高聚物的燃烧机理和性能指标对比

高聚物的燃烧机理和性能指标对比大部分普通高分子材料是易燃的，其原因是由于高分子材料的结构中主要含碳、氢、氧等元素，这些元素之间以共价键相连接，然而这些共价键的能量并不高，当遇热或者遇火等外界提供的能量足以使其断裂时，就会降解放出引燃的小分子、燃烧。高聚物燃烧是个十分复杂的物理化学过程，整个燃烧过程可以分解为加热、分解、点燃、火焰蔓延等几个过程。在氧气存在条件下，当高分子材料过热时，表面首先熔化发生热分解放出可燃性气体。该气体与空气中的氧气发生强烈反应产生高活性的自由基HO•和H、这些自由基能立即与其他分子反应生成新的自由基。高聚物燃烧与其他可燃物有许多不同之处，主要有以下几点：（1）高分子材料燃烧时一般都是放热反应，放热量较高，其燃烧热值绝大部分高于木材和煤，如木材燃烧热为14.64KJ/g，某为23.01KJ/g，而PE要达到45.88〜46.61KJ/g。（2）发烟量大。高聚物燃烧时不仅产生大量的热，而且需要消耗大量的氧气，在有限空间燃烧时，常因供氧不足导致不完全燃烧产生大量烟尘和一氧化碳、氯化氢、苯等有害气体。（3）燃烧时会产生变形、软化、熔化、熔滴等现象，对高聚物的燃烧状态有较大影响，常使火焰蔓延扩大，增加火灾危害和扑救的风险。高聚物的阻燃和高聚物的燃烧过程息息相关，高聚物燃烧主要由可燃物、氧气、热源、自由基反应四个因素决定。高聚物的阻燃也是主要通过改变或者延缓其中的一个或几个因素来发挥作用。主要有吸收热量、在材料表面形成隔绝热量和氧气的交换，放出不燃性气体稀释可燃性气体和氧气浓度、抑制自由基反应的进行、交联提高稳定性等效果。在阻燃材料的时机阻燃过程中通常都是多种阻燃作用效果并存，相互作用。阻燃过程中主要通过以下几种方式进行：抑制自由基的反应从高聚物燃烧的化学反应可以看出，燃烧的主要因素是其中HO・产生的连锁反应，加入一种可以捕捉H0・游离基的物质，杜绝下列反应式的发生，H0・+CO—C02+H・H・+02—H0・+0・从而达到阻燃的效果。卤族元素受热分解时产生的卤系自由基X•可以与H0・反应，消耗H0・。实验证明，不挥发磷系阻燃剂在高聚物凝聚相中也有抑制自由基的作用。凝聚相作用：在材料表面形成隔绝层加入一种能改变有机聚合物热分解进程的物质，高聚物在受热过程中，可以迅速在高聚物表面形成覆盖物质或者膨胀的泡沫层，阻隔高聚物内部降解出的可燃性气体到达燃烧区域，同时阻隔氧气和热量对高聚物内部的传递，从而达到阻燃的效果，如膨胀阻燃剂、硅酸盐系列阻燃剂、硼系阻燃剂等。气相作用：放出不燃性气体降低表面温度稀释可燃性气体和氧气浓度添加的助剂受热分解产生C02、NH3、水蒸气及HCI等不燃性气体，降低高聚物表面温度，吸收热量，稀释高聚物表面的氧气和可燃性气体浓度，部分放出的气体可以起到中断燃烧自由基链反应的作用，从而达到使燃烧终止的阻燃作用。如氢氧化铝、氢氧化镁受热分解放出结晶水，吸收热量从而起到阻燃作用。促进线性高聚物交联或者增加交联密度提高其热稳定性用化学交联或辐照交联，使线性聚合物大分子变成具有三度空间网状、体型结构的物质，提高其热稳定性和成炭性，即在聚合物热降解时生成炭，可减少挥发物的产生。在聚合物大分子链上引入卤素、磷、氮等阻燃元素在高聚物制备过程中引入阻燃元素，使高聚物本身的阻燃性得到提高，如聚乙烯经氯化后成为氯化聚乙烯（CPE）,氧指数提高到21.1,用氯和二氧化硫与聚乙烯作用制备的氯磺化聚乙烯，氧指数可以到25.1，均提高了其阻燃性。含卤族元素更多的还有聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等，均具有较高的阻燃性能。高聚物氧指数材料LOI(%)材料LOI(%)天然橡胶（NR）19-21丁腈橡胶（NBR）20-22乙丙橡胶19-21硅橡胶22-24氯丁橡胶38-41氯磺化聚乙烯橡胶26-30氟橡胶>65聚乙烯17.4聚丙烯17.4聚氯乙烯40.3聚苯乙烯17.8聚己内酰胺26.4聚苯硫醚40.0聚苯醚30.0更多阻燃信息吴生1-8-2-0-1-8-8-9-2-2-0高分子聚合物的闪火温度和着火温度高聚合物名称闪火温度（°C）着火温度（°C）聚乙烯341349聚丙烯570聚氯乙烯（树脂）391454

聚四氟乙烯530聚苯乙烯345-360488-496尼龙421424硅树脂490-527550-564硬聚氨酯310416木材260-300400-450更多阻燃信息吴生1-8-2-0-1-8-8-9-2-2-0塑料的分解温度塑料名称分解温度（°C）塑料名称分解温度（°C）聚乙烯335-450聚苯乙烯300-400聚丙烯328-410尼龙6310-380聚氯乙烯200-300聚丙烯腈250-280聚氟乙烯372-480聚氯化三氟乙烯347-418聚四氟乙烯508-538更多阻燃信息吴生1-8-2-0-1-8-8-9-2-2-0塑料的燃烧热塑料名称燃烧热（KJ/g）塑料名称燃烧热（KJ/g）低压聚乙烯（HDPE）45.90尼龙30.85高压聚