高聚物的燃燒機(jī)理和性能指標(biāo)對比

高聚物的燃燒機(jī)理和性能指標(biāo)對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結(jié)構(gòu)中主要含碳、氫、氧等元素，這些元素之間以共價鍵相連接，然而這些共價鍵的能量并不高，當(dāng)遇熱或者遇火等外界提供的能量足以使其斷裂時，就會降解放出引燃的小分子、燃燒。高聚物燃燒是個十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程，整個燃燒過程可以分解為加熱、分解、點燃、火焰蔓延等幾個過程。在氧氣存在條件下，當(dāng)高分子材料過熱時，表面首先熔化發(fā)生熱分解放出可燃性氣體。該氣體與空氣中的氧氣發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)產(chǎn)生高活性的自由基HO?和H、這些自由基能立即與其他分子反應(yīng)生成新的自由基。高聚物燃燒與其他可燃物有許多不同之處，主要有以下幾點：（1）高分子材料燃燒時一般都是放熱反應(yīng)，放熱量較高，其燃燒熱值絕大部分高于木材和煤，如木材燃燒熱為14.64KJ/g，某為23.01KJ/g，而PE要達(dá)到45.88?46.61KJ/g。（2）發(fā)煙量大。高聚物燃燒時不僅產(chǎn)生大量的熱，而且需要消耗大量的氧氣，在有限空間燃燒時，常因供氧不足導(dǎo)致不完全燃燒產(chǎn)生大量煙塵和一氧化碳、氯化氫、苯等有害氣體。（3）燃燒時會產(chǎn)生變形、軟化、熔化、熔滴等現(xiàn)象，對高聚物的燃燒狀態(tài)有較大影響，常使火焰蔓延擴(kuò)大，增加火災(zāi)危害和撲救的風(fēng)險。高聚物的阻燃和高聚物的燃燒過程息息相關(guān)，高聚物燃燒主要由可燃物、氧氣、熱源、自由基反應(yīng)四個因素決定。高聚物的阻燃也是主要通過改變或者延緩其中的一個或幾個因素來發(fā)揮作用。主要有吸收熱量、在材料表面形成隔絕熱量和氧氣的交換，放出不燃性氣體稀釋可燃性氣體和氧氣濃度、抑制自由基反應(yīng)的進(jìn)行、交聯(lián)提高穩(wěn)定性等效果。在阻燃材料的時機(jī)阻燃過程中通常都是多種阻燃作用效果并存，相互作用。阻燃過程中主要通過以下幾種方式進(jìn)行：抑制自由基的反應(yīng)從高聚物燃燒的化學(xué)反應(yīng)可以看出，燃燒的主要因素是其中HO?產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)，加入一種可以捕捉H0?游離基的物質(zhì)，杜絕下列反應(yīng)式的發(fā)生，H0?+CO—C02+H?H?+02—H0?+0?從而達(dá)到阻燃的效果。鹵族元素受熱分解時產(chǎn)生的鹵系自由基X?可以與H0?反應(yīng)，消耗H0?。實驗證明，不揮發(fā)磷系阻燃劑在高聚物凝聚相中也有抑制自由基的作用。凝聚相作用：在材料表面形成隔絕層加入一種能改變有機(jī)聚合物熱分解進(jìn)程的物質(zhì)，高聚物在受熱過程中，可以迅速在高聚物表面形成覆蓋物質(zhì)或者膨脹的泡沫層，阻隔高聚物內(nèi)部降解出的可燃性氣體到達(dá)燃燒區(qū)域，同時阻隔氧氣和熱量對高聚物內(nèi)部的傳遞，從而達(dá)到阻燃的效果，如膨脹阻燃劑、硅酸鹽系列阻燃劑、硼系阻燃劑等。氣相作用：放出不燃性氣體降低表面溫度稀釋可燃性氣體和氧氣濃度添加的助劑受熱分解產(chǎn)生C02、NH3、水蒸氣及HCI等不燃性氣體，降低高聚物表面溫度，吸收熱量，稀釋高聚物表面的氧氣和可燃性氣體濃度，部分放出的氣體可以起到中斷燃燒自由基鏈反應(yīng)的作用，從而達(dá)到使燃燒終止的阻燃作用。如氫氧化鋁、氫氧化鎂受熱分解放出結(jié)晶水，吸收熱量從而起到阻燃作用。促進(jìn)線性高聚物交聯(lián)或者增加交聯(lián)密度提高其熱穩(wěn)定性用化學(xué)交聯(lián)或輻照交聯(lián)，使線性聚合物大分子變成具有三度空間網(wǎng)狀、體型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，提高其熱穩(wěn)定性和成炭性，即在聚合物熱降解時生成炭，可減少揮發(fā)物的產(chǎn)生。在聚合物大分子鏈上引入鹵素、磷、氮等阻燃元素在高聚物制備過程中引入阻燃元素，使高聚物本身的阻燃性得到提高，如聚乙烯經(jīng)氯化后成為氯化聚乙烯（CPE）,氧指數(shù)提高到21.1,用氯和二氧化硫與聚乙烯作用制備的氯磺化聚乙烯，氧指數(shù)可以到25.1，均提高了其阻燃性。含鹵族元素更多的還有聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚酰亞胺、聚四氟乙烯等，均具有較高的阻燃性能。高聚物氧指數(shù)材料LOI(%)材料LOI(%)天然橡膠（NR）19-21丁腈橡膠（NBR）20-22乙丙橡膠19-21硅橡膠22-24氯丁橡膠38-41氯磺化聚乙烯橡膠26-30氟橡膠>65聚乙烯17.4聚丙烯17.4聚氯乙烯40.3聚苯乙烯17.8聚己內(nèi)酰胺26.4聚苯硫醚40.0聚苯醚30.0更多阻燃信息吳生1-8-2-0-1-8-8-9-2-2-0高分子聚合物的閃火溫度和著火溫度高聚合物名稱閃火溫度（°C）著火溫度（°C）聚乙烯341349聚丙烯570聚氯乙烯（樹脂）391454

聚四氟乙烯530聚苯乙烯345-360488-496尼龍421424硅樹脂490-527550-564硬聚氨酯310416木材260-300400-450更多阻燃信息吳生1-8-2-0-1-8-8-9-2-2-0塑料的分解溫度塑料名稱分解溫度（°C）塑料名稱分解溫度（°C）聚乙烯335-450聚苯乙烯300-400聚丙烯328-410尼龍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更多阻燃信息吳生1-8-2-0-1-8-8-9-2-2-0塑料的燃燒熱塑料名稱燃燒熱（KJ/g）塑料名稱燃燒熱（KJ/g）低壓聚乙烯（HDPE）45.90尼龍30.85高壓聚