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【南方電纜網(wǎng)】聚烴類(lèi)高分子材料是一種易燃材料﹐用其制作的電線(xiàn)電纜﹐在高壓﹑熱源等條件下容易引起火災(zāi)﹐而火焰會(huì)沿著電線(xiàn)迅速蔓延到整個(gè)電線(xiàn)載路。含鹵聚合物或與含鹵阻燃劑組合而成的阻燃混合物具有優(yōu)良的阻燃性能﹐曾作為阻烯材料被廣泛應(yīng)用。但是﹐火災(zāi)發(fā)生時(shí)﹐這類(lèi)含鹵阻燃材料會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧和有毒的腐蝕性鹵化氫氣體﹐造成成二次危害。為此﹐開(kāi)發(fā)新的阻燃體系﹐研究燃燒時(shí)發(fā)煙量小﹐不產(chǎn)生有毒﹑腐蝕性氣體的無(wú)鹵阻燃烯烴是很有必要的。無(wú)鹵阻燃添加劑主要以磷系化合物和金屬氫氧化物為主。這兩類(lèi)化合物﹐燃燒時(shí)不揮發(fā)﹑不產(chǎn)生腐蝕性氣體﹐被稱(chēng)為無(wú)公害阻燃劑﹐在國(guó)外已得到深入的研究和廣泛應(yīng)用。
無(wú)鹵阻燃劑種類(lèi)及其作用原理高分子材料的燃燒的燃燒是一個(gè)包括熱﹑氧﹑可燃材料三個(gè)要素的復(fù)雜過(guò)程。從原理上講﹐只要減緩或阻止其中一個(gè)或幾個(gè)要素﹐就可達(dá)到阻燃的目的。無(wú)鹵添加阻燃劑不但可以起到稀釋可燃材料濃度的作用﹐更重要的是﹐可以通過(guò)自身吸熱脫水或促使材料脫水﹐吸收燃燒產(chǎn)生的熱量﹐降低燃燒材料表面溫度﹐達(dá)到阻止材料繼續(xù)燃燒的目的。有些阻燃劑在自身脫水后形成一種不燃的隔音層或使可燃表面炭化﹐隔離可燃材料與空氣的接觸﹐從而起到阻燃的目的。 磷系阻燃劑磷系阻燃劑分開(kāi)無(wú)機(jī)和有機(jī)磷阻燃劑。
無(wú)機(jī)磷阻燃劑主要以紅磷﹑磷酸鹽及磷-氮基化合物為主﹔有機(jī)磷系阻燃劑主要以磷酸酯﹑亞磷酸酯﹑膦酸酯為主。此外﹐還有多種磷取代基的化合物﹑多聚物﹑齊聚物以及多種磷-氮鍵化合物﹐故磷系阻燃劑種類(lèi)非常多。磷系阻燃劑是弱的火焰抑制劑﹐對(duì)聚合zhu物阻燃作用主要以凝聚相阻燃為主。磷系阻燃劑在凝聚相方面的阻燃作用在于磷系化合物受熱后首先分解為磷酸﹐磷酸是一種很好的脫水催化劑﹐辦公而促使聚合物脫水炭化。在受強(qiáng)熱時(shí)﹐磷酸聚合為聚磷酸﹐它是一種更強(qiáng)的脫水催化劑。磷酸脫水后所生成的焦炭層呈石墨狀﹐能隔阻內(nèi)部聚合物與氧化接觸﹐焦炭層導(dǎo)熱性差﹐使聚合物與熱源隔絕﹐減緩了熱分解﹐從而起到阻燃的作用。膨脹型多聚磷酸銨是近年研究較多的一種阻燃劑。其阻燃機(jī)理是﹕燃燒時(shí)﹐膨脹型阻烯劑和各組分之間發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)﹐并在聚合物表面形成一泡沫炭層﹐此層在凝聚相中不但能隔熱﹑隔氧及防熔滴﹐而且還可改善磷系阻燃劑發(fā)煙量大缺點(diǎn)。