矿用阻燃、抗静电超高分子量聚乙烯复合材料的研究.pdf

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1、矿用阻燃、抗静电超离分子慧聚乙烯复合材料的研究要(攀三墅垡(U H M W P E)种综合饿能优异的热塑陡工程塑料，法穆瓣其有极高魏瓣毖往稻瓣冲壹蕊，往良貔瓣应力歼裂缝萃f 腐继髅，龙其在煤矿中豹应用十分广泛，是一手中极为有推广价值的新材料。但是欲将U H M W P E 妻于料在并下使用，必须首先解决该材料的阻燃、抗静电问题。塑誊幸的隧燃改性一直最近年来人们研究的热点。由于环傈呼声闩益增高，敖冀主要趋势楚蠢乏瘗疆燃方囱笈曩。膨联型邋燃裁I F R(I n t u m e s c e n t F l a m e R a t a r d a n 0它典有：1 商阻燃性，无熔滴滴落行为，对长时问或

2、重复暴露在火焰中有极好的抵抗性；2 无卤，无氧化锑；3 f 氐烟、无毒、无腐蚀性气体产生等优点。因此I F R 基本上克服了传统阻潦技术中存在的缺点，被誉为阻燃技术静一次革命。步本文穆卷通过囊U H M W P E 中添加出碳源热聚磷酸铰，酸源为拳戊靼醇，发泡源为三聚氰胺组成的膨胀型阻燃剂，经过合理的物料处理工艺和加工工拢，可得到阻燃剂分散性较好，阻燃效果也好的模压U H M W P E 配方，其氧指数为2 8-j 4 0。通过运粥S P S S I O 0 软l 牛，对实验数攒进季亍统计分析，建立数学模型，锝到U H M W P E 阻燃性能与膨胀型阻燃荆各成分添加爨的多元回归方程式，并通过

3、矗A T L A B 6 0 软挥蓊狡型进行优化处理从而得到最优配方。透过热分聿厅T G A 讨论了彩涨型隧燃裁疆燃U H M W P E 戆邈燃投理：U H M W P E I F R 体系的阻燃作用来源予膨胀碳层的形成，膨胀碳层的形成使聚合物隔热、隔氧，并阻止聚合物分解出的可燃气体逸入燃烧气相。因此，其阻燃作用主要褥子凝聚稽视理；A P P、M N 等分解时产生的N H 3、I-1 2 0 等不燎往气体，这些气搭焱笈被蠡嚣集之蘸逸塞到楗瓣表瑟豹气粳，猿释了可燃气钵魏浓壤；彩歇碳屡的形成，起到粗止热传递的壁障作用，把聚台物基质与燃烧区隔开。采用导电填料碳黑填充改善U H M Y C P E

4、的抗静F c l 性，发现一种缀过特殊处理的碳黑在填充繁较小时(3)帮可达到煤炭部应蘑鼙求，劳透过煤炭部M T l1 3 9 5 摭准。，本文创新之处：(1)第一次将膨胀型阻燃剂成功阻燃U H M W P E；(2)在此基一础上进步研制阻燃、抗静电U H M W P E 复合材料并通过煤炭部M T l1 3 9 j 标准：(3)第一次将S P S S 及M A T L A B 软舞逡麓鬟隧燃配方豹凌 乏设计中：(4)遂避煞分板技零对膨胀型阻燃U H M W P E 的阻燃机理邀 亍初探。关键谲：U H M W P E，膨胀型阻臻蜮F R j；热分析，。阻钕抗静电U H M W P E、-、)北

5、京化工大学硕士学位论文T H ER E S E A R C H0 FF I R E R E T A R D A N TA N DA N T I S T A T I CU H M W P EA TC O A L M I N EA B S T R A C TU H M W P Ei so n eo fe x c e l l e n tp l a s t i cm a t e r i a l sw i t hc o m p r e h e n s i v ec a p a b i l i t i e s I th a su l t r ac a p a b i l i t i e sw i t hh

6、 i g ha b r a s i o n，i m p a c t i o na n da n t i-e r o s i o ns oi tcanb ea p p l i e de x t e n s i v e l yi nc o a lm i n ea n db ek n o w na so n ek i n do fn e wm a t e r i a l sw i t hp u b l i c i z i n gv a l u e，b u ti tm u s tb ef i r e-r e t a r d a n ta n da n t i s t a t i cp r i m a

7、r i l yi fi tn e e dt ob eu s e du n d e rt h ec o a lo r e P l a s t i c sm o d i f i e dw i t hf i r e r e t a r d a n th a v eb e e nt h ef o p i cf o rr e c e n ty e a r s D u et ot h er e a l i z i t i o nf o re n v i r o m e n tp r o t e c t i o n，t h en o n h a l o g e nf i r e r e t a r d a

8、n tb e c o m e st h em a i nt r e n d I F R(I n t u m e s c e n tF l a m eR a t a r d a n t)i n c l u d e sm a n ya d v a n t a g e s：1 h i g hf i r e-r e t a r d a n ta b i l i t y，n om e l td r o pa c t i o na n db e s te n d u r a n c et ob ee x p o s e di nf i r e；2 n oh a l o g e na n do x i d

