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一、阻燃機(jī)理簡(jiǎn)介

高分子材料由于受熱分解放出可燃產(chǎn)物而產(chǎn)生或延續(xù)燃燒,當(dāng)來(lái)自點(diǎn)火源的熱接觸揮發(fā)性的可燃產(chǎn)物,而這些可燃產(chǎn)物濃度在著火極限內(nèi),且溫度高于著火點(diǎn)時(shí),燃燒必將進(jìn)行。然后只要供給高分子聚合物的熱量足以維持火焰所需要的聚合物的降解速率,燃燒就將繼續(xù)下去,否則火焰就將熄滅。回復(fù)“阻燃”，查看更多相關(guān)內(nèi)容

從燃燒過(guò)程可知,要達(dá)到阻燃目的,就必須切斷由可燃物、熱和氧氣三要素構(gòu)成的燃燒循環(huán)。阻燃高分子材料燃燒可以從氣相,也可以從凝聚相得以實(shí)現(xiàn)。

1）氣相中,燃燒反應(yīng)是由反應(yīng)活性非常大的H 及OH 自由基支持的連鎖反應(yīng)。不難設(shè)想,如果能夠抑制這些自由基的產(chǎn)生,就能夠賦予高分子材料以阻燃的效果。

2）凝聚相中,阻燃劑可在高分子材料表面形成炭層,這一過(guò)程可通過(guò)高聚物脫水或脫氯化氫生成雙鍵,然后環(huán)化和交聯(lián)來(lái)完成。這一炭化層可保護(hù)基質(zhì)免受熱和氧的侵襲。回復(fù)“阻燃”，查看更多

二、具體礦物實(shí)例

1.水鎂石的阻燃機(jī)理

水鎂石主要成分為Mg(OH)₂ ,一定溫度下分解為MgO和H₂O(水鎂石340℃開(kāi)始分解,490℃分解結(jié)束) ,同時(shí)放出大量熱。眾所周知,高分子物質(zhì)必須降解為低分子才能成為可燃物質(zhì),而Mg(OH)₂的分解恰恰降低了降解區(qū)的溫度,使降解速度放慢,減少可燃物質(zhì)的產(chǎn)生,稀釋出的水氣沖淡表面氧氣濃度,使表面燃燒較難進(jìn)行。同時(shí),Mg(OH)₂有利于形成表面炭化層,阻止熱量和氧氣的進(jìn)入。由于燃燒三要素(可燃、氧氣和一定的溫度) 同時(shí)得到了緩解,所以Mg(OH)₂起到了阻燃作用。

2.水滑石的阻燃機(jī)理

典型的水滑石類(lèi)化合物分子式為Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O,非常類(lèi)似于水鎂石Mg(OH)2的結(jié)構(gòu),由MgO6八面體共用棱形成單元層,位于層板上的Mg²⁺可在一定范圍內(nèi)被半徑相似的Al³⁺ 同晶取代,使Mg²⁺ 、Al³⁺ 、OH^- 層帶正電荷,層間可交換陰離子如CO₃^2- 與層板正電荷平衡,使整體結(jié)構(gòu)呈電中性。在氫氧化物層中同時(shí)存在一些水分子,水分子可在不破壞層狀結(jié)構(gòu)的條件下去除,而LDH 層間受熱脫出的H2O 及羥基分解產(chǎn)生的H₂O 均能稀釋空氣中的氧和聚合物分解生成的可燃性氣態(tài)產(chǎn)物,MgAl^- CO₃^- LDH 結(jié)構(gòu)中的CO₃^2-受熱分解放出的CO₂有利于阻隔氧氣而起到阻燃效果。此外,LDH 層板上含有堿性位對(duì)酸性氣體有吸附作用,因此LDH 的特殊結(jié)構(gòu)能夠表現(xiàn)出阻燃抑煙性能。

3.蒙脫土的阻燃機(jī)理

蒙脫土在高分子材料中的阻燃機(jī)理與聚合物粘土納米復(fù)合材料的通用阻燃機(jī)理大體一致。根據(jù)聚合物粘土納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu),可以認(rèn)為,粘土的納米片層對(duì)材料凝聚相的分解燃燒起到了關(guān)鍵性阻隔作用。當(dāng)聚合物受熱分解燃燒時(shí),聚合物中粘土的納米硅酸鹽片層,由于對(duì)熱和氣體的阻隔作用,能及時(shí)阻止燃燒區(qū)的熱量向聚合物內(nèi)部傳導(dǎo),同時(shí)也阻止聚合物分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w向氣相燃燒區(qū)傳輸。通過(guò)阻礙聚合物分解燃燒過(guò)程中的傳熱與傳質(zhì),使得聚合物粘土納米復(fù)合材料具有特殊的阻燃性。

4.膨脹石墨的阻燃機(jī)理

膨脹石墨的阻燃機(jī)理屬于凝固相阻燃機(jī)理,通過(guò)延緩或中斷固態(tài)物質(zhì)產(chǎn)生可燃性物質(zhì)而達(dá)到阻燃。受熱到一定程度,膨脹石墨就會(huì)開(kāi)始膨脹,形成一個(gè)很厚的多孔炭層,該炭層把阻燃主體和熱源隔開(kāi),從而延緩和終止聚合物的分解。膨脹石墨阻燃效率高,本身無(wú)毒,受熱時(shí)不生成有毒和腐蝕性氣體并能大大降低發(fā)煙量,有足夠的熱穩(wěn)定性,其實(shí)用溫度為- 204～1650 ℃。膨脹石墨在基材加工溫度下不分解,不惡化基材的加工性能和最終產(chǎn)品的物理機(jī)械性能及電氣性能,紫外線穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性好,并且來(lái)源充足,制造工藝簡(jiǎn)單。

三、總結(jié)

礦物材料的應(yīng)用不僅會(huì)降低成本,調(diào)整高分子材料的流變性及混煉性能,改變其化學(xué)性質(zhì),而且改善熱性能及電磁功能等。回復(fù)“阻燃”，查看更多

下期預(yù)告：《 阻燃劑概念、分類(lèi)、機(jī)理》，請(qǐng)大家持續(xù)關(guān)注！

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