发布时间 : 星期五 文章低烟无卤阻燃电缆的研究更新完毕开始阅读
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因此可以认为聚合物持续燃烧过程是一个连锁反应的过程。由于在这个过程中HO·和H·不断循环产生，又不断放出大量的热，因而能使燃烧持续。一旦气相燃烧起来，又使固相部分进一步加热。如有空气流通的条件，氧化反应就会进一步加剧燃烧，也就会越烧越旺。此时，电缆就真正的变成火的通道，如不及时扑救，就会形成火灾。
2.2 聚合物的阻燃机理
高分子材料的阻燃特性与其燃烧过程的特性紧密相连。现在普遍认为，聚合物材料的燃烧是由热源、氧气、可燃物以及自由基反应四个要素组成，即聚合物的阻燃作用是通过阻止或减缓以上一个或几个要素来实现。主要包括六个方面：提高高分子材料的热稳定性、捕捉自由基终止链反应、形成非可燃性保护膜、吸收热量、产生高密度气体隔离层、稀释氧气和可燃气体等。目前一些基本理论已取得共识，一般认为，阻燃剂对聚合物的阻燃行为主要是通过冷却、稀释、形成隔热层和终止自由基链反应等途径来实现的。其中前三者为物理途径，后一种为化学途径。
2.2.1 冷却机理
阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其它吸热反应，降低聚合物表面和燃烧区域的温度，防止热降解，进而减少了可燃性气体的挥发量，最终破坏维持聚合物持续燃烧的条件，进而达到阻燃的目的。Al(OH)3、Mg(OH)2及硼酸类无机阻燃剂颇具代表性。
2.2.2 稀释机理
多数阻燃剂在燃烧温度下都能释放出诸如H2O、CO2、NH3、N2、卤化氢等不燃性气体，这些气体组分在气相中冲淡了可燃性气体的浓度，使之降到着火极限以下，起到气相阻燃的效果。另外，无机类阻燃剂虽然不挥发，但由于填充量大，可在一定程度上稀释固相中可燃性物质的浓度，从而提高制品的难燃性。
2.2.3 隔离层机理
如果聚合物燃烧时能在其表面形成一层隔离层，起到阻止热传递，降低可燃性气体释放量和隔绝氧的作用，同样能够达到阻燃的目的。实际上，目前市售的许多阻燃剂都显示了这样的功能。这类阻燃剂形成隔离层的方式有两种：其一，利用阻燃剂的热降解产物促使聚合物表面迅速脱水炭化，进而形成炭化层。由于单质碳不能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。含磷阻燃剂对含氧聚合物的阻燃作用就是通过这种方式实现的，其原因是含磷化合物热分解最终得到聚偏磷酸或焦
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磷酸类产物，而聚偏磷酸是非常强的脱水剂；其二，某些阻燃剂在燃烧温度下分解生成不挥发性的玻璃或陶瓷状[15]物质，包覆在聚合物表面，这种致密的保护层起到了隔离膜的作用。如膨胀型阻燃剂在燃烧条件下所形成的隔离层膨胀，其厚度可达普通隔离膜的数十倍，阻热、隔氧效果非常明显。
2.2.4 终止链反应机理
从化学意义上讲，捕获聚合物燃烧中的高能量HO·自由基，切断自由基链反应对抑制火焰燃烧十分关键。卤系阻燃剂在燃烧温度下可分解生成卤化氢，卤化氢具有捕获HO·自由基并使之转化为低能量X·自由基和H2O的能力，X·自由基可通过与烃的反应再生成HX，如此循环起到了终止链反应的作用。