9、es t i b i u m；3 1 0 ws m o k e，n op o i s o n，n oe r o s i o ng a sa n ds oo n S o，I F Ro v e r c o m e sb a s i c a l l ym a n yd i s a d v a n t a g e so fo t h e rt r a d i t i o n a lf i r er e t a r d a n tt e c h n o l o g i e sa n dc o u l db ec a l l e do n er e v o l u t i o no ff i r er e

10、 t a r d a n tt e c h n o l o g y T h ea u t h o rg e t st h em o d e l i n gU H M W P Ed i r e c t i o n(L O Ii s2 8-4 0)w i t hg o o dd i s p e r s i n ga n d：i。f i r e-r e t a r d a n tc a p a b i l i t i e sb y a d d i n gI F Rc o m p o s e dw i t hA P P(c h a rs o u r c e)，M N(s o u rs o u r c

11、e)a n dP E R(f r o t h i n gs o u r c e)u n d e rr e a s o n a b l ed i s p o s a la n dp r o c e s st e c h n o l o g y T h em a t hm o d e lc o u l db ee s t a b l i s h e db ya p p l y i n gS P S Sa n da n a l y z i n ge x p e r i m e n td a t u mw h i l et h eb e s td i r e c t i o nc o u l db e

12、g o t t e nb yo p t i m i z i n gt h em o d e lt h r o u g hM A T L A B 6 0 T h em e c h a n i s mf o rU H M W P Em o d i f i e dw i t hI F Ri sd i s c u s s e db yT G：t h ee f f e c ti sd e r i v e df r o mt h ef o r m i n go fi n t u m e s c e n tc h a rl a y e rw h i c hm a k e st h ep o l y m e

13、ri n s u l a t e df r o mh e a ta n do x i d ea n dp r e v e n t sb u r n i n gg a sp h a s ee n t e r e db ys o m ei g n i t a b l eg a s e sr e s u l t e df r o mp o l y m e rd e c o m p o s i t i o n S o，i t sf i r e r c t a r d a n te f f e c tm a i n l yb e l o n g st o韭塞丝三盔兰堡主主焦兰塞a g g l o m e

14、 r a t i o np h a s e；s o m en o n-b u r n i n gg a s e sd e r i v e df r o mA P P，M N，s u c ha sN H 3，H 2 0，e t c，c o u l dt r a n s g r e s sa b o v et h em a t e r i a ls u r f a c e，w h i c hd i l u t et h ec o n c e n t r a t i o no fb u r n i n gg a s e s T h ef o r mo fi n t u m e s t a n tc

15、h a rl a y e rc o u l dd e p a r tp o l y m e rb a s ea n db u r n i n gp a r tw h i l ep r e v e n th e a tt r a n s f e r O b v i o u s l y，t h ef i r e-r e t a r d a n te f f e c to fI F Ri Sa l s ot h a ti ti n t e r m i t sh e a tt r a n s f e r B ya d d i n gc a r b o nb l a c k，U H M W P Ec a

16、 nb em o d i f i e di na n t i-s t a t i cc a p a b i l i t ya n di tc a na c h i e v es t a n d a r dw h e ni ti sa d d e d3 i n t op o l y m e r S o m ei n n o v a t i o n s：(1)f i r s tm o d i f i e dU H M W P Ew i t hI F Rs u c c e s s f u l l y；(2)t h eU H M W P E I F R C Bc o m p o u n dm a t

17、e r i a lh a sp a s s e dM T l l 3-9 5s t a n d a r d；(3)f i r s to p t i m i z e df i r e r e t a r d a n td i r e c t i o nb yS P S S；(4)a n a l y s i z et h et h e o r yo fL I H M W P Em o d i f i e dw i t hI F Rb yT G K E YW O R D S：U H M W P E，I F R，T G，f i r e r e t a r d a n ta n da n t i-s t

18、 a t i cU H M W P Em a t e r i a l筹一牵翦言望凝测鑫墩予獒鸯馀掺低壤、矮量较轻等缆点窝绫怒戆惫缝缘毪、瓣彳皂学瘸饿、不生锈等特殊物理、化学一陇能和使用性能而得到了极大的发展，广泛应用予瓣糙经济螽领域。1 9 9 6 筇我西合成耱脂秘塑料产潼达戮5 4 5 0 干噫，眈1 9 9 5 年滋长龟争强，溺鬻藿器鎏瓣豁慧产鲞麓1 2 9 4 0 0 予遘，魄1 9 9 5 年整器辍鹳蕊产鬣1 2 1 2 6 8千H 屯增长s。7。热塑性塑料产蹩帮消赞量在塑料中占露较大比重，终占塑料慧爨的8 5，远离予热固憾塑料，狮热塑性塑料中通用树脂(PE、PP、PVC)占8 0 宠

19、右。稻大部分离凝翥分予褥辩释，塑褥送灾稀发生瓣黧静燃烧，虽燃烧速度姨，棼爨鸯大量蠢毒气体；疑器孝，瀣予黧辩本身静霞良魄绝缘浚，豢容易档塑料制晶聚集静电，因此火灾怒险性很大。为此，发达圈家犟融对塑料的抗黪魄、随燃铡订了嗣应的法僦和标凇。我函近年来t 齄愈来愈驻视塑料制品的抗静电、r，、基繇爨筑鼷，基经裁定了一盛获静魄、翟燃溪家稿舒盐稼漆，怼豢麓龟嚣、靛空、裁攀瓣秽及建筑貔黪蜜痰装骖等嚣监艨鲻瓣塑瓣醚箨惫提窭了挠黪龟、辍燃稼的鬻求。麒前，备种塑料制品的阻燃、抗静电等方面的研究发服较炔。翅料的隰燃抗静龟羧术得掰了深入的研究。1 1 概论l。l。t 蘧蠢努子蠢聚五潘麓奔超褰分子量聚获燎(U H M W

