文档介绍：北京理工大学
第6章膨胀型阻燃剂及应用
概述
化学膨胀型阻燃体系的基础与应用
新型炭源的研究进展
有机硅在膨胀型阻燃体系中的应用
新概念膨胀阻燃体系的研究与应用
物理膨胀阻燃体系基础与应用
商品化膨胀型阻燃剂
新型膨胀型阻燃剂
当添加了膨胀阻燃剂的材料体系与火焰或其它点燃源接触时,体系表面温度超过300 ℃时,阻燃剂通过化学反应在火焰与可燃基材之间形成稳定的泡沫状炭层。
化学膨胀阻燃的概念
The role of char in thermal degradation: Fire Retardancy
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概述
the bottom layer of char, near the polymer surface, 300-600 ℃
the upper surface, 1500 ℃
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概述
化学与物理膨胀阻燃体系的共同之处是在火焰的作用下能够膨胀,并形成隔热、隔质的炭层,获得高效阻燃、低烟的效果。化学膨胀型阻燃体系的本质是三源在受热或燃烧条件下,通过化学反应获得有阻燃效果的膨胀炭层。
化学膨胀型阻燃体系的定义:在热或火焰作用下,体系组分只要能够通过化学反应产生优良的隔热、隔质泡沫状炭层的体系,均可称为化学膨胀型阻燃体系。
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概述
An Intumescent Coating, 3 mm thick
Foaming up to 38 mm thick by flame
A thick high yield char barrier
Extinguishing fire
Protecting the coated substrate
After 4 s
After 8 s
After 12s
After 600 s
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概述
炭层的作用:
隔热、隔氧,使火焰自熄;
仅有少量烟雾产生;
粘附在熔融的材料表面,防止熔滴的产生,避免了火焰的进一步传播。
The role of char in thermal degradation: Fire Retardancy
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概述
表6-2 化学膨胀型阻燃体系与物理膨胀型阻燃体系的比较
膨胀阻燃体系
化学型
物理型(以H2SO4插层EG为例)
基本组成
酸源、炭源、气源
石墨层板、层间受热可分解或挥发的化合物
燃烧或受热
膨胀阻燃作用机理
酸源使炭源脱水成酯,酯分解、交联、芳化,气源与熔体作用膨胀成炭。
EG层板间组分受热,氧化石墨C,释放气体,使层板急剧膨胀:
C+2H2SO4→CO2↑+H2O↑+2SO2↑
膨胀倍率
与三源组成及配比有关,通常540倍。
与EG粒度有关,通常40250倍
炭层形貌
类似于泡沫塑料的多孔炭层。
EG鳞片膨胀后呈“蠕虫”状,许多“蠕虫”分布于组分残渣之中,构成膨胀炭层。
达到UL 94
垂直燃烧级别
的添加质量分数/%
2030;20%以下,随添加量增加,燃烧级别无明显变化。如Exolit IFR 23,添加量25%,阻燃PP可达V-0级(),LOI 32%。
随添加量增加,燃烧级别呈线性提高。如FLAMECUT EREP-AP,添加量9phr(EG/红磷=6/3), 阻燃PP可达V-0级(),LOI 26%。
优点
高效阻燃、无熔滴、低烟、无毒、无腐蚀气体释放等。
高效阻燃(许多情况下优于化学膨胀型阻燃体系)、无熔滴、低烟、无毒、无迁移等。
缺点或局限
迁移、吸潮、添加量偏高[8];不适合薄膜材料的阻燃。
尺寸效应1)、烛芯效应2)、爆米花效应3)、少量SO2释放、黑色。
1) 尺寸效应—随EG粒度降低,膨胀倍率减小,阻燃效果变差。
2) 烛芯效应—鳞片状GE与树脂共混,燃烧时,有时GE类似蜡烛芯使火焰不易熄灭。
3) 爆米花效应—当阻燃体系中鳞片状GE由于颗粒间缺乏相互联结,而导致GE在火焰扰动下类似“爆米花”一样脱落,导致材料耐火级别下降。
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概述
第一个膨胀阻燃涂料的专利于1938年由Tramm 提出:
% Diammonium Phosphate
Dicyandiamide (双******)
Formaldehyde

This coating swelled and formed a layer of carbon when heated.
Monoammonium phosphate, ammonium sulfate, ammonium chloride or ammonium bro