释放， 使得溴自由基的阻燃作用得以充分发挥。 三氧化二锑催化氢自由基和氢氧自由基结 合成水分子，有效地抑制气相燃烧反应。
2013-7-29
45
在高温下三氧化二锑能与溴系阻燃剂分解生
成的溴化氢反应生成三溴化锑或溴氧化锑；
三溴化锑蒸汽密度较空气大，不仅能较长时 间停留在燃烧区，稀释可燃性气体，而且可 覆盖在聚合物表面隔热隔氧。
2013-7-29
46
溴氧化锑的分解为吸热反应，可有效降低聚 合物的温度和分解速度；且液态和固态三溴 化锑微粒的表面效应可降低火焰能量。 三溴化锑在燃烧区内发生分解，可捕获气相 中维持燃烧链式反应的活泼自由基，改变气 相中的反应模式，减少反应放热量，使火焰 淬灭。
2013-7-29 47
在火焰下层的固态或熔融态聚合物中，三溴
化锑能促进成炭反应，相对减缓生成挥发性
可燃物的聚合物的热分解和氧化分解，且生
成的炭层又将聚合物包覆，阻止了可燃性气
体逸出和进入火焰区。
2013-7-29
48
膨胀型阻燃剂阻燃机理
2013-7-29
49
阻燃新概念
2013-7-29
50
2013-7-29 10
2. 2011年2月3日0时，沈阳五星级酒店皇朝 万鑫酒店发生火灾。 燃放烟花，引燃B座11层1109房间南侧
室外平台地面塑料草坪，继而引燃铝塑板
结合处可燃胶条、泡沫棒、挤塑板等，最
后引燃室内可燃物，形成大面积立体燃烧。
2013-7-29 11
火灾的危害性
国 民 经 济 发 展
2013-7-29 41
阻燃剂受热分解后，释出自由基抑制剂，
使火焰链锁反应的支化过程中断，减缓气
相反应速度。
催化凝聚相热分解固相产物——泡沫炭层的 形成，这些层状硬壳可阻碍热传递，从而使 凝聚相温度保持在较低水平，可燃性气态热 分解产物生成速度下降。
2013-7-29 42
在热作用下，阻燃剂出现吸热性相变，物 理性地阻止凝聚相内温度升高。 阻燃剂受热分解后释出大量难燃气体，使 空气中氧和气态可燃性分解产物得到稀释， 降低可燃气以及聚合物表面温度，使燃烧终 止。
2013-7-29
火灾科学，2010，18(1): 64-66.
15
预防火灾的措施
Fire Prevention
2013-7-29 16
严格火灾安全规范； 加强火灾安全教育； 推广烟雾报警器； 加强火警早期检测；
模拟火灾演习训练；
推广应用阻燃材料，主要是阻燃高分子材料。
2013-7-29 17
15
1
1
1
＜1/3
1
～1
＜1/2 ＜1/4
1987年，美国国家标准局（NBS，现改为美国 国家技术和标准研究院，NITS） 2013-7-29 28
有机高分子材料的燃烧
2013-7-29
29
聚合物的热分解
对流加热 辐射加热 表面反射散热 表面反辐射散热 表面对流散热 内层热传导 内层辐射吸收 基层热解气体 炭层热传导
阻燃高分子材料
应用概况
2013-7-29 18
阻燃高分子材料是经过阻燃改性的高分子 材料，其中主要是阻燃塑料。 阻燃材料与未阻燃的同类材料相比，不易 被引燃，能抑制火焰传播，可防止小火发展成 灾难性的大火，因而可大大降低火灾危险性， 使各种制品能安全地使用，减少甚至避免人们 生命财产的损失。
2013-7-29
6
3. 2010年11月5日9时15分许，吉林市商业大 厦火灾。
事故造成19人死亡，28人受伤。
火灾原因是因电路起火所致。
2013-7-29
7
4. 2010年8月28日14时54分，沈阳市铁西区 万达广场售楼处火灾。
事故造成11人死亡，7人受伤。
宣传用展板和条幅等易燃物品，致使
有机高分子材料阻燃技术
刘治国 物理与化学学院
2011.03
2013-7-29 1
火灾危害性
Fire Hazard
2013-7-29 2
重特大火灾事故
火灾：时间上和空间上失去控制的燃烧所 造成的灾害。 《生产安全事故报告调查处理条例》将火 灾分为：
重特大火灾；较大火灾和一般火灾。
2013-7-29 3
德国，每年火灾致死600人，直接经济损
失约为65亿马克