20、 P E)是一耱综金髅栽臻舜熬熬鋈健王鼗塑瓣。该材料具有檄商的耐磨损性、瓣冲击性，极低的磨擦因数_ 羊c I 是润滑性能。这些优异髋筢使它巍禁些方黼大大越过了鼹静所裔工程塑料释一撼会属材料，R 蔬受到入秘熬耋 蹩，在逢羝、衾鑫镶辩、矿氆牙袋、交遴添徐、麓黉、税缀、魏绞、承剃餐1 斑毫力譬筷壤秘爨王鼹楚王孛嚣育广4 泛鼹盎鲻i 曩。簌鍪癸，德、荧、翼，鼹等发达溅客秘缝涎已经在上述锻域普遮搬广搜髑了U H M W P E。在我豳，浚材料也已逐步避入煤矿、选煤J、电厂及其他工业领域，并同蓣显示i j=j 它的蕊簧作用，被誉茺“令天糠黪蘸鸯效节蕤耨瓣耨”。l，1 0 越蹇分子囊聚五嫌在爨矿枣鹭敷怒秘1

21、。1 2 1 矿车猕避程原煤的遮输过程中，矿车绪底麓露前襻在盼一个突出阏繇，尤蓑在许爵台淹浆爹、餐餮“多、承分夫戆寥凌爱毙方寒冷鲶蓬，矿车篓藏嵇整雯惫严重。有些逮方，苇疆魏姑效容襁援占去3 0-5 0，大穴辫甄了矿车筑柱效载整，黪缀了运输效攀。黼稻U H M W P E 独特静黪擦霞数夺、鑫涮滑、鞭承少、不嵇蘩簿性耱，偿麓6-S m m 莓嚣U H M W P E 羲嚣螫镶餐剿娥矿辜熊，荠粼镄带枣曩、夔锈髂蔗 黧强翁，翻转群型矿率，聚以簿效錾耱对，可以镪底锵决矿事膝部的牯毂阕露，不露爨要人工拣机械滑埋，并可提高j：作效率，降低淄输成本，且使掰寿命比原矿率诞长4 绩。l+i。2 2 爆仓封缀，雕

22、藤，我粼煤矿、感厂、聪头锉露煤碳的煤仓基本上豁髓煺混凝士浇注弼成；冀袭懈不光滑t 磨撩瓣数大，暇水慌离，遮撼经常邋成粘结耥墙仓翰主要藤灏。蒋臻舔赣潆野果，耪渫多、索分大熬祷菠下，堵窘攀敬茏葵严鬟。采麓U H M W P E 擞睾砉箨为藻金瘤瓣，零g 禳瓣钌熬大交叛鞑篷囊盔奄壁羔，麸褥彻感解决7 煤仓糙结堵仓喇题。实躞证明，该材料在解决煤仓粘结、堵塞姆方舔融铲铸石槭等各耱辩渤材辩，与褥石板稻阮，密痰枣2 3；岛钢板襁魄，佼掰寿蠡延长5-6 嵇；霞爨i 乓餐耀瑟穗毙。潆硷蠢矮嚣鬻率撂鑫i 砖爱。1 1 2。3 态骧漾其它生产环节孛懿废焉f 3】U 瑚蟪W P E 塑料适用于许多要求耐磨娱、耐腐蚀、

23、醚冲击、瓣低温、不牯结 毳i义不能使用润滑油的场合，其使用寿命不仅高于尼龙和聚四氟如烯制晶。且刷4 磨褴远运超过不锈钢等金耩稍品，掰班在辍媒生产中可利稻箕优异特憔，涮作天轮褥警、锶丝缝蟪辍、提于争箕薯、疆耳、罐道粱、皮带怒糍、输送撬巅援、整叛、溜槽、喷浆机磨擦片等，均取得了理想的效果。1 1 3U H M W P E 的抗静电及阻燃特雠综上掰逑，U H M W P E 塑料在煤矿孛瀚应鬻十分广泛，是种裰为霄维广拚麓瓣耨接誊毒【4 l。出予U H M W P E 其番一器与营遂聚乙矮一捺难吸党鼹蕊袋淤，麓楚臌燃性很差，它的极限氧指数(L O I)只有1 7 5 5 1。而辅指数小予2 l 的聚烯

24、烃臌翁燃塑料潮，所蔽，U H M W P E 的阻燃憾大大瞅制了它的广泛成用和发展；同时U H M W P E 妻每露辍电隧率蘩誊嵩曩鸯I 1 0 4 7 t x l 0 强蠡c m，哥惩箨良好懿毫气绝缘材料。一般她，体秋电阻拳越大，譬电率越低，塑料划燕越容易蓄积静 毫，静电危害也就越挝著。通常来说，要达到防静电蓄积的要求，塑料制品的表面电怒盛须酶歪1 0 谴Q 以下。所以，U H M W P E 在瘸徽非电器绝缘材料时，其表面经簿擦B 产生静电。海了夷激这一袋点，瓣需要建箕遴行藐势邀改蔑。Ijl。2 聚乙烯夔戳燃概括沫遵，塑$：静嫩燃改性怒以降低材料鲢餐火性、减慢火熄传播速度耧猕制燃烧时的发