日本將這種膨脹型阻燃劑用在聚烯烴類(lèi)化合物中取得很好的效果﹐并有多項(xiàng)專(zhuān)利相繼問(wèn)世。 其中﹐Kanaoka,Kunio等的專(zhuān)利表明﹐采用聚磷酸銨阻烯劑對(duì)乙烯-丙烯共聚物進(jìn)行阻燃﹐可使氧指數(shù)達(dá)到31.3。我中國(guó)中山大學(xué)的廖凱等人以多聚磷酸銨為阻燃劑﹐在發(fā)兆劑三聚氰胺和成炭劑季戊四醇的協(xié)同下﹐對(duì)電線(xiàn)電纜用聚丙烯的阻燃進(jìn)行了研究﹐表明它是聚丙烯類(lèi)電纜阻燃很好的無(wú)鹵低煙阻燃劑。北京理工大學(xué)的歐育湘新近采用了一種在紅磷協(xié)效劑協(xié)同作用下的無(wú)鹵膨脹型石墨阻燃劑﹐對(duì)聚丙烯的阻燃有很好的阻燃效果。張志龍等人在膨脹型阻燃劑中加入成炭促進(jìn)劑后發(fā)現(xiàn)它對(duì)聚乙烯也有很好的阻燃作用。聚磷酸銨阻燃劑也存在一些問(wèn)題﹐如與高分子材料結(jié)合性較差﹐在制品中容易滲出而降低阻燃性﹐而且聚磷酸銨在250℃受熱分解﹐難以滿(mǎn)足聚合物在較高溫度下加工的工藝要求。
金屬氫氧化物主要是指氫氧化鋁和氫氧化鎂。氫氧化鋁即三水合氧化鋁（簡(jiǎn)稱(chēng)ATH）﹐是主要的無(wú)機(jī)金屬氫氧化物阻燃劑﹐占無(wú)機(jī)阻燃劑用量的80"上。ATH受熱后﹐三個(gè)結(jié)晶水會(huì)在三個(gè)不同的溫度下釋放。ATH的阻燃機(jī)理可以歸納為﹕其一﹐填充ATH﹐使可燃性高聚物的濃度下降﹔其二﹐ATH吸熱后脫水﹐水汽化為水蒸氣吸收聚合物燃燒所放出的熱﹐抑制聚合物的溫度升高﹐稀釋可燃性氣體和氧的濃度﹐阻止燃燒反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行﹔其三﹐ATH脫水后可在可燃物表面生成Al2O3隔熱層﹐阻止聚合物與氧接觸﹐起到阻燃作用。
ATH的阻燃效果與其添加量有很大的關(guān)系﹐一般需要添加50"?上才能有較明顯的阻燃效果。
如此大的添加量會(huì)使塑料的粘度增大﹐韌性減小﹐斷裂伸長(zhǎng)率下降。為了解決這些問(wèn)題﹐一般采用硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯類(lèi)偶聯(lián)劑處理ATH﹐可取得較好的效果。張顯友等人采用硅烷交聯(lián)技術(shù)對(duì)無(wú)鹵阻燃電纜料進(jìn)行了研究﹐表明無(wú)論是阻燃眉之急性還是力學(xué)性能無(wú)獲得了提高。ATH的粒度對(duì)聚合物阻燃性能及力學(xué)性能很大的影響﹐研究表明﹐等量的阻燃劑﹐粒度越小﹐比表面積越大﹐阻燃效果越好﹔超細(xì)粒度的ATH﹐可增強(qiáng)界面的相互作用﹐有效地改善共混物的力學(xué)性能。高純化的ATH會(huì)使材料的電氣性能得以提高。
