熱塑性聚合物復(fù)合材料阻燃機(jī)理及研究進(jìn)展

羅靜 仝艷民

摘 要： 熱塑性聚合物復(fù)合材料在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，因此其阻燃性能為重要。本文簡要分析了熱塑性聚合物的阻燃機(jī)理，介紹了不同類型的阻燃添加劑的阻燃性能和研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞： 熱塑性聚合物;復(fù)合材料;阻燃機(jī)理;阻燃性能

1 緒論

熱塑性聚合物（聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等）復(fù)合材料的特征在于高可塑性，低價(jià)格，抗腐蝕性，驅(qū)蟲性和可回收性，常于建筑幕墻鋁塑復(fù)合板的內(nèi)芯填充材料，因此良好的阻燃性能是該材料廣泛應(yīng)用的必要前提。[1]本文簡要分析了熱塑性聚合物的阻燃機(jī)理，同時(shí)介紹了不同類型阻燃添加劑的阻燃性能和近年來的研究進(jìn)展。

2 熱塑性聚合物復(fù)合材料的阻燃機(jī)理

首先，熱塑性聚合物復(fù)合材料在受熱時(shí)，阻燃劑處于一種熔融狀態(tài)，形成一種琺瑯層或泡沫層，將聚合物與氧氣隔絕，達(dá)到阻燃效果。其次，有些阻燃劑含有大量結(jié)晶水，受熱時(shí)這些結(jié)晶水會(huì)以水蒸氣的形式釋放出來，釋放出來的水蒸氣會(huì)帶走大量熱量，這將延長材料達(dá)到著火點(diǎn)的時(shí)間。另外，一些阻燃劑可以在燃燒發(fā)生時(shí)釋放出具有阻燃作用的自由基，阻斷燃燒反應(yīng)，從而達(dá)到了阻燃的目的。[2]

3 熱塑性聚合物復(fù)合材料阻燃研究進(jìn)展

3.1 膨脹型阻燃體系

當(dāng)材料燃燒時(shí)，膨脹型阻燃體系中的阻燃劑組分發(fā)生熱膨脹形成膨脹層，該膨脹層阻擋氧氣并阻止燃燒。李珊珊等人[3]在聚乙烯/木粉復(fù)合材料中加入了不同量的膨脹型阻燃劑，并測試了該材料的阻燃性能。隨著阻燃添加劑用量的增加，聚磷酸銨可與木粉形成協(xié)同作用，材料的極限氧指數(shù)顯著增加，有效地提高了阻燃性能。董潔等人[4]將聚磷酸銨、季戊四醇以及發(fā)泡劑等原料充分混合制備了一種膨脹型阻燃劑。燃燒實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，添加了聚磷酸銨和季戊四醇的聚丙烯/木粉復(fù)合材料比沒有添加阻燃劑時(shí)具有更好的阻燃性能。同時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能也有小幅提高。張道海等人[5]使用膨脹型阻燃劑對玻璃纖維/PP復(fù)合材料進(jìn)行了阻燃實(shí)驗(yàn)，通過氧極限以及垂直燃燒實(shí)驗(yàn)測試其阻燃效果，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明該膨脹劑的添加可以有效地阻止材料燃燒的進(jìn)行，大大提高防火等級。

3.2 無機(jī)阻燃體系

氫氧化鋁、硼酸鋅、氫氧化鎂等無機(jī)物具有良好的熱穩(wěn)定性，受熱時(shí)不會(huì)釋放有害氣體，常以添加劑的形式用于各種聚合物復(fù)合材料中。

Baysal等[6]將硼酸鹽加入聚乙烯/木纖維復(fù)合材料中，經(jīng)測試后發(fā)現(xiàn)，硼酸鹽的加入能明顯提升這種復(fù)合材料的阻燃性能。戴培邦等[7]制備了聚乙烯/氫氧化鎂阻燃復(fù)合材料。差示掃描量熱法的測試結(jié)果表明聚乙烯與氫氧化鎂存在某種相互作用，力學(xué)性能測試還表明，氫氧化鎂的加入并沒有對復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。鄒楠等人[8]將氫氧化鋁與花狀結(jié)構(gòu)的磷酸鋁按照不同比例機(jī)械混合后添入聚乙烯中形成復(fù)合阻燃材料。結(jié)果顯示，適量的復(fù)合添加劑不僅可以大幅度降低熱釋放速率，起到阻燃作用，還可以提高復(fù)合材料的斷裂伸長率。

3.3 納米復(fù)合阻燃體系

由于納米材料本身具有小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，因此可以減少阻燃劑的用量并且可以改善阻燃效果。周鐵成等[9]分別研究了聚乙烯/納米SiO2復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征和熱穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，納米SiO2可以明顯改善無鹵阻燃聚乙烯的阻燃性能，適量的納米SiO2的加入亦可獲得較佳的力學(xué)性能。曲銘海等[10]采用聚合法獲得了一種共聚酯與納米BaSO4顆粒復(fù)合的阻燃材料。研究發(fā)現(xiàn)，該體系中存在一定作用關(guān)系，可減少共聚酯的燃燒性和低落性，阻燃效果良好。

4 結(jié)語

近年來隨著熱塑性聚合物復(fù)合材料工業(yè)的快速發(fā)展，對材料的阻燃性能的要求也越來越高。未來的熱塑性聚合物復(fù)合阻燃材料將更加環(huán)保，更加低廉，新型納米阻燃添加劑也將被廣泛運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李珊珊，呂群，張清鋒，等.APP在PE基木塑復(fù)合材料中的阻燃作用研究[J].塑料工業(yè)，2009，37（12）：60-63.

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[7]戴培邦，彭華喬，蔡小霞，等.鋁酸酯偶聯(lián)劑對PE/Mg（OH）_2阻燃復(fù)合材料力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的影響[C].2006中國阻燃學(xué)會(huì)年會(huì)，2006.

[8]鄒楠，龐洪昌，朱行坤，等.Al（OH）3@AlPO4多級結(jié)構(gòu)復(fù)合阻燃劑及其阻燃PE的性能[J].工程塑料應(yīng)用，2018（4）.

[9]周鐵成，周仕林，費(fèi)秋英.改性納米二氧化硅對聚乙烯的熱性能及阻燃性能的影響[J].化學(xué)工程師，2008（7）：14-17.

[10]曲銘海，趙國明，楊冰，等.阻燃共聚酯/硫酸鋇納米復(fù)合材料的燃燒及熱性能研究[C].全國阻燃學(xué)術(shù)年會(huì)，2005.