25、烟爨为目的，是在不影响制品的加工和应用性能前提下进行的，糊利爝阻燃潮改性不失为迄今塑料阻燃仡技术中前邋行方法。1 2。1 塑粒夔燃烧鸯阻爨凝理1 2。1 1 聚食物的燃烧过程f 8 1聚合4 匆的燃烧是一个极其复杂的热氯化反感，导致燃烧过税避行的蒸木要豢豁3 斑是热、襞秘可燃烧性狻矮。一般专是为，塑睾墨斡燃烧经历了如下三令除段。第一阶段为热引发阶段。来自外部热源(或火源)的热量首先导致聚合物发生相态变化和化学变化。对热塑性树脂而占，热融化是最明显的相变现象。第二阶段系聚合物热洚解过程。这一过程为暖热爱应，警矫部热薰足以瓷骚聚合物分子键含能时，聚合物疆始降越或热缎。一般，聚合物蕊热降鳃反应是按自

26、出基链式反成方式进行的，氧的存教是不可缺少的条件，其结果得到气相或圃相产物，气、豳相产物的组成往往因聚合物类别不同而异。气稠产物可能由聚合甥单谤、各秘努燃经类及不懋瞧气簿缝藏，霞穗碳矮袋余物可缝是交联反应懿产物。燃烧过程的第三个阶段是引燃阶段。热降解阶段产生的可燃性气体与大气氧充分混合，当达到者火极戳或受外界因索的影响，如火焰、火花、炽热余烬蒯激戏螺境潺度是以镬可燃拣气体蠡燃，黎缝诱导聚合貔懿燃烧。燃嶷熬聚合兹艨释放的部分热量可通过传导、辐射和对流的方式被另一部分聚台物吸收，导致热降解过程发生并撵发可燃性气体。如果达到热降解聚合物部分的热量足以保持可燃往气体箨笈，鄄饺移去最初热滚(火源)，燃烧

27、过程仍将继续遗行。显藤易见、除多 赛热源、袋等因素外，聚合物兹哥燃连与其熬降织难荔程度，?热降解产生的气体组成与特性，热降解气体与袋的混合速度、反应速魔以及聚合物吸收燃烧所放出的热缀速度等因素密切相关，这些因索往往反应在聚合物自身霾寄翡玻璃 毫激度、跑热、传热系统等物理径熊和凝聚麓、氢键、离解缝、熬浇能等内部能量参数上。1 2 1 2 聚合物燃烧的发烟性聚合物燃烧时不仅放出大餐的热能，而且遥常常伴随大量的烟雾和有毒气体产垡三。燃烧不完全或跨燃对产生蠡冬矮雾受大。聚会貉憋雾是聚合耪燃淡孵释赦疆鬻4 更寒数憨浮在空气中鳇擞小褥蹑，其粒子大夺一般在0 0 1 0。0 5 u 浆之瓣。这些擞粒会阻碍搬

28、线在空问的传播，单位空间的烟雾微粒越多(即烟浓度越大)，绘灭火救灾带来的困难越大。根据不少豳家的火灾伤亡统计，死于烟尘和毒气的比例要大予琵予火烧鹣巍铡。聚会物爆雾鲍或分与其熬分鼷戆产物毒关。聚合嚣热势瓣产饕爨分解瓤臻不同而不同。表1 1 列出了聚合物热分解的般机理及热分解产物。表1 1 聚合鹈热分瓣靛一般瓿联殛燕分解产耪机理商聚物(举例)产物茏蔑捷辑裂裂己爆、聚露惩巯径、蕊爝、弗煮少翁攀体翠己聚苯二篇s衡、二聚体神l 二聚体般聚合物单体雨共聚物端链溪裂聚擎基嚣辩羧学酯聚甲基丙稀腈聚(i l t 一甲蒸笨乙嫌)9 0-1 0 0 黔攀体聚蕊氟乙烯聚甲酉苓一般聚合物擎体 受联聚丙烯腈焦油聚(氧一闻

29、一二甲苯)焦油一般聚台襄火媾焦酒、缓少箨发兹+瀚过无规平端链断裂两种帆理降解l。2+l，3 聚合耪燃烧鹤毒经近年来，人们对于凝合物鲍燃烧毒性阀题越来越关一心。聚合物载燃烧毒牲焱xj：其燃烧时的气体产物的毒性。抿据美阐消防基会会的统计资料，所有火灾死程中翡8 0 怒瞌j 予吸入毒缝气钵而萼 起豹。一般认为，是出于毒往气体使A 的俸力畿弱继瑟丧炎篷力鞫最后砭亡。导致疆入毒往气钵琵亡静主要嚣素凑：(I)产生缺氧或绝斌状态一火灾中产生的一氧化碳、氰化氢，以及火灾环境下的缺氧状淼是造成缺氧、绝襞嚣主簧嚣因。(2 裁激性气体粒蒸汽黎5 硪窿炎灾孛，瓣漩蘩鹣簿骧逶露褒|激戆终磷魏气髂霹蒸汽霹麓衾弓l 蒸逡堡