高純化是指氫氧化鋁含量大于99.9氧化鈉的含量低于0.2‥量分?jǐn)?shù)。金屬氫氧化鎂也是一種有效的添加型無(wú)鹵阻燃劑。其阻燃原理和氫氧化鋁相似。郭家聲研究表明﹐采用氫氧化鎂阻燃聚烯烴氧指數(shù)可達(dá)到41。以氫氧化鎂為無(wú)鹵阻燃劑的研究很多﹐均取得較好的效果。氫氧化鎂阻燃劑和氫氧化鎂鋁類(lèi)似﹐也是高添加型阻燃劑﹐為此﹐對(duì)氫氧化鎂進(jìn)行各種表面處理是必要的。
阻燃劑的協(xié)同作用 單獨(dú)使用一種阻燃劑一般很難滿(mǎn)足無(wú)鹵阻燃電纜料的使用要求﹐因此﹐常常選用兩種或兩種以上的阻燃劑配合使用。例如﹐在A(yíng)TH中加入適量的硼化物會(huì)起協(xié)同阻燃作用。采用硼酸鋅與ATH復(fù)配阻燃劑對(duì)乙烯-醋酸乙烯共聚物進(jìn)行阻燃﹐在500℃以上能形成類(lèi)似陶瓷的殘?jiān)o而僅用ATH時(shí)燃燒物為脆性易落的灰燼﹐不能很好地阻上燃燒。Guimond,Christopher N.采用60?氫氧化鎂阻燃劑﹐對(duì)PE/EMA二元體系的阻燃研究表明﹐垂直燃燒性能優(yōu)良﹐但斷裂伸長(zhǎng)率低。當(dāng)采用氫氧化鎂﹑硼酸鋅和硅氧烷混合物進(jìn)行阻燃研究﹐在垂直燃燒性能不變的情況下可使數(shù)據(jù)裂伸長(zhǎng)率增加﹐說(shuō)明填充的硅氧烷和硼酸鋅具有協(xié)同作用。氫氧化鋁名氫氧化鎂與硼酸鋅和紅磷共混可以對(duì)烯烴共聚物進(jìn)行阻燃﹐其氧指數(shù)可達(dá)到32。將ATH與氫氧化鎂配合使用﹐同樣可起到協(xié)同作用。雖然氫氧化鎂分解吸收的熱量比氫氧化鋁小﹐但分解溫度較高﹐可達(dá)340℃。氫氧化鎂有促進(jìn)聚合物表面成炭的作用﹐兩者結(jié)合使用會(huì)使阻燃效果更好。日本專(zhuān)利報(bào)道﹐采用氫氧化鋁和氫氧化鎂共混物阻燃PE﹐可使氧指數(shù)達(dá)到30﹐斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到425％。氫氧化鎂阻燃劑﹐對(duì)PE/EMA二元體系的阻燃研究表明﹐垂直燃燒性能優(yōu)良﹐但斷裂伸長(zhǎng)率低。當(dāng)采用氫氧化鎂﹑硼酸鋅和硅氧烷混合物進(jìn)行阻燃研究﹐在垂直燃燒性能不變的情況下可使數(shù)據(jù)裂伸長(zhǎng)率增加﹐說(shuō)明填充的硅氧烷和硼酸鋅具有協(xié)同作用。氫氧化鋁名氫氧化鎂與硼酸鋅和紅磷共混可以對(duì)烯烴共聚物進(jìn)行阻燃﹐其氧指數(shù)可達(dá)到32。將ATH與氫氧化鎂配合使用﹐同樣可起到協(xié)同作用。雖然氫氧化鎂分解吸收的熱量比氫氧化鋁小﹐但分解溫度較高﹐可達(dá)340℃。
氫氧化鎂有促進(jìn)聚合物表面成炭的作用﹐兩者結(jié)合使用會(huì)使阻燃效果更好。日本專(zhuān)利報(bào)道﹐采用氫氧化鋁和氫氧化鎂共混物阻燃PE﹐可使氧指數(shù)達(dá)到30﹐斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到425％。方云飛等研究了氫氧化鎂﹑氫氧化鋁及紅磷配合使用﹐表明協(xié)同阻燃劑可改善材料的阻燃性能及力學(xué)性能。