阻燃复合材料
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发展趋势
非卤化 主要是以无机阻燃剂代替现在大量使用的有机阻燃剂。 阻燃剂超细化 阻燃剂颗粒越细，对所添加材料的物理性能的影响将越小， 甚至可以起到增强的效果。 阻燃剂表面处理 用表面化学方法处理无机阻燃剂，以增加其与高分子材料的 亲和力。 研究阻燃剂体系的协同作用 将不同的阻燃剂进行复配，在增强阻燃效果的同时，减少阻 燃剂的用量。
谢谢! 谢谢!
氢氧化镁 氢氧化镁 – 阻燃机理与ATH相似。与ATH(分解温度为250℃)相比， 阻燃机理与ATH相似。与ATH(分解温度为250℃)相比， Mg(OH)2的分解温度更高，为350~400℃，可用于加工 Mg(OH)2的分解温度更高，为350~400℃，可用于加工 温度高于250℃的工程塑料的阻燃，且还有促进聚合物成 温度高于250℃的工程塑料的阻燃，且还有促进聚合物成 炭的作用，但要达到一定的阻燃效果，添加量需在50% 炭的作用，但要达到一定的阻燃效果，添加量需在50% 以上，对材料的性能影响很大。 – 为减少聚合物中Mg(OH)2添加量,一种办法是将 为减少聚合物中Mg(OH)2添加量, Mg(OH)2颗粒细微化；另一种办法是采用包覆技术对 Mg(OH)2颗粒细微化；另一种办法是采用包覆技术对 Mg(OH)2表面改性，来提高其与聚合物的相容性。 Mg(OH)2表面改性，来提高其与聚合物的相容性。
膨胀型阻燃剂
膨胀型阻燃聚烯烃含有以磷、氮为主要成分的膨胀型阻燃剂 膨胀型阻燃聚烯烃含有以磷、氮为主要成分的膨胀型阻燃剂 IFR（Intumescent Flame Retardant）,当阻燃材料遇到高 IFR（ Retardant） 温时，表面形成一层均匀的碳质泡沫，体积在短时间内迅速 膨胀，各组分之间按下图所示顺序发生化学反应形成膨胀炭 层，从而起到了隔热、隔氧、抑烟以及迅速阻断火焰通道的 作用，同时防止远程管材熔滴，起到良好的阻燃性能。
磷、氮系和膨胀型阻燃剂
磷系阻燃剂 优点： 优点： – 热稳定性好、不挥发、不产生腐蚀性毒气、效 果持久及毒性低等。 种类： – 磷系阻燃剂分无机和有机磷阻燃剂。无机磷阻 燃剂主要以红磷、磷酸盐及磷— 燃剂主要以红磷、磷酸盐及磷—氮基化合物为 主；有机磷系阻燃剂主要以磷酸酯、亚磷酸酯 和膦酸酯为主。 – 此外，还有多种磷取代基的化合物、多聚物、 齐聚物以及多种磷— 齐聚物以及多种磷—氮键化合物。
氢氧化物阻燃体系
无机氢氧化物相对无毒，燃烧时不产生有毒、 无机氢氧化物相对无毒，燃烧时不产生有毒、 有腐蚀性的气体，而且发烟量小，更重要的 是无机氢氧化物价格便宜，因此无机氢氧化 物阻燃剂在聚烯烃阻燃中的应用得到了持续 的增长。无机氢氧化物中，使用比较多的是 氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MTH)。 氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MTH)。
在火焰中的高分子化合物的分解反应的H 在火焰中的高分子化合物的分解反应的H2O2架构: 架构: H∙+O2→OH∙+O∙ (1) O∙+H2→OH∙+H∙ (2) 在火焰中产生大部分热量的主要放热反应为： OH∙+CO→CO2+H∙ (3)
削弱复合材料的燃烧能力可通过阻断或者减缓燃烧 循环中（1）和（2 循环中（1）和（2）反应的连锁分支反应。阻燃聚 合物材料依靠三种途径之一中燃烧断循环来起作用： 调整热降解过程来减少可燃气体的分量和（或）种 类； 产生除去H∙与OH∙自由基而熄灭火焰的分解气； 产生除去H∙与OH∙自由基而熄灭火焰的分解气； 依靠改变材料的热传导和（或）热容性质来降低材 料温度。
燃烧循环