30、缍绞内部懿损伤。、(3)烟雾和烟扶矮雾程灾支串静瑟瀑彩舔愚簿羝裁力，筏天难竣瓷火场主辩议逮釜稽弱，麸舔弓l 起憨滚，翳褥述生，焉爨浇孛簸漤袋校瓮缝鼗l 予蠢裁激瞧懋浇产凌辫子荬土，避常能弓l 起轻度剿激。热淫热避爱壤臣l。l 聚会物燃烧过程横忒睫)其袍曳体寒蒸汽、其蘧磊耱璨凌气露或蒸汽露耱会溪瓣奁裘冀颗粒土；囊誊类带在炎臻空气辫t，如物中。麒中主要是二载化碳，尤其在邋胍良好的火垓巾；二氧化碳雀锻高的浓度下也其肖毒性。另外，根据燃烧物的化学结构以及燃烧的环境不同，邂有其他黪酪孬霹蔑蓦饕稼籍翡气诲，魏瓣靛或苯系舂秘液努遣霄麓多羹存在予燃烧产耪枣。l。2，I。2 聚合物的阻燃争：聚翕物的餮燃祝理慧个

31、被英复杂韵物理和化学过秘，尽管目前入肖许多斌煮寒笺彀褥蘩+蓬是一蘩菱零臻论芒爱簿嚣荬派。一菽谖隽，辍滤裁辩聚合黪藜蔷舞瓣整懋行尧主要逶过冷帮、稳释、形成缝热屡霹终止鑫涵基键及应等途径柬实瑷的，其中施三种为物理途径，后一种为化学过程。(】)冷杰|机理j利嗣阻燃莉热分解时的吸热反应和热分解生成的墨：燃往气体的气化热冷帮聚会魏基秘，镬之渥疫黪甄、跨史热簿群，进嚣减少霹燃蛙气俸撂茨量，最终破坏维持聚合物持续燃烧条件，达到阻燃目的，A I(O H)3、M g(O H)2 及硼酸类觅机阻燃剂颇具代表性。(2)稀释梳瑷多数阻燃刘在燃烧瀑度下都能释放出送壹拜永及二氧化碳、氮气、氮气、盘亿氟等不燃性气体，这些气

32、体组分在气相中冲淡了可燃性气体的辅浓度，使之跸列蓿火极限以下，超到气相阻燃效果。另外，无机类阻燃剂不挥发、填充蹙大，一窥程凄主哥耩释闲糖中哥燃往魏蔟戆浓度，姨疆摄毫了潮菇静难懋瞧。(3)隔离膜枫理如果聚合物燃烧时能在其表面形成一层隔离膜，起刹阻止热传递、降低可燃骸气体释放量和隔离氧的作用，同样能够达到瓣燃目的。事实上，目前市售豹许多隧燃裁燕季孛都最示了这样熬功簸与 乍耀。阻燃裁形成隔离骥戆方式鸯舞耱：獒i，利用阻燃荆的热降解产物促使聚合物表面迅逋脱水并碳化，进而形成碳化层。I 生j 于单质碳不进行产生火焰的蒸发燃烧和分解燃烧，因此具有阻燃保护效果。含磷阻燃荆对台氧聚合物鹣阻燃作糟就是通过这静方

33、式实现静，葜原因跫古磷纯食物热分缌簸终愆到聚编磷酸产羧，聚编臻酸是嚣常强的麟本裁；其二，蔡些瞪燃剂在燃烧温度下分解生成不挥发的玻璃状物质包覆在聚会物表筒，这种敬密的保护层起到了隔离膜的作用。硼系及卤化磷阻燃剂县有类似特征。特剐值得一提的楚，澎藤鼙隧爨裁在燃烧条 孛下掰形菠的隔离簸澎羰，莛厚爱约隽善遴隔离簇豹豁7 斑7-8 倍，阻熬、隔氧效暴尤为聪摄。蠢多聚磷酸铵、拳戊瑟酵秘发迩缍分爨袋酌膨胀型阻燃体系很有代表燃。(4)终止链锁反应机理获 乏学意义上谤，捺获蒙台犍燃嶷中靛高熊量H O 囱墓，秘鼗辩蠢基链镞爱应对撵测火焰燃烧十分关毽。卤系隧燃裁在燃烧滠躞下可努熊生疲蠢纯氢，蠢化氢具柯捕获H O 自

34、幽罄并使之转化为低能量X 自由熬和水的能力，自由基可通过与烃蒺反感褥生为H X，弛兢循环越到了终止链锁葳应的作用。H X 的键离解缝直袋影鹂夔燃羧采，壤囊磐篾越丈，燃烧；擎越难离簿，难懋效菜越蓑。发烟是塑料燃烧的鼹著特缝，烟雾的露漫姆低环境戆见度，健人窒息，镁链给救灾带来诸多不便，抑烟化已成为阻燃技术中的重要内容。发烟性与聚合物缡褐密翡裙关，缎。誊链径、不合苯环及环状结构的聚台扬、菲卤聚合物发潮嚣较低。掷缝褪瑗邂索惫攒键遴碳粒氧豫液C O、C 0 2 气豁爱壅窝璐趣蘩l 烧鲮渣孛翡碳含量两种途径。许多念属氧化物、会属氢氧化物、硼敞盐，：茂铁等恶极阻燃剂都显示出卓越的抑烟效果。应受说臻，耱霞燃裁

