1.燃烧机理
聚丙烯同其他高聚物一样,其燃烧一般是由于受到外来的热而分解出可燃性气体,并与空气中的氧气相混合而着火,即按照分解燃烧的机理进行的,燃烧时分别在固相、液相和气相中发生物理和化学变化,主要包括受热、分解、着火及延燃等过程。
1.1受热
当聚丙烯材料受热时,材料温度逐渐升高。机械强度开始下降,继而软化、熔融而呈粘弹态。同时,分子问的键开始断裂,材料逐步解聚。在这个阶段,外部热源可以是多样的,可以直接来自火焰,也可以来自灼热气体或固态物质,而材料受热后温度的变化除受外部因素影响外,还与材料自身的比热容、导热性等因素有关。
1.2分解
在材料受热达到分解温度时,即进入分解阶段,在这阶段材料由于分解而产生气态、液态、固态等不同形态的多种分解物。其中,气态分解物可分为可燃气体及不燃气体两大类,包括甲烷、乙烷、乙烯、二氧化碳等。液态物质主要是降解的聚丙烯等。还有就是固态的含碳的残留物以炭或灰的形式存在,当微小的炭粒及高聚物的碎片悬浮于空气中时则形成烟。在这一阶段主要与材料的分解温度、分解热等因素有关。
1.3着火
当高聚物受热分解产生的可燃性气体达到一定浓度时,在氧或氧化剂及外部引燃源存在下,即可发生着火,材料开始燃烧,由燃烧所产生的燃烧热又使材料分解后产生的固相、气相、液相物质温度继续上升。燃烧得以继续进行。由此材料自身的燃烧热、可燃性气体与空气中氧的扩散速度及维持燃烧所需最低氧浓度是影响这一过程的主要因素。
1.4延燃
当材料燃烧进行到一定程度,能供给邻近的燃烧的物质以足够的热量,并使其达到燃烧阶段时,即为燃烧的传播,也就是延燃。当邻近物质处于最初燃烧物质的表面上时,易于实现燃烧。而处于内部时,则很难被引燃,所以燃烧的传播经常被视为是一种表面现象。因此,材料表面火焰的传播速度可被认为是燃烧传播的实际度量。
1.5 总结
由此,受热、分解、着火、延燃构成包括聚丙烯在内的高聚物材料典型燃烧过程。在整个过程中,热分解是很重要的一环。由材料受热分解所生产的各种可燃气体即碳化氢产物,在燃烧过程中所产生的自由基的活性很大,在不从外界获得能量的情况下,就能与外部的分子反应,并可生成新的自由基,从而形成高聚物在燃烧过程中的连锁反应。因此如果抑制自由基的产生。就可以达到高聚物阻燃化的目的。