一般来说，一种阻燃剂并不局限于一种阻燃机理，常常表现为多种途径的综合协效作用。以此为依据，不同种类的阻燃剂复配或附加协效组分构成相应的阻燃体系，往往能达到事半功倍的效果。随着人们对高分子材料热氧化降解历程及阻燃体系作用机制的深入研究，近年来不断有各种新型的阻燃方法、机理和技术被各国学者提出，有的已经达到实用阶段。如高聚物的化学改性阻燃、高效隔离炭化层阻燃、交联接枝阻燃和协同阻燃体系等。不管何种阻燃技术，一般都是通过以上几种途径来实现的，即提高聚合物本身的耐热性和耐燃烧性，降低发烟量和减少有害气体等。
2.3 阻燃剂的分类
聚合物用阻燃剂是加入到树脂中能够阻止聚合物引燃或抑制火焰传播的一类助剂。理想的阻燃剂在使用中应满足以下要求:
(1)与聚合物的相容性好，能较好地分散在聚合物中形成均相体系； (2)阻燃效率高，能使聚合物有着良好的难燃性和自熄性； (3)不降低聚合物的力学、电学等使用性能； (4)在聚合物的加工温度下不分解；
(5)无毒、无臭、无污染，在燃烧过程中不产生有毒气体； (6)耐久性好，能长期保留于聚合物制品中发挥阻燃作用；
(7)除反应型阻燃剂外，不与聚合物中的其它成分发生不良的化学反应，应成化学惰性。
阻燃剂是制备阻燃聚合物的核心材料，随着聚合物材料的发展以及制品对阻燃要求的不断提高，阻燃剂已发展成为一类种类繁多、性能多样的聚合物添加剂或助剂。目前对阻燃剂还没有统一的分类方法，按阻燃元素的种类，阻燃剂可分为卤系、有机磷系、卤-磷系、磷-氮系、氮系、膨胀型阻燃剂、硅系、锑系、铝-镁系、无机磷系、硼系、钼系、锡系等。前
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六类属于有机类，后几类属于无机类。膨胀型阻燃剂是近年来新出现的一类阻燃剂，他们是磷-氮化合物或混合物。现介绍几种常用的阻燃剂。
2.3.1 卤系阻燃剂
含卤素的材料，由于受热时会发生分解，释放卤化氢。卤化氢能捕捉活性自由基HO?，从而能减缓和终止燃烧链锁氧化反应，达到阻燃目的。此外，卤化氢气体是难燃性气体。它们的比重比空气重，能排代空气，形成保护层，起隔绝氧气的作用,从而使燃烧延缓或熄灭。
卤素阻燃剂是目前世界上产量最大的阻燃剂之一。以其添加量少、阻燃效果显著而在阻燃领域中占据重要的地位。尽管卤素阻燃剂在热裂解或燃烧时生成较多的烟和腐蚀性气体，但目前仍占据塑料阻燃剂的主导地位。卤素阻燃剂之所以受到人们的重视，主要是其阻燃效率高，价格适中，其性能／价格比指标是其他阻燃剂难以与之相比的。加之卤素阻燃剂的品种多，适合范围广，所以得到人们的青睐。含卤阻燃剂中大量使用的是含氯或含溴阻燃剂。
卤系阻燃剂主要是利用阻燃剂与阻燃助剂的协同效应抑制气态燃烧反应的方法来阻止聚合物的燃烧。
常用的卤系阻燃剂有十溴二苯醚、八溴醚、四溴双酚A等，其中十溴二苯醚用量最大。其特点是添加量少、阻燃效果显著。用溴系阻燃剂生产的阻燃聚烯烃主要用于家用电子／电器元件、建筑用管材和配件以及内装饰材料等方面。国内生产的溴系阻燃剂存在着以下不足：
(1)国产十溴二苯醚存在游离溴含量较多，铁杂质含量高以及长期储存稳定性差的缺点；
(2)六溴环十二烷的耐热性较差，国外已开发出热稳定性好的六溴环十二烷的产品，国内还没有耐热性好的六溴环十二烷产品。
