06、塑料热学性能改性配方设计.pptVIP

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。 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30cm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。 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。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：HIHBrHClHF； HI虽阻燃效果好但稳定性极不好，HF几乎无阻燃作用，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及B、Al、Mg、Ca、Zn、Sn、Mo、Ti、Cu、Fe的等的化合物 最常用的为N、P、B、Sb、Cl、Br、Al、Mg、Fe、Zn的化合物。 分类 按组成：卤系、金属氧化物、金属氢氧化物、金