【高分子材料阻燃课件】2燃烧与阻燃原理.pptVIP

燃烧与阻燃原理 阻燃材料第二节 提 纲 2.1 燃烧过程 2.2 聚合物热分解 2.3 聚合物燃烧化学反应 2.4 聚合物点燃过程及控制机理 2.5 聚合物表面的火焰传播 2.6 聚合物的阴燃过程 2.7 聚合物燃烧的熄灭过程 2.8 聚合物燃烧的碳化过程 2.9 聚合物燃烧的生烟机理 2.1 燃烧 燃烧的形态 燃烧过程破坏性巨大的根源 2.2聚合物的热分解 受热升温,点燃起火,火焰传播,燃烧充分发展 聚合物燃烧过程及热作用示意图 聚合物燃烧的阶段 加热阶段（点燃特性） 燃烧加速阶段（火焰传播特性） 燃烧充分阶段（稳态燃烧特性） 减弱阶段（熄灭特性） 聚合物燃烧过程中热作用 物理过程（温度梯度与相变） 加热早期阶段，聚合物总体上还是物理变化过程，如软化、熔融现象，有些化学反应引起的膨胀行为也常常是由于小分子的配合剂造成的。 化学过程 a 弱键断裂、大分子链断裂 b 热分解和热氧分解 c 随机分解、解聚分解、消除反应、环化反应、交联反应 2.3聚合物燃烧化学反应 聚合物分解过程示意图 聚合物的分解主要机理 随机分解 解聚分解 消除反应 环化反应 交联反应 2.4聚合物点燃过程及控制机理 点燃：自燃和强制点燃 条件：燃烧产生的热量大于向外界辐射传递的热量。 点燃的两个相互竞争的过程 气相扩散过程和气相反应过程 虽然流动速度可能会提供充足的氧，但也会使气体驻留时间减小，如果气体驻留时间小于反应诱导时间，则点燃不会发生。 控制点燃与阻燃 点燃是火灾燃烧过程中的重要阶段，既是火灾发生最初的引发阶段，也是火灾发展蔓延的关键过程。 若能延缓、改变或组止聚合物点燃过程的发生，就能够设计制造出耐点燃的材料。 引发聚合物燃烧 有三个必要环节： ? 加热 ? 分解/裂解 ? 被点燃 2.5聚合物表面的火焰传播 2.6聚合物的阴燃过程 阴燃：无焰燃烧 阴燃是一种表面燃烧现象，主要发生在质地松软的聚合物材料中。 灼热燃烧：无焰但灼热发光 阴燃的易于导致一氧化碳中毒，易于燃烧或熄灭。 2.7聚合物燃烧的熄灭过程 在聚合物燃烧过程中，如果火焰反馈给燃料表面的热减弱到不足以在材料表面维持一定的可燃性挥发气体，则火焰会自行熄灭，称为自熄。 中止链式反应、稀释可燃性气体、隔绝燃料和氧气、碳层隔热、带走热量。 2.8聚合物燃烧的碳化过程 燃烧的聚合物表面温度接近300℃-600℃时，强烈的热降解发生。该温度也是炭层底部靠近聚合物表面的温度。而炭层的外表面与火焰接触，其温度可达1500℃。因此，炭形成的温度是在300℃-1500℃之间。 碳化对燃烧过程的影响 碳层直接影响热流和质量流的传递过程，并且碳化作用使碳得到稳定，减少了挥发成分。 碳化对聚合物的燃烧过程有很大影响，也是提高聚合物阻燃性能的主要途径之一。 碳化过程复杂，对聚合物的结构和成分不同而异，目前尚无完整的聚合物燃烧过程中碳化理论。 炭的结构 聚合物燃烧表面所产生的炭，其化学及物理结构决定了炭的阻燃作用。炭是复杂的不溶混合物，是由许多芳香-脂肪化合物及杂原子（O、N、P）组成。从微观形貌看，炭有结晶和非晶区。 炭具有一些物理性质，如热传导、导电性、对辐射的反射和吸收等；炭也有一些机械性能，如完整性、硬度、塑性等。 聚合物的燃烧的碳化过程 ?交联（cross-linking） ? 芳香化（aromatization） ? 稠环芳香化（fusion of aromatics） ? 涡流层状炭（turbostratic char formation） ? 石墨化（graphitization） 2.9聚合物燃烧的生烟机理 烟是由材料裂解或燃烧过程中生成的悬浮固体粒子、液体粒子以及气体物质一起与卷吸或混合了大量的空气组成的。 燃烧产物一般包括固体粒子、未燃烧的有机物、水气、二氧化碳、一氧化碳以及一些其他的有毒或腐蚀性的气体。 烟的形成及抑制 聚合物结构对产烟的影响 聚合物结构不仅影响其燃烧行为，同样也影响其烟的形成。下列一些结构因素影响聚合物的产烟量： ? 芳香及多烯聚合物较脂肪与含氧聚合物有较大的产烟趋势； ? 单元主链有芳环的聚合物较侧基有芳环的聚合物产烟量要低； ? 低卤或中等水平含卤聚合物产烟量有增加的趋势，但高卤聚合物产烟量有降低的趋势； ? 产烟量与降解生成的燃料类型有关，与聚合物的热稳定性有关。 抑烟途径 增加聚合物燃烧过程中在固相的成碳作用有助于减少生烟； 在气相中对碳成分的氧化作用也能够减少炭黑的形成。 常用的重金属如钼、铬、镁、铁、钴、镍、铜、锌、镉、铝、锡、锑、铅等化合物以及硼和磷的化合物也有抑烟功能。 2.10 火灾的危害因素 燃烧火焰 热 氧窒息 烟 毒性气体和物质 腐蚀性 聚合物燃