当复合材料暴露于火焰中时，聚合物基 材和有机纤维（如果存在）会热降解，伴随 着热量、烟和易燃气体的释放。气体由不能 燃的水蒸气和易燃的挥发物组成。
聚合物复合材料在火焰里的燃烧循环，标记⊕ 聚合物复合材料在火焰里的燃烧循环，标记⊕ 表示阻燃聚合物阻断燃烧循环的阶段
对大多数用于复合材料的聚合物和有机 纤维而言，分解温度典型地介乎300到500摄 纤维而言，分解温度典型地介乎300到500摄 氏度范围之间，但分解发生温度却取决与聚 合物的化学本性和燃烧环境。分解气从复合 材料流向火焰，而那正是可燃挥发物与氧反 应产生高活性H∙和OH∙自由基的场所。这些 应产生高活性H∙和OH∙自由基的场所。这些 自由基在导致聚合物及其他有机燃料的降解 和持续燃烧的链式反应中扮演重要角色。
复合 材料的阻燃技术研究进展
简介
复合材料的阻燃问题越来越引起人们的关注， 复合材料的阻燃问题越来越引起人们的关注， 已成为科研工作的重点之一。 近年来各国火灾造成的损失呈上升趋势，在火 灾的死亡人数中，70%是因为吸人毒烟窒息而死。 灾的死亡人数中，70%是因为吸人毒烟窒息而死。 用于各种高聚物材料的阻燃剂已成为仅次于增塑剂 的第二大塑料助剂，对聚合物材料阻燃技术的研究 日益受到世界各国的重视。
氮系阻燃剂
– 通常认为氮系阻燃剂受热分解后，易放出氨气、氮气、 深度氮氧化物、水蒸汽等不燃性气体，不燃性气体的生 成和阻燃剂分解吸热(包括一部分阻燃剂的升华吸热) 成和阻燃剂分解吸热(包括一部分阻燃剂的升华吸热)带走 大部分热量，极大地降低聚合物的表面温度。 – 不燃气体，如氮气，不仅起到了稀释空气中的氧气和高 聚物受热分解产生可燃性气体的浓度的作用，还能与空 气中氧气反应生成氮气、水及深度的氧化物，在消耗材 料表面氧气的同时，达到良好的阻燃效果。 – 但是，目前单独使用氮系阻燃剂阻燃聚烯烃效果不佳。 但这类阻燃剂与含磷阻燃剂结合而成的膨胀型阻燃剂体 系，其阻燃效果就很好。
阻燃机理
阻燃可以通过以下几种途径 终止自由基链反应，捕获传递燃烧链式反应的活性 自由基，即卤系阻燃剂阻燃机理。 吸收热分解产生的热量, 吸收热分解产生的热量,降低体系温度。氢氧化铝、 氢氧化镁及硼酸类无机阻燃剂是典型代表。 稀释可燃性物质和氧气浓度, 稀释可燃性物质和氧气浓度,使之降到着火极限以下， 即氮系阻燃剂阻燃机理。 促进聚合物成炭,减少可燃性气体的生成, 促进聚合物成炭,减少可燃性气体的生成,在材料表面 形成一层膨松、有吸孔的均质炭层。
氢氧化铝 – 氢氧化铝(ATH)是以烧碱分解铝钒土制取的工业级 氢氧化铝(ATH)是以烧碱分解铝钒土制取的工业级 Al(OH)3,经化学处理、洗涤、干燥、机械粉碎、气流超 Al(OH)3,经化学处理、洗涤、干燥、机械粉碎、气流超 细粉碎及复合后精制而得。 氢氧化铝阻燃机理 氢氧化铝阻燃机理 ⑴向聚合物中添加ATH，降低了可燃聚合物的浓度； ⑴向聚合物中添加ATH，降低了可燃聚合物的浓度； ⑵在250℃左右开始脱水、吸热，抑制聚合物的升温； ⑵在250℃左右开始脱水、吸热，抑制聚合物的升温； ⑶分解生成的水蒸气稀释了可燃气体和氧气的浓度，可 阻止燃烧进行； ⑷在可燃物表面生成Al ⑷在可燃物表面生成Al2O3,阻止燃烧。
阻燃体系
one 卤素阻燃体系
two
氢氧化物阻燃体系
three
磷、氮系和膨胀型阻燃剂
卤素阻燃体系
卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻 燃剂之一，它以其添加量少、阻燃效果显著 而在阻燃领域中占有重要地位。卤系阻燃剂 尤其以溴系阻燃剂居多。 聚烯烃阻燃体系多集中在十溴联苯醚/ 聚烯烃阻燃体系多集中在十溴联苯醚/三氧化 二锑、八溴联苯醚/ 二锑、八溴联苯醚/三氧化二锑。 目前国内主要采用有机卤化物与三氧化二锑 目前国内主要采用有机卤化物与三氧化二锑 （Sb2O3）复配使用，以产生协同作用来提 高阻燃效果。
