塑料具有優(yōu)良的性能，應用范圍越來(lái)越廣，特別是在建筑、交通、家具、電子電器及日用品等行業(yè)被大量使用，方便和美化了人們的生活與環(huán)境，獲得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，已逐步代替了傳統材料。
常用塑料的燃燒特性
塑料的燃燒過(guò)程和燃燒反應
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塑料的燃燒過(guò)程
塑料的燃燒過(guò)程是一個(gè)非常激烈復雜的熱氧化反應，具有冒濃煙或熾烈火焰的特征。塑料燃燒的一般過(guò)程可分為5個(gè)基本階段。
塑料的燃燒反應
塑料熱分解產(chǎn)物的燃燒是按照自由基鏈式反應進(jìn)行的，其機理與塑料熱氧降解類(lèi)似，包括以下四步：
影響塑料燃燒的因素
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影響塑料燃燒的因素很多，包括作為內因的聚合物燃燒特性和作為外因的燃燒環(huán)境條件。在燃燒環(huán)境條件相同的情況下，則主要取決于聚合物的燃燒特性，包括化學(xué)組成和結構、比熱容、熱導率、分解溫度、燃燒熱、閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)、火焰溫度、極限氧指數以及燃燒速度等。
化學(xué)組成和構成
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聚合物燃燒實(shí)質(zhì)上為聚合物受熱發(fā)生熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體的燃燒，因此化學(xué)組成和結構不同的聚合物由于熱分解產(chǎn)物中可燃性氣體含量不同而具有不同的燃燒特性。顯然，熱分解產(chǎn)物中可燃性氣體含量越高的聚合物越容易燃燒。
常用塑料的熱分解產(chǎn)物
比熱容
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所謂比熱容就是1g物質(zhì)溫度升高（或降低）1℃所需吸收（或放出）的熱量。在其他因素相同的情況下，比熱容大的聚合物材料，在燃燒過(guò)程的加熱階段需要較大的熱量，因此較難燃燒。
常用塑料的熱分解產(chǎn)物
導熱率
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熱導率又稱(chēng)導熱系數，是一個(gè)表示物質(zhì)熱傳導性能的物理量。在其他因素相同的情況下，熱導率大的聚合物材料，在燃燒過(guò)程的加熱階段升溫較慢，因此較難燃燒。
常用塑料的熱導率
分解溫度
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由于聚合物燃燒實(shí)質(zhì)上為聚合物受熱發(fā)生熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體的燃燒，因此，一般來(lái)說(shuō)，熱分解溫度較低的聚合物較易燃燒。
常用塑料的熱分解溫度
燃燒熱
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燃燒熱是維持燃燒和延燃的重要因素。大多數聚合物的燃燒是放熱反應。
常用塑料的燃燒熱
閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)
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閃點(diǎn)是明火可以引燃的低溫度，而自燃點(diǎn)是不需明火引燃而自發(fā)燃燒的低溫度。
常用塑料的閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)
火焰溫度
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與燃燒熱一樣，火焰溫度是維持燃燒和延燃的重要因素。大多數聚合物的火焰溫度比火柴和香煙高得多，約達2000℃。
常用塑料的火焰溫度
極限氧指數
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能維持聚合物燃燒的混合氣體中氧氣的小體積分數，稱(chēng)為聚合物的極限氧指數（LOI），簡(jiǎn)稱(chēng)氧指數（OI）。氧指數是衡量聚合物材料是否燃燒的重要指標。由于空氣中氧氣的體積分數為20.9%，所以，氧指數小于21%的聚合物，一般可在空氣中被點(diǎn)燃。
常用塑料的氧指數
燃燒速度