2013-7-29
14
1992年－2001年： 全国火灾：106万起 死伤人数：6.8万人 直接损失：125亿元
－中国消防网2003年11月
2000年－2008年： 全国特别重大火灾：12起，特大火灾39起 死伤人数：1245人，重伤570人 直接损失：17.5亿元
火灾迅速蔓延。同时沙盘材质为易燃材料
燃烧后释放出大量有毒有害气体。
2013-7-29 8
5. 2010年7月19日14时28分许，乌鲁木齐居 民房火灾。
事故造成12人死亡，17人受伤。
儿童玩火引燃楼梯间存放的可燃杂物 蔓延成火灾。
2013-7-29 9
2011年重大火灾事故
1. 1月17日23时19分，武汉市汉正街侨康综 合商场发生火灾。 事故造成14人遇难，4人住院。 消防部门初步判断，起火原因很有可 能是电路老化。
2013-7-29
25
阻燃高分子材料 对防火的贡献
2013-7-29 26
五种大型试验
聚苯乙烯电视机外壳； 聚苯醚电子计算机外壳； 聚氨酯泡沫塑料软椅； 带有聚乙烯绝缘层及橡胶护套的电缆；
不饱和聚酯玻璃钢电路板。
2013-7-29
27
试验结果
试样 未阻燃 材料
阻燃 材料
逃逸 质量损 放热 有毒气体生 烟生 成量 (换算 时间 失速度 速度 成量 成CO计) 1
合成材料
致命缺点： 易燃，燃烧时释放有毒、有害气体
2013-7-29
12
美国
1999~2000年火灾死亡近4000人/年； 伤近20000人/年； 直接经济损失约100亿美元。
2013-7-29
13
欧洲
每年火灾致死超过5000人，每百万居民每 年火灾致死平均约13人。火灾导致的直接经 济损失为全欧GDP的0.3％。
2013-7-29 38
防火涂层
直接合成难燃的高分子材料 纳米复合材料
本质阻燃材料
2013-7-29
39
主要阻燃剂
卤系(氯、溴)阻燃剂 有机磷系及磷-卤(氯、溴)系阻燃剂 膨胀型阻燃剂 氮系阻燃剂
无机阻燃剂
2013-7-29 40
一般阻燃机理
材料的阻燃一般都是通过气相阻燃、凝聚相阻 燃及中断热交换阻燃等机理实现的。 在热作用下，凝聚相内的阻燃剂热分解， 这个热分解过程是吸热的，从而使凝聚相 内温度上升减慢，延缓了材料的热分解速 度。
特别重大火灾：死亡＞30人 or 重伤＞100 人 or 财产损失 ＞1亿元。 重大火灾：死亡10~30人 or 重伤50~100人 or 财产损失0.5~1亿元。
重特大火灾是指特别重大火灾和重大
火灾。
2013-7-29 4
2010年重大火灾事故
1. 2010年5月3日22时33分许，位于呼和浩特
2013-7-29 19
高聚物总产量约1.7亿吨/年左右；
阻燃高聚物约1200)万吨/年，约占8％；
工程塑料总产量约为600万吨/年，35％为阻 燃产品。
2013-7-29
20
阻燃高分子材料中塑料占约80％； 纺织品占约5％；
橡胶占约10％；
涂料占约3％；
纸张及木材约2％。
2013-7-29
32
聚合物燃烧四要素
热源; 空气（氧气）; 可燃性物质; 自由基反应
2013-7-29
33
引发聚合物燃烧有三个必要环节
加热 分解/裂解 被点燃
2013-7-29
34
聚合物表面的火焰传播
聚合物被点燃后，一方面随着燃烧热分解
层向材料内部的深入发展，不断为燃烧提 供反应燃料，另一方面，火焰会沿着表面 扩散与传播，引发大面积的表面燃烧。 材料表面火焰的传播著地影响初期火灾 的发展和热释放速率。
52
阻燃的作用
难于点燃（LOI，UL 94 等）
降低火焰传播速度
降低释热速度 降低质量损失速度 降低有毒、腐蚀性气体及烟尘生成量
2013-7-29
53
2013-7-29
54
电视机
2013-7-29
55
床垫
2013-7-29
56
氧指数测定仪
2013-7-29
57
UL 94 V 的垂直燃烧试验
2013-7-29 35
火灾的危害因素
燃烧火焰; 热; 氧窒息; 烟;
毒性气体和物质;
腐蚀性.
