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一文读懂塑料的阻燃改性

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-07-28   浏览次数:67  分享到: 分享到腾讯微博


阻燃的等级

阻燃是在聚合物材料的燃烧过程中,阻止或抑制其物理/化学变化的速度的过程。塑料阻燃等级由HB、V-2、V-1向V-0逐级递增,比V-0等级高的阻燃等级还有5V、5VB、5VA。

HB:UL94标准中最低的阻燃等级。要求对于3到13 毫米厚的样品,燃烧速度小于40毫米每分钟;小于3毫米厚的样品,燃烧速度小于70毫米每分钟;或者在100毫米的标志前熄灭。

V-2:对样品进行两次10秒的燃烧测试后,火焰在60秒内熄灭。可以有燃烧物掉下。

V-1:对样品进行两次10秒的燃烧测试后,火焰在60秒内熄灭。不能有燃烧物掉下。

V-0:对样品进行两次10秒的燃烧测试后,火焰在30秒内熄灭。不能有燃烧物掉下。

阻燃等级并非越高越好。首先,现有的阻燃测试方法存在局限性,得到的结论也是相对的。再者,一些应用条件下,阻燃等级低的塑料反而要好。例如,在某些电器塑料制品上,要求材料具有抗电弧点燃性,此时如果使用V-2级别的塑料会优于V-0等级的塑料。这是因为V-2级别的塑料不会在电作用下形成导电而结焦,从而降低了着火的可能性,V-0等级塑料反而存在着火可能性。

阻燃剂的分类

按阻燃剂和被阻燃材料的关系,阻燃剂可以分为添加型和反应型两大类。前者只是以物理方式分散于基材中,多应用于热塑性高聚物;后者主要作为单体或者是辅助试剂参与高聚物的合成反应,最后成为高聚物的结构单元,多应用于热固性高聚物。

按阻燃元素分类,常用的阻燃剂分为卤系、磷系、氮系以及卤-磷系、磷-氮系、锑系、镁-铝系、硼系、硅系、钼系等等,还有一类是膨胀型阻燃剂,它们大多是磷-氮化合物的复合物;以及一种纳米无机物,主要是层状硅酸盐。

阻燃剂的发展现况

有机卤系阻燃剂

目前,有机卤系阻燃剂仍然是最主要的阻燃剂产品之一,共近百个品种,主要是溴系阻燃剂和氯系阻燃剂,其中溴系阻燃剂有70多个品种。由于溴系阻燃剂具有阻燃效率高、用量少、对材料性能影响小、应用领域广泛、价格适中等优点,目前全球使用量较大的三种有机阻燃剂产品十溴二苯乙烷、四溴双酚A及六溴环二烷均属于溴系阻燃剂。

然而,卤系阻燃剂在环保及安全方面的问题日益显现。1986年,瑞士和德国科学家相继通过的试验证明多溴二苯醚(PBDPO)及以其阻燃的材料在热裂解和燃烧时会生成有毒致癌物质多溴代二苯并二噁英(PBDD)和多溴代二苯并呋喃(PBDF),并且,溴系阻燃剂阻燃的高聚物在热裂及燃烧时会生成大量的烟尘及腐蚀性气体。目前,苹果、三星、惠普、戴尔等公司均承诺逐渐停用溴系阻燃剂,要求严格的甚至规定:Br<900ppm;Cl<900ppm;Br+Cl < 1500 ppm。

无卤环保阻燃剂

已被广泛研究和使用的无卤环保阻燃剂主要有无机阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、膨胀阻燃剂、纳米阻燃剂以及协效复配阻燃剂等。

产业界正着力于开发新低毒低烟、无污染的阻燃剂和阻燃材料。无机系阻燃剂虽然没有环保方面的问题,但因其阻燃效率低,添加量大,容易降低材料本身机械性能的关系,往往用于对机械强度性能要求不高的材料,且往往需要添加溴系阻燃剂以提高协同阻燃效率,其应用领域具有一定的限制性;有机磷系阻燃剂具有环保方面的优势,是作为替代有机卤系阻燃剂的优先选择之一。

研究新型无卤阻燃剂和不同阻燃剂复合的协效作用,研制新型表面改性剂和新的表面改性技术,使阻燃剂与聚合物基体有适宜的相容性,构筑适度柔性、结合力强的界面结构,是将来阻燃剂的发展方向。安米微纳技术团队一直致力于这方面阻燃新材料的研究开发,也取得了一定的成果。

低熔点玻璃粉是一种新型功能性无公害阻燃材料,亦称为陶瓷化粉,该粉体为细微无毒无害白色粉末,是稳定的白色材料的基材原料。产品最大特点是低温熔融,当温度达到500℃后,产品持续受热开始熔融成液体,形成了具有良好机械性能的陶瓷,从而提高了塑料组合物在被动防火应用中的阻燃性能,发生火灾时,氧化物与熔融玻璃粉形成陶瓷化,降低烟指数、发烟量、发热量和一氧化碳的产生量,提升氧指数,改善滴落性能等,显著提高塑料的阻燃性能。

无机粉体氢氧化镁和氢氧化铝在阻燃体系中因不耐高温,材料在高温下易分解,使得其在阻燃材料应用上受限制。硅系阻燃剂具有耐高温、抗氧化、不易燃等优点,但有机硅材料需要引入特殊功能基团,提高其分子量, 才能更好与高分子材料相容。

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