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燃燒速度影響火災的發(fā)展蔓延。各種聚合物材料的燃燒速度不盡相同，因此，燃燒時(shí)的傳播速度也有快慢。在實(shí)際火災中，材料的燃燒速度受外界氣體的擾動(dòng)和擴散、熱的傳導、對流和輻射等因素的影響。
常用塑料的燃燒速度
阻燃劑的三大分類(lèi)
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01/ 按所含阻燃元素分類(lèi)
按所含阻燃元素可將阻燃劑分為鹵系、磷系、氮系、硫系、磷-鹵系、磷-氮系、硅系、銻系、硼系和鋁鎂系等幾類(lèi)阻燃劑，其中鹵系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量大的阻燃劑之一，具有添加量少、阻燃效果顯著(zhù)的特點(diǎn)，在阻燃領(lǐng)域占有重要地位。
02/ 按所含阻燃元素分類(lèi)
按阻燃劑使用方法的不同，阻燃劑可分為反應型和添加型兩大類(lèi)。
(1）反應型阻燃劑
反應型阻燃劑是指分子內具有可反應官能團，能夠在聚合物合成過(guò)程中參與反應，并結合到聚合物分子中的阻燃劑。其優(yōu)點(diǎn)是穩定性好、阻燃作用持久、毒性小、對塑料性能影響較小，可以認為是一類(lèi)理想的阻燃劑。缺點(diǎn)是應用不方便，品種較少，目前使用量?jì)H占阻燃劑的10%-20%左右。反應型阻燃劑主要用于熱固性塑料中，有時(shí)也用于熱塑性塑料中。有些反應型阻燃劑也可用作添加型阻燃劑。
(2）添加型阻燃劑
添加型阻燃劑是在塑料加工前摻入塑料中，并以物理狀態(tài)分散在混合料中的阻燃劑。其特點(diǎn)是使用方便、適用性強，目前其使用量占整個(gè)阻燃劑的80%-90%。缺點(diǎn)是在改進(jìn)阻燃性的同時(shí)，降低了塑料本身固有的某些性能，如加工性和力學(xué)性能等。添加型阻燃劑常用于熱塑性塑料中。
03/ 按所含阻燃元素分類(lèi)
按阻燃劑組分的不同可將阻燃劑分為無(wú)機阻燃劑和有機阻燃劑兩大類(lèi)。
(1)無(wú)機阻燃劑
無(wú)機阻燃劑的品種很多，不同的無(wú)機阻燃劑的功能不同。
有單獨使用即顯示阻燃效果的,如紅磷；有與含鹵有機阻燃劑并用而顯示阻燃效果的,如Sb?O? ；還有既起填充劑作用又能分解結晶水而顯示阻燃效果的,如氫氧化鋁。
無(wú)機阻燃劑具有熱穩定性、不產(chǎn)生腐蝕性氣體、不揮發(fā)、抑煙、效果持久、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是會(huì )對聚合物材料的加工成型性能和物理、電氣性能等產(chǎn)生負面影響。
(2)有機阻燃劑
有機阻燃劑的品種也很多,按化合物類(lèi)型細分,主要有磷系和鹵系阻燃劑兩類(lèi)。磷系阻燃劑還可分為不含鹵和含鹵阻燃劑;而鹵系阻燃劑也可分為氯系和溴系阻燃劑。
有機阻燃劑，尤其溴系有機阻燃劑,由于阻燃效果好、用量少、對塑料制品的性能影響小，因此，盡管存在有毒、發(fā)煙量較高并會(huì )釋放高腐蝕性的鹵化氫氣體等問(wèn)題,目前仍是應用廣泛的重要阻燃劑。
常見(jiàn)阻燃塑料及其阻燃方案
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// 阻燃PC/ABS————————
PC具有沖擊強度高、抗蠕變、尺寸穩定性好、耐熱、透明和介電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在加工流動(dòng)性差、容易發(fā)生應力開(kāi)裂、對缺口敏感、耐磨性差等缺點(diǎn)；ABS具有較好的耐化學(xué)藥品性和成型加工性，然而其耐熱和耐候性相對較差。兩者共混改性所得的PC/ABS合金在性能上可互補，廣泛應用于汽車(chē)工業(yè)、通信設備、電子電器、照明設備等。
PC/ABS應用于復印機
為了滿(mǎn)足一些應用領(lǐng)域中的防火安全要求，PC/ABS合金必須具備良好的阻燃性。例如在新能源汽車(chē)充電樁以及部分電子電氣阻燃等級要達到V-0。用于PC/ABS共混體系目前效果較好的是熱穩定性好的雙磷酸酯類(lèi)以及磷酸酯齊聚物等，其中BDP對PC/ABS合金表現出良好的阻燃性能。
// 阻燃PC————————
PC具有耐熱性好、光學(xué)性能優(yōu)異、尺寸穩定性好、機械強度高以及沖擊強度優(yōu)良等特性，廣泛用于家電、電子電器、汽車(chē)配件、機械設備和光學(xué)儀器零部件等，全球PC產(chǎn)能超過(guò)1000萬(wàn)噸。
PC的極限氧指數 （LOI）可達21%～24%，材料本身可達 UL94 V-2級阻燃，但仍無(wú)法滿(mǎn)足特殊領(lǐng)域對阻燃性能的要求，如電子電氣和汽車(chē)領(lǐng)域均要求PC阻燃等級達到V-0。
