06、塑料热学性能改性配方设计

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1、第六章、塑料热学性能改性配方设计第一节、塑料阻燃配方设计定义：为塑料试样在N2-O2混合气体中保持连续燃烧所需的最低氧气体积分数。一、塑料阻燃概述1、氧指数（OI）[N2]，[O2]：气体流量塑料的氧指数越小，说明其连续燃烧所需氧气的浓度越低，材料越易燃；反之，塑料的氧指数越大，材料越不易燃。<22：易燃；22~27：自熄性；>27：难燃2、美国UL标准（UL-94）美国UL-94标准的测试方法为观察塑料在直接接触火源时的燃烧情况，并划分为三个级别。V-0级：离火后10s熄灭，并不引燃其下方30cm处的药棉V-1级：离火后10~30s熄灭，并不引燃其下方30c

2、m处的药棉。V-2级：离火后30s熄灭，并引燃其下方30cm处的药棉。在我国，主要以氧指数法为主。3、最大比光密度（Dm）衡量塑料发烟量大小的指标，也称为最大烟密度。塑料的最大比光密度越大，说明其发烟性越大，燃烧时冒黑烟越浓，对环境污染越大。含双键、苯环类和含氯类塑料发烟量比较大。塑料燃烧时无烟的标准为最大比光密度Dm低于300，因此PET、PC、PS、PPO、ABS及PVC等需要进行消烟改性。二、塑料阻燃及消烟机理塑料的燃烧过程是一个极其复杂的热氧化反应过程，导致燃烧的基本要素：热、氧和可燃气体。燃烧过程：热引发过程、热降解过程、燃烧阶段。(一)、塑料的阻燃

3、机理燃烧过程的阶段①、热引发过程：外部热源或火源的热量导致塑料发生从固态到液态的相态变化;②、热降解过程：塑料吸收的热量足以克服分子内原子间某些弱小键的键能时，开始发生降解反应，其实质为空气中氧存在下的一种自由基链式反应，反应的结果是生成可燃气体;③、燃烧过程：热降解反应生成的可燃气体浓度达到着火极限后，与氧气相遇，当塑料吸收的热量足以使可燃气体燃烧时，可引发塑料燃烧，并从局部向整体扩散。此时对易燃塑料而言，即使去掉火源，燃烧也将继续。进行燃烧的因素热源；氧气；塑料热降解反应的难易程度；热降解产生气体的可燃程度；塑料的导热快慢。塑料的阻燃基本原理：干扰氧化、热

4、及可燃气体三个维持燃烧的基本要素。1、冷却机理利用加入的阻燃剂分解吸收的热量以抑制塑料热降解的所需气化热，降低塑料的表面温度，阻止塑料的热降解反应，防止可燃气体的产生，达到固相阻燃目的。按此机理作用的阻燃剂：无机金属氢氧化物如氢氧化铝、氢氧化镁及水合硼酸锌等。2、稀释机理加入的阻燃剂受热分解产生大量不燃气体如水、二氧化碳、氮气、氨气及卤化氢气体等，稀释可燃气体的浓度，使之降低到着火点以下，达到气相阻燃的目的。卤化物类阻燃剂按此机理发挥阻燃作用。3、隔膜机理机理1：阻燃剂分解产生较重的不燃气体或高沸点液体，覆盖于燃烧物表面，隔绝氧气与可燃气体接触，达到阻燃目的。

5、按此机理阻燃的阻燃剂：有机氮类，分解可产生氮气、水、硫酸铵及氨基磺酸胺等；机理2：阻燃剂的热分解促使塑料表面迅速脱水炭化，形成一层炭化层，隔绝氧气和可燃气体，达到阻燃目的。按此机理作用的阻燃剂：硼系、磷系、有机硅系和卤化物系，尤其是膨胀型阻燃剂，其形成隔离膜的厚度为其他阻燃剂的7~8倍，主要按此机理阻燃。4、终止反应机理加入的阻燃剂分解产生一种能捕获自由基的物质，消灭燃烧反应产生的自由基，终止氧化反应，达到阻燃的目的。有机卤化物按此机理作用，它们分解产生HX，具有捕获自由基的能力。阻燃效果：HI>HBr>HCl>HF；HI虽阻燃效果好但稳定性极不好，HF几乎无

6、阻燃作用，两者不能用于阻燃剂。卤化物中HBr效果最好（也最常用），其次为HCl。协同效应阻燃剂可同时按几种机理作用，这类阻燃剂的效果好。按不同机理作用的阻燃剂一起使用，它们之间会发生协同作用，取得比单一加入更好的效果。磷化物和卤化物可生成卤化磷，具有极大的蒸气密度，可覆盖于火焰上，隔绝氧气并稀释可燃气体的浓度。三氧化二锑本身阻燃效果不好，但与卤化物并用可生成卤化锑和卤氧化锑两种不燃气体，稀释可燃气体和隔绝氧气，达到阻燃目的。（二）、塑料的消烟机理塑料在燃烧时产生的烟雾，往往是对人类造成危害的主要原因：烟雾能见度低，影响人类完全转移；烟雾含有有毒气体，会造成人类

7、窒息和昏迷。因此，在对有人类存在的火灾，消烟比阻燃更为重要。烟雾主要由两部分组成。①、可见部分为固体悬浮物。其中黑烟为炭黑，粒径为0.03~0.05μm;白烟为悬浮在空气中的微小粒子。②、不可见部分为气体，如HCl、CO2、CO、HCN及甲烷等，其中HCl、CO及HCN为有毒气体。消烟机理塑料消烟的基本原理为加入无机消烟剂，改变塑料的降解方式，抑制炭微粒的形成，使之形成焦炭，并吸收有毒气体。三、常用塑料阻燃材料阻燃剂：能阻止塑料引燃或抑制火焰传播的助剂，是仅次于填料、增塑剂的第三大助剂品种。阻燃剂：第V族的N、P、As、Sb、Bi和第VII族F、Cl、Br、I

8、及B、Al、Mg、Ca、Zn、Sn、M