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化工助剂知识

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橡胶的阻燃与阻燃剂

发布者:苏州东拓化工有限公司 发布时间:2019-08-09

 一、橡胶的燃烧和阻燃燃烧是客观世界的自然现象,如雷击可引发森林火灾。燃烧也是人类生活或生产中所需的人为现象。要使燃烧发生和进行下去,需有三项条件,缺一不可。一定的温度任何物质只有在周围环境温度达到燃烧点之后才能起燃。不同特质的燃烧点高低不一,实现燃烧的难易程度也不一,故有难燃和易燃之分。氧气它是助燃剂,是确保燃烧进行下去不可缺少的因素。可燃烧物质是燃烧得以进行的本体,一般为碳氢化合物,生物材料(如草、木)及合成聚合物材料(如橡胶、塑料及纤维等)。

1.1橡胶的燃烧橡胶燃烧为其它材料的燃烧具有共同点,但也有特殊之处。橡胶作为高分子材料,其燃烧过程较为复杂,其燃烧温度也高于一般物质。即使引火点燃,温度也应达到3160以上。橡胶着火后,其燃烧过程通常可分三个阶段。

(1)热分解达到燃烧点(不同胶种有不同的燃烧点),如NR为6200C~6700C)后首先开始变软熔化,分解为低分子物。在此阶段无明火可见,可视为燃烧的前奏。

(2)燃烧热分解产物与大气中的氧剧烈反应出现火焰,这标志着燃烧正式开始。伴随着光和热的释放,产生新的低分子可燃物(如CO)不可燃物(如CO2)以及烟雾。

(3)继续燃烧此阶段可延续到所有可燃物燃尽为止。大部分胶种都要经历这三个阶段,但含卤橡胶有可能只进行到第二阶段,因为燃烧中生成的卤化物氢起抑止作用。

1.2橡胶燃烧的等级通常系通过燃烧的难易程度来区分,具体可根据氧指数划分(见表1所示)表1橡胶的氧指数阻燃等级阻燃等级氧指数范围举例不阻燃<20可燃胶种(如天然橡胶),不添加阻燃剂一般阻燃>20<30可燃胶种,添加阻燃剂高阻燃(难燃)≥30含卤橡胶,添加阻燃剂的含卤橡胶常用胶种如以氧指数(OI)来衡量,则燃烧(难易程度由易到难)的排列顺序见表2所示。表2常用胶种的氧指数EPDMBR、IRNRSBR、NBRCSM、CHRCR1718~192021~2227~3038~41注:BR-顺丁橡胶CHR氯醚橡胶CSM-氯磺化聚乙烯IR-异戊=烯橡胶NR=天然橡胶SBR-丁苯橡胶NBR-丁腈橡胶EPDM-三元乙丙橡胶由表2可见含卤橡胶的氧指数高于不含卤橡胶;不含卤橡胶中含侧基的氧指数高于不含卤橡胶的。橡胶燃烧的基础是以烃类为主的结构(各种橡胶都属于可燃烧材料),仅燃烧的难易程度不同而已。不含卤橡胶具有耐燃特性的唯一例外是硅橡胶,其主链结构有硅、氧原子组成,在阻燃方面有一定价值,但其物理性能较差故应用面较窄。自身难燃并非橡胶获得阻燃效果的唯一途径,不阻燃橡胶中若添加阻燃剂后也可供一般阻燃之用。当然,难燃橡胶中添加阻剂则可进一步提升阻燃等级,犹如锦上添花。

1.3阻燃胶种的选择含卤橡胶一般是首选对象,其阻燃性无可非议,但燃烧是所产生的卤化氢气体,具有腐蚀性和毒性,其制品只适合于在开放性空间应用;而对空间有限的场所(如交通工具或地下设施)就欠安全。生胶的含卤量越高,则氧指数也越高,但不安全性上升。不含卤橡胶虽自身不阻燃,但添加一定量的阻燃剂后,仍能达到阻燃要求。某些树脂因其结构中含卤,当它与橡胶共混后也可能提高橡胶的阻燃性(如PVC)。

1.4橡胶的单用与并用在阻燃橡胶中主体材料的单用和并用十分常见。

1.4.1单用焦点卤橡胶都有单用的实例,尤以CR为常见。不含卤橡胶单用,其本身不阻燃,但添加阻燃剂后可以弥补。近年来,在某些场合禁止使用含卤橡胶,如美国禁止在单用设施、飞机、舰艇上使用以含卤橡胶为主体材料的阻燃中生成的卤化物氢起抑制作用添加大量无卤阻燃剂。

  二、阻燃剂阻燃剂是橡胶专用助剂的一个种类,适用于所有要求阻燃的橡胶制品。某些阻燃剂除了能阻燃外,还兼具增塑和填充的作用。

2.1阻燃剂的作用机理阻燃剂可起到以下一种或多种作用。降温吸热燃烧时的热分解和氧化反应都会导致大量生热,热量又为继续燃烧提供了条件,而阻燃剂的作用则与之相反。如有些阻燃剂作用时生成水,而水在受热后的汽化过程中会吸收周围的热量,如氢氧化铝是其典型的代表物。两个分子的氢氧化铝能释出3个分子的水,其质量相当于氢氧化铝的36.4%。隔断氧源有些阻燃剂在燃烧中会分解出不可燃气体N2、CO2等,这些气体把燃烧物包围起来,阻断了氧源,抑制火势蔓延。又如磷酸脂类阻燃剂遇火生成磷酸或偏磷酸,在橡胶表面蒙上一层硬质透明的保护层。三氧化二锑与含卤阻燃剂分解出的HCI或HB生成SbCI3或SbBr3,因此重大而沉积于橡胶表面,形成阻燃屏障。抑制橡胶可燃性有些阻燃剂的分解物,会使橡胶丧失可燃性,例如氧化石蜡释出的卤素游离基等。

来源:苏州东拓化工有限公司

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