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轻松读懂膨胀阻燃剂

发布时间:2020-08-10 08-10 15:11 作者:

近些年来,威胁公共安全的汽车自燃事件及威胁人生命财产安全的电器自燃现象不断发生,材料的阻燃性能受到大家强烈关注,因此阻燃材料的研究和阻燃剂的合理使用显得至关重要。


阻燃材料使用的阻燃剂主要有卤族阻燃剂、无机阻燃剂及膨胀阻燃剂等。卤族阻燃剂具有阻燃效果好、用量少、力学性能影响小等特点,一直是阻燃材料的主要阻燃剂,但卤素阻燃剂燃烧时容易产生浓烟、二噁英及卤化氢等问题,限制其应用。无机阻燃剂虽有发烟量少、不产生毒气的优点,但其添加量大,严重影响阻燃材料的力学性能。膨胀型阻燃剂,顾名思义是指使聚合物受热或燃烧时所发生膨胀或发泡现象的物质,其最早使用于防火涂料中, 20世纪90年代Camino等人对膨胀阻燃聚丙烯做了大量的研究,开创了聚合物阻燃技术的新途径。膨胀型阻燃剂具有高效、低烟、低毒、添加量少及无熔滴等特点,在某些材料中比其他阻燃剂的阻燃效率更高,因此膨胀型阻燃剂越来越多应用于各种复合材料中。


一、 膨胀阻燃剂简介


1.1、膨胀阻燃剂(IFR)的组成


膨胀阻燃体系一般由酸源(脱水剂)、炭源(成炭剂)和气源(发泡剂)三部分组成。其中酸源的功能是与炭源发生酯化反应,使之脱水。目前使用较多的是聚磷酸铵、硅酸盐、马来酸酐等,这些物质均可以受热分解产生酸,实现酸源的主要功能;气源是指能够在受热分解时释放出大量无毒且不易燃气体的化合物。常用的气源主要有三聚氰胺、双氰胺、聚磷酸铵(APP)、尿素等;炭源是指在燃烧过程中能被脱水剂夺走水分而被炭化的物质。炭源是形成泡沫炭层物质的基础,主要是一些含碳量较高的多羟基化合物或碳水化合物。炭源是IFR中非常重要的一部分,炭源是否优良直接决定了阻燃效果。炭源的品种主要有季戊四醇(PER)、酚醛树脂、聚酰胺、丁四醇、环己六醇、淀粉、麦芽糖、三嗪类化合物等。


1.2、膨胀型阻燃剂(IFR)的分类


膨胀型阻燃剂通常可分为有机含磷膨胀型阻燃剂和无机膨胀型石墨阻燃剂两大类。


1.2.1、磷氮膨胀型阻燃剂(化学膨胀型阻燃剂)


磷-氮膨胀型阻燃剂是以磷、氮为主要成分的阻燃剂,其发烟量、有毒气体的生成量很小,并显示出良好的阻燃性能,被认为是今后阻燃剂的重要发展方向之一。目前最典型且应用最广泛的磷-氮系膨胀型阻燃剂是三聚氰胺、APP、PER系统。其中三聚氰胺充当气源,PER是炭源,APP既可作酸源又可作为气源。化学膨胀型阻燃体系的阻燃原理如图2所示。在较低温度下,先由APP释放出酸性物质,然后在稍高于释放酸的温度下,APP和多元醇化合物发生酯化反应,在酯化过程中,酯化产物脱水成炭,形成炭层,体系开始熔融;酯化反应产生的水蒸气、氨气等气体和由气源产生的不燃性气体填充到炭层中去,使体系膨胀发泡,反应接近完成时,体系炭层固化,最后就形成了多孔泡沫炭层,从而达到阻燃的目的。



PP无卤阻燃剂  UL94 V-0级  KF-110A专为阻燃聚丙烯材料而设计,亦可用于其它聚烯烃阻燃制品。KF-110A叫磷酸哌嗪阻燃体系,此产品集酸源、气源、碳源于一体,主要以 P-N 协效机理发挥阻燃作用,触火时膨胀炭化覆盖在基材表面,隔绝氧气和热量传递,从而达到阻燃目的。经 KF-110A阻燃的聚丙烯制品,阻燃可达到UL94 V-0(1.6mm),可通过GWIT 750℃及GWFI 960℃灼热丝测试。KF-110A用于聚烯烃材料加工的过程中不会有水滑的情况,制品具有优越的电气性能、机械性能,燃烧试验中低烟、低毒、无熔滴,使用的过程中不会析出。

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