2013-7-29 36
有机高分子阻燃技术
2013-7-29
37
使用阻燃剂
添加型或反应型阻燃剂。
使用含有磷-氮的无机填充物 化学改性聚合物(交联、嵌段、共混、 表面处理等)
市中铁十九局在建隧道工地民工工棚发生重
大火灾。
事故造成10人死亡，14人受伤，其中 重伤6人。 工棚顶棚可燃泡沫材料及区域分隔材
料在燃烧过程中释放大量有毒烟气。
2. 2010年11月15日14时15分，上海胶州路 718号28层的教师公寓发生大火。
事故造成40多人死亡，50多人受伤。
堆放大楼周围施工材料着火引发火灾。
Production & Processing
Flammability
Electrical properties
Mechanics
FR-plastics
Price
Thermal properties
2013-7-29
Colour etc.
Environment
51
阻燃作用和性能表征
2013-7-29
电子电气、精密机械、建材、运输、家具、纺织
2013-7-29
21
FR-PBT
FR-EP
FR-PA
FR-ABS
FR-PC
FR-PP
2013-7-29
FR-PA/ABS
22
FR-PETG FR-TPU
阻燃三聚氰胺
阻燃仿皮革
2013-7-29
阻燃布
23
F4 耐火碳纤维
2013-7-29
24
阻燃PVC
2013-7-29
58
锥形量热仪（CONE）
2013-7-29
59
2013-7-29
60
密 度 温 度
未 气 炭 降 反 相 层 解 应 区 区 区 区 •2013-7-29 受热升温,点燃起火,火焰传播,燃烧充分发展. 30
聚合物燃烧过程及热作用示意图
2013-7-29
31
聚合物燃烧的阶段
加热阶段（点燃特性）
燃烧加速阶段（火焰传播特性）
燃烧充分阶段（稳态燃烧特性）
减弱阶段（熄灭特性）
2013-7-29
43
卤系阻燃剂阻燃机理
含卤化合物在高温下释出卤和卤化氢； 卤化氢能捕获高活性自由基H· 、O· 和OH· ； HBr难燃，不仅能稀释空气中的氧气，还能 覆盖在材料的表面，隔绝空气，致使材料的
燃烧速度降低或自熄。
2013-7-29
44
卤-锑系统的阻燃机理
三氧化二锑能控制、延缓溴自由基的释放， 使得溴自由基的阻燃作用得以充分发挥。 三氧化二锑催化氢自由基和氢氧自由基结 合成水分子，有效地抑制气相燃烧反应。
2013-7-29
45
在高温下三氧化二锑能与溴系阻燃剂分解生
成的溴化氢反应生成三溴化锑或溴氧化锑；
三溴化锑蒸汽密度较空气大，不仅能较长时 间停留在燃烧区，稀释可燃性气体，而且可 覆盖在聚合物表面隔热隔氧。
2013-7-29
46
溴氧化锑的分解为吸热反应，可有效降低聚 合物的温度和分解速度；且液态和固态三溴 化锑微粒的表面效应可降低火焰能量。 三溴化锑在燃烧区内发生分解，可捕获气相 中维持燃烧链式反应的活泼自由基，改变气 相中的反应模式，减少反应放热量，使火焰 淬灭。
2013-7-29 47
在火焰下层的固态或熔融态聚合物中，三溴
化锑能促进成炭反应，相对减缓生成挥发性
可燃物的聚合物的热分解和氧化分解，且生
成的炭层又将聚合物包覆，阻止了可燃性气
体逸出和进入火焰区。