35、并不满瀑予一释疆燃税理，鬻常表观为多释裟型豹辍燃越复懿或赡燃协效缱分稳成挺应蛉毽燃体系麓够超戮攀半功燕鹣效袋。1 2 2 聚己烯的阻燃?聚乙烯是指幽乙烯单体自幽罄聚合两成的聚合物，艇文名称为P o l y e t h t e n e，籀辕隧。它是一穗工数稼年 鼍蔽浚，鼹发震较淡懿鎏辩菇耱。书要燕秘帮蘸整发浆乙烯(L D P E)，高密度聚乙烯(H D P E)，线性低密度聚乙烯(L L D P E)，超裹分子墩聚乙烯(U H M W P E)等。p E 一般为无眯、无毒的国色粉求成颗粒，外观撼乳白色，祷戳蜡鹩乎感，瑕永率低，小于0 0 1。P E 的燃烧氧指数较低，仪为1 7 A。并盛，燃烧嚣

36、寸 袋溺，煮少爨熔懿落滚，火楚上黄下蓝，鸯嚣疆气磷”。纂8 建螫遴聚乙爝中存在羲部分豹支链移交键瑗祭。碳键上戆每一个碳缎子至少鸯一个氢原子的聚烯烃，在没有氧存在下的高温裂解是嚣规则断裂，产生的挥发物是一种从C 2 到c 6 一c-o 的混合物。在聚乙烯降解的全部挥发物中，乙烯_ 岔量占1 娃下。研究袭明，聚乙烯在空气中燃烧时产生活性狠大的H O 螽出纂、H 螽波基积O。：霆鑫蓥，这些蠢出基鸯键遴燃烧懿佟耀。所以，对聚乙烯的阻燃，可通过以下途径“：(1)终止自娃 基键反应，捕获传递燃烧链式反应的活性自由基。卤系阻燃剂即是这种机理：(2)吸收热分解产譬三翁熬爨，洚 蕊体系澄发。氯襞彳乞铝、氯氧纯镁

37、及硼酸类无枫麓撩裁爨魏鍪代表；(3)穗糕可燃性物质故浓度季【氯气浓度，使之隆到着火极限以下，起到气提陵燃效果，氮系阻燃刹就是这种原理；(4)促进聚合物成碳，减少可燃性气体的生成在材料采面形成一层膨松、吸孑L 的均质碳层，超到隔热、隔氧、抑烟、防止熔滴瓣 睾霜，这到隧燃麴瑟懿。这就是澎簌辍燃裁懿寰要毽燃橇瑾。下蕊介绍下用于聚乙烯的添加型阻燃体系。(1)卤系阻燃剂卤系阻燃剂是目自程界上产量最犬的有机阻燃荆之一，戳其添热羹少，融燃效袅显装薅在赡燃颁域申具有鬟要遗像。曩藉霹连丰鬓聚躅戆窍极枣织物(激十j澳、六澳为代表)与S b：0；复配使用对P E 进行阻燃。该类阻燃剂在燃烧分解时能捕捉P E 降解反

38、应生成的自 J=基，从而延缓减终止燃烧的链反应，同时释放出本身怒一种难燃气俸的|X。这释气体密度大，可以覆箍在秘科表面，怒戮疆疆表瑟燃气体的l 乍用，也麴割楗燃数燃烧。对浚锈复会体系阻燃枫理麴研究也魄较成熟，罄遍认为，卤化物和S b。0 能产生协效反应，它们在燃烧时能在较宽的潞度范围内生成S b X。能育效捕捉材料反成时产生的自由藻，所以隧明显的提高搿系阻燃削熬陵爨效采。毽嚣莠单狻佼餍溪镁复合体系疆熬怒在接簇滚落方嚣较蓑，为改罄棼9 斑P E 的抑制滴落性能，国外由许多研究=。，但总的说来，由于其在燃烧时发烟量大产生大量腐蚀性气体和有毒气体，给灭火、逃离和恢复工作带来很大困难。因此降低阻燃材料

39、然时产生烟量及有毒气体的呼声同益增高。(2)无机阻燃剂无机阻燃剂是一种无卤阻燃剂，具有安全性高、抑烟、无毒、价廉等优点，在聚乙烯的阻燃化中具有重要地位，丰要有氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌和红磷等。氢氧化铝与氢氧化镁具有热稳定性好、阻燃无毒、不挥发、不产生腐蚀性气体、发烟量小、不产生二次污染等优点。一，聚合物的燃烧热一般为4 1 8 4 0 1 g，而金属水合物的吸热量一般在4 1 8 4-2 0 9 2 J g 之问。要使聚合物具有阻燃性能，必然添加大量的会属水合物。据统计，约需卤系阻燃剂的几十倍。但是，大剂量的阻燃刺会使基体的机械性能大大降低，且燃烧时有滴落行为。另外，大多数无机阻燃剂具有一定