发展趋势
非卤化 主要是以无机阻燃剂代替现在大量使用的有机阻燃剂。 阻燃剂超细化 阻燃剂颗粒越细，对所添加材料的物理性能的影响将越小， 甚至可以起到增强的效果。 阻燃剂表面处理 用表面化学方法处理无机阻燃剂，以增加其与高分子材料的 亲和力。 研究阻燃剂体系的协同作用 将不同的阻燃剂进行复配，在增强阻燃效果的同时，减少阻 燃剂的用量。
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氢氧化镁 氢氧化镁 – 阻燃机理与ATH相似。与ATH(分解温度为250℃)相比， 阻燃机理与ATH相似。与ATH(分解温度为250℃)相比， Mg(OH)2的分解温度更高，为350~400℃，可用于加工 Mg(OH)2的分解温度更高，为350~400℃，可用于加工 温度高于250℃的工程塑料的阻燃，且还有促进聚合物成 温度高于250℃的工程塑料的阻燃，且还有促进聚合物成 炭的作用，但要达到一定的阻燃效果，添加量需在50% 炭的作用，但要达到一定的阻燃效果，添加量需在50% 以上，对材料的性能影响很大。 – 为减少聚合物中Mg(OH)2添加量,一种办法是将 为减少聚合物中Mg(OH)2添加量, Mg(OH)2颗粒细微化；另一种办法是采用包覆技术对 Mg(OH)2颗粒细微化；另一种办法是采用包覆技术对 Mg(OH)2表面改性，来提高其与聚合物的相容性。 Mg(OH)2表面改性，来提高其与聚合物的相容性。
膨胀型阻燃剂
膨胀型阻燃聚烯烃含有以磷、氮为主要成分的膨胀型阻燃剂 膨胀型阻燃聚烯烃含有以磷、氮为主要成分的膨胀型阻燃剂 IFR（Intumescent Flame Retardant）,当阻燃材料遇到高 IFR（ Retardant） 温时，表面形成一层均匀的碳质泡沫，体积在短时间内迅速 膨胀，各组分之间按下图所示顺序发生化学反应形成膨胀炭 层，从而起到了隔热、隔氧、抑烟以及迅速阻断火焰通道的 作用，同时防止远程管材熔滴，起到良好的阻燃性能。
磷、氮系和膨胀型阻燃剂
磷系阻燃剂 优点： 优点： – 热稳定性好、不挥发、不产生腐蚀性毒气、效 果持久及毒性低等。 种类： – 磷系阻燃剂分无机和有机磷阻燃剂。无机磷阻 燃剂主要以红磷、磷酸盐及磷— 燃剂主要以红磷、磷酸盐及磷—氮基化合物为 主；有机磷系阻燃剂主要以磷酸酯、亚磷酸酯 和膦酸酯为主。 – 此外，还有多种磷取代基的化合物、多聚物、 齐聚物以及多种磷— 齐聚物以及多种磷—氮键化合物。
氢氧化物阻燃体系
无机氢氧化物相对无毒，燃烧时不产生有毒、 无机氢氧化物相对无毒，燃烧时不产生有毒、 有腐蚀性的气体，而且发烟量小，更重要的 是无机氢氧化物价格便宜，因此无机氢氧化 物阻燃剂在聚烯烃阻燃中的应用得到了持续 的增长。无机氢氧化物中，使用比较多的是 氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MTH)。 氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MTH)。
在火焰中的高分子化合物的分解反应的H 在火焰中的高分子化合物的分解反应的H2O2架构: 架构: H∙+O2→OH∙+O∙ (1) O∙+H2→OH∙+H∙ (2) 在火焰中产生大部分热量的主要放热反应为： OH∙+CO→CO2+H∙ (3)
削弱复合材料的燃烧能力可通过阻断或者减缓燃烧 循环中（1）和（2 循环中（1）和（2）反应的连锁分支反应。阻燃聚 合物材料依靠三种途径之一中燃烧断循环来起作用： 调整热降解过程来减少可燃气体的分量和（或）种 类； 产生除去H∙与OH∙自由基而熄灭火焰的分解气； 产生除去H∙与OH∙自由基而熄灭火焰的分解气； 依靠改变材料的热传导和（或）热容性质来降低材 料温度。
燃烧循环