2013-7-29
48
膨胀型阻燃剂阻燃机理
2013-7-29
49
阻燃新概念
2013-7-29
50
2013-7-29 10
2. 2011年2月3日0时，沈阳五星级酒店皇朝 万鑫酒店发生火灾。 燃放烟花，引燃B座11层1109房间南侧
室外平台地面塑料草坪，继而引燃铝塑板
结合处可燃胶条、泡沫棒、挤塑板等，最
后引燃室内可燃物，形成大面积立体燃烧。
2013-7-29 11
火灾的危害性
国 民 经 济 发 展
2013-7-29 41
阻燃剂受热分解后，释出自由基抑制剂，
使火焰链锁反应的支化过程中断，减缓气
相反应速度。
催化凝聚相热分解固相产物——泡沫炭层的 形成，这些层状硬壳可阻碍热传递，从而使 凝聚相温度保持在较低水平，可燃性气态热 分解产物生成速度下降。
2013-7-29 42
在热作用下，阻燃剂出现吸热性相变，物 理性地阻止凝聚相内温度升高。 阻燃剂受热分解后释出大量难燃气体，使 空气中氧和气态可燃性分解产物得到稀释， 降低可燃气以及聚合物表面温度，使燃烧终 止。
2013-7-29
火灾科学，2010，18(1): 64-66.
15
预防火灾的措施
Fire Prevention
2013-7-29 16
严格火灾安全规范； 加强火灾安全教育； 推广烟雾报警器； 加强火警早期检测；
模拟火灾演习训练；
推广应用阻燃材料，主要是阻燃高分子材料。
2013-7-29 17
15
1
1
1
＜1/3
1
～1
＜1/2 ＜1/4
1987年，美国国家标准局（NBS，现改为美国 国家技术和标准研究院，NITS） 2013-7-29 28
有机高分子材料的燃烧
2013-7-29
29
聚合物的热分解
对流加热 辐射加热 表面反射散热 表面反辐射散热 表面对流散热 内层热传导 内层辐射吸收 基层热解气体 炭层热传导
阻燃高分子材料
应用概况
2013-7-29 18
阻燃高分子材料是经过阻燃改性的高分子 材料，其中主要是阻燃塑料。 阻燃材料与未阻燃的同类材料相比，不易 被引燃，能抑制火焰传播，可防止小火发展成 灾难性的大火，因而可大大降低火灾危险性， 使各种制品能安全地使用，减少甚至避免人们 生命财产的损失。
2013-7-29
6
3. 2010年11月5日9时15分许，吉林市商业大 厦火灾。
事故造成19人死亡，28人受伤。
火灾原因是因电路起火所致。
2013-7-29
7
4. 2010年8月28日14时54分，沈阳市铁西区 万达广场售楼处火灾。
事故造成11人死亡，7人受伤。
宣传用展板和条幅等易燃物品，致使
有机高分子材料阻燃技术
刘治国 物理与化学学院
2011.03
2013-7-29 1
火灾危害性
Fire Hazard
2013-7-29 2
重特大火灾事故
火灾：时间上和空间上失去控制的燃烧所 造成的灾害。 《生产安全事故报告调查处理条例》将火 灾分为：
重特大火灾；较大火灾和一般火灾。
2013-7-29 3
德国，每年火灾致死600人，直接经济损
失约为65亿马克
2013-7-29
14
1992年－2001年： 全国火灾：106万起 死伤人数：6.8万人 直接损失：125亿元
－中国消防网2003年11月