40、的酸性或碱性，表面有亲水基团显极性，容易吸附水分。对于聚乙烯这样的非极性分子，由于大分子链上缺乏极性基团，具有憎水性，因而它与无机阻燃剂之问的相容性差，填充体系界面难以形成良好的结合及牢固的粘接。因此需要对阻燃剂及树脂基体进行技术处理【1 8-2 4 1。如国内外F在丌发超细的无机阻燃剂(粒径在0 1um lI am 之间)，或对阻燃剂做表面处理，：以增加与基体树脂的界面力或相容性，通常，金属水合物在使用时需要填加硅烷偶联剂、钛酸铝偶联剂、脂肪酸赫等助剂，以改善聚合物的机械性能。偶联剂的作用是为了增加余属水合物与聚合物的相容性；脂肪酸盐的加入则是防止金属水合物在使用时发生凝结。这些措施虽能对无

41、机阻燃剂的各种性能有所改进，但效果不理想。硼类阻燃剂是一种多功能的阻燃助剂，丰要包括硼酸锌、硼酸铵、偏硼酸钡等。其中，硼酸锌(化学组成为2 Z n O 3 8 2 0 3 5 H 2 0)产耗数量最大，应用也最爻善遮。其在火熄终矮。F 形成瑗璃悫戆雹覆层，疆爱在篱溢下(2 9 0)爱东，筵到吸热降温的作用；同时它能健进碳化釉抑制烟的发生从而发挥阻燃作用。硼酸锌常作为阻燃增效剂与其它阻燃剂并用1 2 6 1。(3)磷系阻燃荆磷耧含磷像会甥蹙辍燃裁中重要裁耱。食磷无掇隧燃裁缀箕熬稳定性好、不挥发、不产生腐蚀性气体、效果持久、毒性低等优点而获得了广泛的威用。红磷作为阻燃剂与传统的阻燃剂(如卤化物S

42、b 2 0 3)相比发烟量小、低毒、庶麓范豳，“，箍攀独使弼，也可与其它隧燃帮共阏往稻。麓瑙量少，隘燃散采尚可，瓣久性好。但是红磷不憨直接使用于聚乙爝中，墓为它易吸湿受潮，易氧化，与树脂相容性差，长期与空气接触会放出剧毒的磷化氢气体，污染环境。干燥的红磷粉尘有爆炸的危险。因此鉴于上述问题，表筒微胶囊化处理怒一种切实可行的办法 2 7-2 8 l。照磷对不含氧聚合耪隧然瓤瑷为器y-3 2 l，聚合物燃烧辩，红磷形残碳羧的衙生物，起到吸收热量的作用，阻碍燃烧性产物的生成：生成的P O 岛出基 捉火焰中的H 与O H 自由基，起到了阻燃的作用；红磷在聚合物燃烧时还能形成其有强脱永性的衍生物，当脊外来

43、的氧奠，可以结畲褪除纂二增加燃烧后残余谈戆量。瞧是耄予聚蝾楚不含簸，疑双，红磷在鼗类耱糕中静麟承戏硪l 睾瑗效装?并不明显，故红磷对聚烯烃的阻燃效果不及其对含氧的数脂的阻燃效果。其他的磷系阻燃剂如无机磷系的磷酸二氢铵、磷酸氯二铵、磷酸氨、聚磷酸氨等及寄枫磷系的菲卤磷酸酯，都有用予聚乙烯中。其中聚磷酸氨及磷酸酯极为鬻臻。聚磷酸铵在聚乙烯中懿馋爆效票较好f 2 瓤，但是鞋魏孵成本较褰。鸯褪磷瓣燃剂的阻燃机理与无机磷相同，它对材料的机械物理性能影响比较小，且与高聚物有良好的相容性，且渗出性小。但是有机磷随燃剂有一个普遍的问题就是它流麓往强，发翅薰大，荔予永辩帮热稳定魏羞，毒黻较大等缺点。(4)氮系、

44、醚系毽燃蹇 p 3-3 5 1氮茉隰燃剂在发生火灾醛，羼受热放感c 0 2，N 2，N H 3，N 0 2 程H 2 0 等不燃性气体。这些气体稀释了空气中的氧和潲聚物受热分解时产生的可燃性气体的浓液，雨髓不燃链气体形成对，产，毛静燕对流带走了一部分热量。同时氮气毹捕掇蛰遗基，搀裁了离聚魏翰连镁蔽窿，这戮清除蠡波基蕊箨霪，扶蕊达到了疆燃嚣的。氮累陬燃刹在聚氨酝、聚璇脓中有较好的阻燃性能。墨酶，总的米潍，单独使用氮系阻燃剂阻燃P E，效果不佳，这爝由于威碳效聚不好而静致的，把这类黻燃裁与含辚壅熬粼结合稀成翡彩涨墅蕊燃俸系，隧然效菜靛禳辩。硅系阻燃裁侔兔葶牵茺奁隘燃裁，俸焉缀大。有橇醚蒙有露挺楗瓣

45、及无毒建材料的双羹优点，县有防潮、憎水、电气绝缘、耐商低温、化学稳定性等优异性能。用硅系戳燃剂阻燃P E，不仅可以太大改善材料的阻燃=f i l 烟性，而且可以提高材料辩秀学蕊怒器窀气蛙麓。理在+一毅蒋礁撵毖袋谴檬菠黯A 聚台穆串，以摇窝聚合物的黪熔渡性举鞋阻燃猕烟性。魏美匡D o wC o m i n g 公霹揍出的“D C R M”隧燃荆就是硪树脂微粉改性荆。添加1 一8 就可得到发烟量、放热爨、C O 产生量低鹊随燃燮料。这种阻懋翮在燃娆时生成S i c 纯合物作为绝缘朦，其有穗好韵黼热疆熬效聚。嚣菠，窭黔己鸯产渡 芑产翁，嚣鹫内鲻鳌零一片登蠡。ll。3 黪滕壁酝燃1 3，1 聚会物膨胀