当复合材料暴露于火焰中时，聚合物基 材和有机纤维（如果存在）会热降解，伴随 着热量、烟和易燃气体的释放。气体由不能 燃的水蒸气和易燃的挥发物组成。
聚合物复合材料在火焰里的燃烧循环，标记⊕ 聚合物复合材料在火焰里的燃烧循环，标记⊕ 表示阻燃聚合物阻断燃烧循环的阶段
对大多数用于复合材料的聚合物和有机 纤维而言，分解温度典型地介乎300到500摄 纤维而言，分解温度典型地介乎300到500摄 氏度范围之间，但分解发生温度却取决与聚 合物的化学本性和燃烧环境。分解气从复合 材料流向火焰，而那正是可燃挥发物与氧反 应产生高活性H∙和OH∙自由基的场所。这些 应产生高活性H∙和OH∙自由基的场所。这些 自由基在导致聚合物及其他有机燃料的降解 和持续燃烧的链式反应中扮演重要角色。
复合 材料的阻燃技术研究进展
简介
复合材料的阻燃问题越来越引起人们的关注， 复合材料的阻燃问题越来越引起人们的关注， 已成为科研工作的重点之一。 近年来各国火灾造成的损失呈上升趋势，在火 灾的死亡人数中，70%是因为吸人毒烟窒息而死。 灾的死亡人数中，70%是因为吸人毒烟窒息而死。 用于各种高聚物材料的阻燃剂已成为仅次于增塑剂 的第二大塑料助剂，对聚合物材料阻燃技术的研究 日益受到世界各国的重视。
氮系阻燃剂
– 通常认为氮系阻燃剂受热分解后，易放出氨气、氮气、 深度氮氧化物、水蒸汽等不燃性气体，不燃性气体的生 成和阻燃剂分解吸热(包括一部分阻燃剂的升华吸热) 成和阻燃剂分解吸热(包括一部分阻燃剂的升华吸热)带走 大部分热量，极大地降低聚合物的表面温度。 – 不燃气体，如氮气，不仅起到了稀释空气中的氧气和高 聚物受热分解产生可燃性气体的浓度的作用，还能与空 气中氧气反应生成氮气、水及深度的氧化物，在消耗材 料表面氧气的同时，达到良好的阻燃效果。 – 但是，目前单独使用氮系阻燃剂阻燃聚烯烃效果不佳。 但这类阻燃剂与含磷阻燃剂结合而成的膨胀型阻燃剂体 系，其阻燃效果就很好。
阻燃机理
阻燃可以通过以下几种途径 终止自由基链反应，捕获传递燃烧链式反应的活性 自由基，即卤系阻燃剂阻燃机理。 吸收热分解产生的热量, 吸收热分解产生的热量,降低体系温度。氢氧化铝、 氢氧化镁及硼酸类无机阻燃剂是典型代表。 稀释可燃性物质和氧气浓度, 稀释可燃性物质和氧气浓度,使之降到着火极限以下， 即氮系阻燃剂阻燃机理。 促进聚合物成炭,减少可燃性气体的生成, 促进聚合物成炭,减少可燃性气体的生成,在材料表面 形成一层膨松、有吸孔的均质炭层。
氢氧化铝 – 氢氧化铝(ATH)是以烧碱分解铝钒土制取的工业级 氢氧化铝(ATH)是以烧碱分解铝钒土制取的工业级 Al(OH)3,经化学处理、洗涤、干燥、机械粉碎、气流超 Al(OH)3,经化学处理、洗涤、干燥、机械粉碎、气流超 细粉碎及复合后精制而得。 氢氧化铝阻燃机理 氢氧化铝阻燃机理 ⑴向聚合物中添加ATH，降低了可燃聚合物的浓度； ⑴向聚合物中添加ATH，降低了可燃聚合物的浓度； ⑵在250℃左右开始脱水、吸热，抑制聚合物的升温； ⑵在250℃左右开始脱水、吸热，抑制聚合物的升温； ⑶分解生成的水蒸气稀释了可燃气体和氧气的浓度，可 阻止燃烧进行； ⑷在可燃物表面生成Al ⑷在可燃物表面生成Al2O3,阻止燃烧。
阻燃体系
one 卤素阻燃体系
two
氢氧化物阻燃体系
three
磷、氮系和膨胀型阻燃剂
卤素阻燃体系
卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻 燃剂之一，它以其添加量少、阻燃效果显著 而在阻燃领域中占有重要地位。卤系阻燃剂 尤其以溴系阻燃剂居多。 聚烯烃阻燃体系多集中在十溴联苯醚/ 聚烯烃阻燃体系多集中在十溴联苯醚/三氧化 二锑、八溴联苯醚/ 二锑、八溴联苯醚/三氧化二锑。 目前国内主要采用有机卤化物与三氧化二锑 目前国内主要采用有机卤化物与三氧化二锑 （Sb2O3）复配使用，以产生协同作用来提 高阻燃效果。