为了减少和降低聚合物燃烧引起的经济损失和人员伤亡,通常我们需要对塑料产品进行阻燃改性处理。所谓阻燃,实质上就是延缓、抑制燃烧的传播,减少热引燃出现的频率。
阻燃处理方法,一种是在合成树脂时选用含有卤、磷、氮等阻燃元素的原料,从而使树脂本身具有阻燃性能,即本质阻燃,但由于阻燃元素的含有量通常不会太多,因而阻燃效果有限;另一种简单易行的方法则是在树脂中直接加入阻燃剂。
材料的燃烧特性与材料的比热容、热导率、热分解温度、热分解产物、燃烧热等都有很大的关系。下面我来跟大家分享下塑料改性如何选择阻燃剂以及添加量的问题。
首先,针对改性塑料阻燃,基本以添加型阻燃剂为主,主要因为其具有配方灵活,产品种类多样的特点。因此,选择合适的阻燃剂也就成了比较重要的问题。
通常,可以用四步法来完成。
第一步:确认是何种材料:PP / PA6 / PA66 / PC / ABS等。
第二步:阻燃等级的确认:5VA,5VB,V0,V1,V2,HB,是否可以滴落、氧指数的要求。
第三步:是否有无卤的要求。(卤素含量<500ppm,还是=0?)
第四步:除阻燃性能外,其他性能的要求,如力学性能 、电气特殊性能等。
下表是比较常见改性材料常用阻燃剂。当然,除了表格中列出的,许多新的磷氮系阻燃剂都已经被开发出来或正在开发中。虽然很多新产品有着各种各样的问题,但是随着研究人员的研究不断深入,我们相信这些新产品会很快应用于工业生产中。
了解常用的阻燃改性添加剂之后,我们再来聊聊配方设计中阻燃剂的添加量,一般可以依据已有的实验数据来确定。通常认为,氧指数在22-27之间属于自熄性材料,能在火焰中燃烧,但离火自熄。
氧指数
氧指数指的是刚好维持某塑料材料燃烧所需氧/氮混合气体中最低氧含量的百分数,所以氧指数也被称为极限氧指数。氧指数越小,说明这种塑料材料更易燃,反之则不易燃烧。空气中的氧含量维持在21%左右,所以通常认为大于22%的才具有阻燃性。
下表是各塑料达到自熄时阻燃元素的含量。
根据表格中阻燃元素的含量与离火自熄的关系,我们可以推算阻燃剂的用量。式中,x为上表中阻燃元素的含量值;n为阻燃元素的个数。
举个例子来说:不饱和聚酯玻璃钢阻燃配方如何设计?
不饱和聚酯的氧指数为20.6,为易燃材料,选用六溴苯和三氧化二锑为阻燃剂。六溴苯的分子量为551.49,溴的相对原子质量为 79.9,根据上表数据,x为8,n为6,根据上面公式:
即100份材料中所需的六溴苯阻燃剂为9.2份,同理,三氧化二锑需要的量也可以轻松地计算出为2份。怎么样,这样一看,阻燃改性配方设计是不是没有那么难了。
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