46、阻燃体系的发展简史膨胀姐燃控术最甲威用于涂料工业。1 9 3 8 年T r a m m 静次提出了膨胀型防火涂料的配方。1 9 4 8 年O l s e n 和B c h l e 并始弼“膨胀”(I n t u m e s c e n t)J 柬插述他们磷裁鹳禽蠢沥青躲膨骚型融燃涂辩受熬靖髂菱逡胀大嚣毙。J o n e s 轻J u d a。S o l l 挝如了典型的膨胀型防火涂糕的配方。1 9 5 3 年，J o n e s 秘J u d a S o i l 积A l t m a 通避埘磷酸磷胲盐的憾能研究，发现丁它在高温(7 5 0。C)时的碳化阻燃特性。1 9 6 5 年豁 2 硪莲塞

47、鏊玉盔誊鉴圭警蕊鎏基女箨嚣，奖添M o n s a n t o 公司帮V a n d e r s a U 实验室搬聚磷酸铵引入骑火涂瓣戆配方之中，获得了耐洗刷、成臌好等效果：到7 0 年代初期，膨胀型防火涂料已发展成三犬系统，即磷酸一铵、=铵系统。磷酸密胺系统和聚磷酸铵系统，在推广上后两蛰稍占缆努。7 0 年找中辫敷嚣，舞予石濑危极麓狰击，辍煞裁强跨灾涂褥生产帮蝥受到能源短缺、琢奉孝辩沫徐、环境污染和三琰公害等条嚣的制爨，爨此令爱对歼发新产品、新技术要臌从“四E”原则：经济(E c o n o m y)、效率(E f f i c i e n c y)、生态(E c o l o g y)和能源(

48、E n e r g y)。多年来，彩联隧爨俸系主要瘫臻予配铡善耱蕊予嚣麓，夫攀，建筑装舔耱耱的瓣火涂层，引入到塑料不过是避2 0 年的事。出于I F R(i n t u m e s c e n tf i r er e t a r d a n t)体系具肖：(1)胬阻燃性，无熔融滴落行为：(2)对长时间或重复暴露钷火焰中霄裰菇豹抵抗链；(3)裁滔，少簿，无瘸馁性气俸释商等特点，蔽萁成为粥年代錾燃裁最菊活跃豹璎囊领域之。1 3 2 膨胀阻燃体系的基本组成膨胀阻燃体系一般包括以下三个组分f 3 7-3 8 1：(i)酸源(黢隶燕)：无撬簸或葫热至1 0 0-2 5 0 5 C 对生成巍梳酸鹣纯会耪、

49、(2)碳澡(成碳裁：含瑗量离懿多羧基 芝合物；t(3)气源(膨胀剂)：含氮的移碳化含物。膨胀黼燃体累的三组分举例地表1 2。对于不同的聚裔物膨涨阻燃体系，有时凝会攮零嶷遣可激充当箕串筑菜一缝努。国予雾鞭鳖疆然聚合耪中戆I F R 箨系麓添如到被辫燃材料体耀之中，薅不檬膨胀型匿燃涂料那样覆盏予技隧燃材料的袈耐，所以这类膨胀型阻燃体系的备组分必颁具备以下性质：(1)热稳定好，麓缀受聚合物船工避程中的2 0 0。C 以上高溢：(2)聚合耨热洚艇遵程孛产生兹丈蘩挥茨毽产凌魏鼯或熬袋渣雨翳澎照茨途簿1 3 焚逑鬟产生季建彩确；3 与被嫩燃聚合物蠢良好的相容性，且对聚台物本身的物牒力学燃能和成形加工憔能等

50、不能有太大的改藏；(4)在瓣浇辩麓产生一燕完全覆羞予麟逢表嚣赞雾瓣溅罄。表1 2 黪鞭鼗熬髂蓉缝凳举囊绒分名称举例皴潦磷酸、硫酸、糊酸铵魏t 媾酸竣、骧酸黎，聚薅鼗铵磷酸他的饺酶馁：磷酸篡聚氰脓、磷酸麟、磷酸脎奏瓿磷拖台耪；鼹酸j 率苯臻，浚墓磷酸潍l 磷源淀粉、糊精、出鬃醇、攀戊蘑簿及其多聚髂、酚蘸祷雅I 气源尿襄、腮醛数糖、舣锇胺、二聚镢胺、梨鼗；胺l。3 3 膨胀阻燃体系的阻燃原理彩膝黧隘燃聚龠物京黉熬辩，袭蔷产生豢多弦黪藤碳罄。演罄多瓠磺瑟捧毙罄簿，黻立了热爨熬臻避霉氧气薛扩散，骞裁缝隧壹了嚣筵缀了豢台躲熬热麓麟*避尘7 撵发蛙燃产憋鳇产生，然穰达到了中蟥聚合物燃烧嬲鬟豹：出于膨胀成碳