阻燃PC中，以全氟烷基磺酸鉀（PPFBS）為代表的磺酸鹽類(lèi)阻燃劑效果佳，添加少量(0.5%以下）的磺酸鹽阻燃劑就能顯著(zhù)改善PC的阻燃性能，達到1.6～3.0mm V-0的阻燃等級，并且改性后PC的物理性能和力學(xué)性能與通用PC相當，還能保持透明。
透明阻燃PC板材
工業(yè)化PC產(chǎn)品中使用多的磷系阻燃劑是三苯基磷酸酯（TPP）、間苯二酚雙（二苯基磷酸酯）（RDP）和BDP，在阻燃劑的添加量為10%（質(zhì)量分數）時(shí)，1.6mm厚度PC可達V-0級別，其中TPP在高溫下易揮發(fā)，僅在氣相中發(fā)揮阻燃作用；RDP和BDP可同時(shí)在氣相和固相發(fā)揮阻燃效果。TPP常溫下為固態(tài)，熱穩定性相對較差，在PC加工溫度下容易揮發(fā)；RDP和BDP常溫下為液體，熱穩定性較好；BDP較RDP抗水解性能好
// 阻燃ABS————————
ABS光澤度高、韌性好、耐熱和耐低溫性能好、加工性能優(yōu)異、具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能；ABS電性能不隨溫度和濕度的改變而出現很大變化，是良好的絕緣材料，廣泛應用于家用電器、視聽(tīng)設備、辦公用品和電子電氣等領(lǐng)域，全球產(chǎn)能超過(guò)1000萬(wàn)噸。
阻燃ABS用于家電外殼
ABS樹(shù)脂可燃，LOI為18.3％～18.8％， 按UL94標準屬于HB級別。ABS著(zhù)火時(shí)燃燒速率快，并且放出大量毒氣和黑煙，不利于實(shí)際應用。目前主要以鹵素阻燃劑與Sb2O3復配使用， 鹵銻協(xié)同作用對ABS進(jìn)行阻燃改性，主要用的溴系阻燃劑有TBBA，DBDPE等。
阻燃ABS主要應用于電話(huà)、電腦、液晶顯示器（LCD） 等電子電氣設備外殼、汽車(chē)內構部件和外部構件、小型廚房電器、工具盒真空吸塵器的外殼等。
// 阻燃HIPS————————
HIPS是由聚苯乙烯（PS）與聚丁二烯（PB）通過(guò)共聚制得，擁有兩者共同的優(yōu)點(diǎn)，易加工、尺寸穩定性好且電絕緣性?xún)?yōu)良、抗沖性較高，成本低，被廣泛應用于食品包裝、家用電器、電子產(chǎn)品及用物資的外殼包裝等領(lǐng)域。
阻燃HIPS應用于空調外殼
但HIPS的LOI僅為18％，易燃燒，為了提高使用安全性，必須對其進(jìn)行阻燃改性。用于HIPS阻燃改性的主要為溴系阻燃劑如十溴二苯乙烷（DBDPE）等，大多與Sb2O3配合協(xié)同作用，具有優(yōu)良的阻燃效果。
// 阻燃PBT————————
PBT是一種結晶型飽和聚酯，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、較好的尺寸穩定性、良好的電絕緣性以及耐化學(xué)藥品腐蝕等特點(diǎn)，廣泛應用于汽車(chē)、電子電器、機械等領(lǐng)域。但PBT的阻燃性能差（UL94HB級），在空氣中易燃燒，難以成炭，燃燒時(shí)易滴落，且釋放出大量濃煙和有毒氣體，易產(chǎn)生比較大的危險，因此必須對其進(jìn)行阻燃改性。
阻燃PBT應用于電子電器
用于PBT阻燃改性的阻燃劑主要為鹵系阻燃劑，比較常用的是溴系阻燃劑如DBDPE、溴化環(huán)氧樹(shù)脂等，通過(guò)與Sb2O3配合協(xié)同作用，達到優(yōu)良的阻燃效果。PBT中使用的阻燃劑還包括二乙基次膦酸鋁（ADP）或其與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復配產(chǎn)品。
// 阻燃PA————————
PA具有良好的力學(xué)性能、電學(xué)性能和較為突出的潤滑性能，廣泛應用于電子元件及汽車(chē)零件等領(lǐng)域。未改性的PA阻燃等級為UL94 V-2級，LOI為20％～22％，在接觸到明火的情況下，會(huì )發(fā)生快速燃燒，放出大量熱，同時(shí)還會(huì )因熔融存在滴落現象，這為明火的進(jìn)一步擴散制造了條件。為防止火災危害，工業(yè)上對汽車(chē)、電器等產(chǎn)品中使用的PA復合材料有著(zhù)明確的阻燃要求，一般需要其達到UL94 V-0級別。
阻燃PA應用于接插件
鹵系阻燃劑由于與PA相容性好，阻燃效率高，在PA中的應用很廣泛。無(wú)鹵阻燃PA中使用的阻燃劑有所區別，一般純PA阻燃添加12-15%的MCA即可，而PA/GF體系由于“燭芯效應”，需要阻燃效率更高的二乙基次膦酸鋁（ADP），再輔以MPP等起到協(xié)效和降本作用，也有與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復配阻燃PA產(chǎn)品。