2000年－2008年： 全国特别重大火灾：12起，特大火灾39起 死伤人数：1245人，重伤570人 直接损失：17.5亿元
火灾迅速蔓延。同时沙盘材质为易燃材料
燃烧后释放出大量有毒有害气体。
2013-7-29 8
5. 2010年7月19日14时28分许，乌鲁木齐居 民房火灾。
事故造成12人死亡，17人受伤。
儿童玩火引燃楼梯间存放的可燃杂物 蔓延成火灾。
2013-7-29 9
2011年重大火灾事故
1. 1月17日23时19分，武汉市汉正街侨康综 合商场发生火灾。 事故造成14人遇难，4人住院。 消防部门初步判断，起火原因很有可 能是电路老化。
2013-7-29
25
阻燃高分子材料 对防火的贡献
2013-7-29 26
五种大型试验
聚苯乙烯电视机外壳； 聚苯醚电子计算机外壳； 聚氨酯泡沫塑料软椅； 带有聚乙烯绝缘层及橡胶护套的电缆；
不饱和聚酯玻璃钢电路板。
2013-7-29
27
试验结果
试样 未阻燃 材料
阻燃 材料
逃逸 质量损 放热 有毒气体生 烟生 成量 (换算 时间 失速度 速度 成量 成CO计) 1
合成材料
致命缺点： 易燃，燃烧时释放有毒、有害气体
2013-7-29
12
美国
1999~2000年火灾死亡近4000人/年； 伤近20000人/年； 直接经济损失约100亿美元。
2013-7-29
13
欧洲
每年火灾致死超过5000人，每百万居民每 年火灾致死平均约13人。火灾导致的直接经 济损失为全欧GDP的0.3％。
2013-7-29 38
防火涂层
直接合成难燃的高分子材料 纳米复合材料
本质阻燃材料
2013-7-29
39
主要阻燃剂
卤系(氯、溴)阻燃剂 有机磷系及磷-卤(氯、溴)系阻燃剂 膨胀型阻燃剂 氮系阻燃剂
无机阻燃剂
2013-7-29 40
一般阻燃机理
材料的阻燃一般都是通过气相阻燃、凝聚相阻 燃及中断热交换阻燃等机理实现的。 在热作用下，凝聚相内的阻燃剂热分解， 这个热分解过程是吸热的，从而使凝聚相 内温度上升减慢，延缓了材料的热分解速 度。
特别重大火灾：死亡＞30人 or 重伤＞100 人 or 财产损失 ＞1亿元。 重大火灾：死亡10~30人 or 重伤50~100人 or 财产损失0.5~1亿元。
重特大火灾是指特别重大火灾和重大
火灾。
2013-7-29 4
2010年重大火灾事故
1. 2010年5月3日22时33分许，位于呼和浩特
2013-7-29 19
高聚物总产量约1.7亿吨/年左右；
阻燃高聚物约1200)万吨/年，约占8％；
工程塑料总产量约为600万吨/年，35％为阻 燃产品。
2013-7-29
20
阻燃高分子材料中塑料占约80％； 纺织品占约5％；
橡胶占约10％；
涂料占约3％；
纸张及木材约2％。
2013-7-29
32
聚合物燃烧四要素
热源; 空气（氧气）; 可燃性物质; 自由基反应
2013-7-29
33
引发聚合物燃烧有三个必要环节
加热 分解/裂解 被点燃
2013-7-29
34
聚合物表面的火焰传播
聚合物被点燃后，一方面随着燃烧热分解
层向材料内部的深入发展，不断为燃烧提 供反应燃料，另一方面，火焰会沿着表面 扩散与传播，引发大面积的表面燃烧。 材料表面火焰的传播著地影响初期火灾 的发展和热释放速率。