高分子材料阻燃機理及分類

高分子材料性能優異，具有許多其他材料不具備的特性: 如質輕、加工性能好、高流動性易于成型、絕緣性、耐磨性等。但大多數高分子材料是碳氫有機結構，屬于易燃、可燃材料，在燃燒時熱釋放速率大、熱值高、火焰傳播速度快，不易熄滅；某些材料燃燒時還產生濃煙及有毒氣體，對人類生命安全與環境保護構成潛在的威脅。
一、高分子復合材料阻燃機理：
高分子材料的燃燒遵循燃燒三要素(可燃物質、助燃物質及著火源的規律，高分子材料主要為碳氫結構，屬于可燃物。助燃劑在通常情況下為空氣中的氧氣組分，也包括各類氧化劑，高分子材料通常在空氣中使用，與空氣中的氧氣接觸充分，并且高分子材料有時會添加各類氧化劑，這些氧化劑在燃燒過程中會起到助燃劑的作用。著火源為明火與各類高溫場所，高分子材料的起火點普遍較低，某些使用場合易接觸高溫環境，也使得高分子材料 易于起火引發火情。高分子材料的燃燒可分為熱氧降解和燃燒兩個過程，涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產物在固相及氣相中的擴散、與空氣混合形成氧化反應場及氣相中的鏈式燃燒反應等一系列環節。因此，當高分子材料受熱能夠使其分解，且分解產生的可燃物達到一定濃度，同時體系被加熱到點燃溫度后，燃燒才能發生。而己被點燃的高分子材料在點燃源穩定后能否繼續燃燒則取決于燃燒過程的熱量平衡。當燃燒產生的熱量大于或等于燃燒過程各階段所需的總熱量時，燃燒才能繼續，否則將終止或熄滅。物質的燃燒要同時滿足燃燒三要素的條件，那么阻燃就是從相反的方向來控制三要素，只要破壞了其中一個要素條件，燃燒即可終止。為了達到很好的阻燃效果，通常會采用多種阻燃技術，同時控制燃燒的三要素，即降低材料的可燃性、減少助燃劑 的濃度及降低燃燒反應的溫度來達到阻止材料燃燒的目的。
材料的阻燃機理與燃燒機理同樣復雜，往往涉及眾多的影響與制約因素，阻燃機理的分類也較多，主要有以下兩種機理。
1.氣相阻燃機理
在燃燒反應進行時，添加在材料中的阻燃劑受熱分解，產生大量的水蒸氣，氨氣，二氧化碳等惰性氣體，可稀釋空氣中的氧氣及材料燃燒產生的可燃性氣體。同時阻燃劑的受熱分解反應需要吸收大量的熱量，這也降低了可燃性氣體的溫度，這些因素協同作用，使燃燒終止，達到了阻燃的目的。添加的無機類阻燃劑如氫氧化鎂、氫 氧化鋁、水鎂石及一些碳酸鹽等屬于氣相阻燃機理，這類阻燃劑在燃燒反應進行時，受熱分解，吸收了大量的熱量，同時生成了水蒸氣，二氧化碳等惰性氣體，起到了隔氧，稀釋的作用，阻燃效果明顯。另一類氣相阻燃機理 就是自由基抑制機理，鹵－銻阻燃體系就是典型的自由基抑制阻燃。燃燒反應生成大量的活性自由基，自由基引發鏈式反應，使得燃燒快速進行。添加阻燃材料，如鹵系阻燃劑/三氧化二銻等自由基終止劑，則可以吸收燃燒反 應生成的自由基，從而中斷燃燒鏈式反應，起到阻燃的作用。
2.凝聚相阻燃機理
凝聚相阻燃主要是指在燃燒反應進行時，在凝聚相的外層形成膨脹碳層，這種多孔膨脹碳層起到隔熱，防火阻燃的作用。各類磷－氮協效阻燃體系，新型的納米層狀阻燃材料就屬于這類阻燃機理。這類阻燃體系需要有的成碳組分，稱為碳源，成碳效果直接影響阻燃效果的優劣。
二、高分子阻燃材料分類：
1.有鹵阻燃高分子材料
分子結構含鹵素或外加鹵素型阻燃高分子材料在各類電器塑料，汽車塑料領域取得了廣泛的應用。這類材料配方中主要添加了溴系阻燃劑及三氧化二銻協同劑，應用一些新型含溴阻燃劑以規避各類政策法規、降低阻燃劑的用量等成為該類材料開發的主流方向。
2.無鹵阻燃高分子材料
與含鹵阻燃高分子材料的情況相反，各類無鹵阻燃、低煙無鹵阻燃高分子材料發展前景看好。但是無鹵阻燃高分子材料有自身的弱點，如阻燃性能不如含鹵阻燃材料，氧指數普遍達不到30，而含鹵阻燃高分子材料的氧指數普遍超過30，有些阻燃要求高的場合，氧指數的要求甚至達到40，這類高阻燃的場合目前無鹵阻燃材料應用困難。
無鹵阻燃高分子材料目前以氫氧化鋁、氫氧化鎂填充的為主，少部分應用磷氮類膨脹阻燃體系。氫氧化鋁、氫氧化鎂填充無鹵阻燃材料目前市場應用于電纜材料，磷氮膨脹阻燃類主要應用在工程塑料行業。
阻燃高分子材料應用廣泛，尤其是無鹵阻燃材料受政策的導向，市場看好。對無鹵阻燃機理更深入的研究，各類阻燃劑的合成開發及材料配方的復配是該類材料的發展方向。
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