于莉等[16]研究了十溴二苯醚及其与Sb2O3、红磷配合使用对PP／(乙烯／丙烯／二烯)共聚物(EPDM)共混物阻燃和力学性能的影响； 十溴二苯醚对PP／EPDM共混物有阻燃作用，但效果不明显；而十溴二苯醚与Sb2O3或红磷在PP／EPDM共混物中并用有协同阻燃作用，其中十溴二苯醚与红磷并用比与Sb2O3并用的阻燃效果好。
Gibert[17]利用质量比为1∶l的Mg(OH)2和溴代三甲基苯基氢化茚／Sb2O3共混物填充改性PP／PE共聚物，Br／Sb系阻燃剂能抑制试样点燃后的强放热现象，Mg(OH)2与Br／Sb系阻燃剂并用使得Br／Sb系阻燃剂的阻燃行为向高温移动，改善了PP／PE共聚物的热稳定性和阻燃性能。
近年来，随着对阻燃剂低毒、环境友好的进一步要求，卤系阻燃剂的使用受到了越来越多的限制。世界各大阻燃剂公司纷纷研究开发阻燃剂新品种和替代品，其中十二溴二苯乙烷(8010)系列产品就是美国雅宝公司率先开发的十溴二苯醚的替代品，该产品具有良好的热稳定性，燃烧时不会
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产生致癌物质。卤系阻燃剂由于燃烧时发烟量大、释放有毒气体及腐蚀性气体而对环境产生较大的影响，随着环保呼声日益提高，卤素阻燃剂将逐步被低卤和无卤的阻燃剂所取代。
2.3.2 无机氢氧化物
无机氢氧化物阻燃剂[18]是集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身的阻燃剂，它具有无毒无腐蚀、稳定性好、不挥发、高温下不产生有毒气体的优点，且价格低廉、来源广泛，又可与多种物质产生协同阻燃作用，被誉为无公害无机阻燃剂。但是这类阻燃剂有添加量大的缺点，通常需加入50％[19]
以上才能达到理想的阻燃效果。
2.3.3 含硅阻燃体系
研究表明，添加少量的含硅化合物可以提高材料的阻燃性，其机理被认为是在固相中促进燃烧成炭，并且可在气相状态捕获活性自由基。含硅阻燃剂通常被认为是环境友好型添加剂。含硅阻燃体系包括硅酸盐、聚合物纳米层状硅酸盐等无机硅和线形硅烷、硅氧烷等有机硅阻燃。
1.无机硅阻燃剂
无机硅阻燃剂包括硅酸盐以及聚合物纳米层状硅酸盐复合材料。常用的硅酸盐主要是硅酸钠、硅酸及聚硅酸等。芬兰的凯米拉公司提出以水玻璃-硅酸盐作为阻然剂，加入到戮胶纺丝原液中，纺制纤维素和聚硅酸的混合纤维取得了一定的阻燃效果。聚合物层状硅酸盐纳米复合阻燃材料实现了聚合物基质与无机粒子在纳米尺度上的结合，克服了传统填充聚合物的许多缺点，能赋予材料优异的力学性能、热性能及气体阻隔性能，成为材料领域的一大研究热点。
2.有机硅系阻燃剂
有机硅系阻燃剂是一种新型的无机阻燃剂，也是一种良好的成炭抑烟剂。它不但有着优异的热氧稳定性能，而且还能显著地改善聚合材料的加工性能，提高复合材料的机械力学性能，尤其是提高聚合物材料的低温冲击强度。有机硅的闪点几乎都在300℃以上，具有难燃性，其机理在于通过类似聚合物互穿网络(IPN)部分交联机理而结合到聚合物材料中，可以限制硅添加剂的流失，又可以改善聚合物的表面光洁性。有机硅作为阻燃剂一般不单独使用，通过和其它阻燃剂协同使用，如硬脂酸盐、ATH和MH以及聚磷酸铵/季戊四醇体系等。这些阻燃剂不但能与聚合物基体结合，而且能提高有机硅和基体树脂的渗透性。国内这方面的研究报道较少，国外也仅美国、日本等进行研究开发。目前国外已经商品化的硅系阻
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