《阻燃材料與技術(shù)》-顏龍 習(xí)題解答

第一章 復(fù)習(xí)題1.火災(zāi)的定義是什么？答：火災(zāi)是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。2.火災(zāi)的危害體現(xiàn)在哪幾個方面？答：火災(zāi)對人類文明造成了重大破壞，火災(zāi)的危害主要體現(xiàn)在危害生命健康安全、造成經(jīng)濟損失、破壞文明成果、影響社會穩(wěn)定和破壞生態(tài)環(huán)境五個方面。3.按照可燃物的類型和燃燒特性，可以將火災(zāi)可以分為哪幾類？并舉例說明。答：按照可燃物的類型和燃燒特性分類，可以將火災(zāi)分為A、B、C、D、E、F六類：（1）A類火災(zāi)：固體物質(zhì)火災(zāi)，如木材及木制品、棉、毛、麻、紙張、糧食等物質(zhì)火災(zāi)；（2）B類火災(zāi)：液體或可熔化的固體物質(zhì)火災(zāi)，如汽油、煤油、原油、甲醇、乙醇、瀝青、石蠟等物質(zhì)火災(zāi)；（3）C類火災(zāi)：氣體火災(zāi)，如煤氣、天然氣、甲烷、乙烷、氫氣、乙炔等氣體燃燒或爆炸發(fā)生的火災(zāi)；（4）D類火災(zāi)：金屬火災(zāi)，如鉀、鈉、鎂、鈦、鋰、鋁鎂合金等金屬火災(zāi)；（5）E類火災(zāi)：帶電火災(zāi)，如變壓器、家用電器、電熱設(shè)備等電氣設(shè)備以及電線電纜等帶電燃燒的火災(zāi)；（6）F類火災(zāi)：烹飪器具內(nèi)的烹飪物（如動植物油脂）火災(zāi)烹飪器具內(nèi)的動植物油脂火災(zāi)。4.按照損失嚴重程度，可以將火災(zāi)分類哪些等級？答：根據(jù)事故造成的人員傷亡或直接經(jīng)濟損失，可以將火災(zāi)相應(yīng)地分為特別重大火災(zāi)、重大火災(zāi)、較大火災(zāi)和一般火災(zāi)四個等級。5.火災(zāi)發(fā)生的常見原因有哪幾類？答：火災(zāi)發(fā)生的原因主要有電氣故障、生產(chǎn)作業(yè)不慎、生活用火不慎、吸煙、玩火、自燃、靜電、雷擊和放火等。6.論述火災(zāi)發(fā)生的必要條件。答：火是燃燒反應(yīng)的一種形式，是指可燃物跟助燃物發(fā)生的一種劇烈的發(fā)光、發(fā)熱的氧化還原反應(yīng)，其發(fā)生與發(fā)展必須具備三個必要條件，即可燃物、助燃物和點火源。（1）可燃物：凡是能與空氣中的氧或其他氧化劑起燃燒反應(yīng)的物質(zhì)，稱為可燃物。可燃物按物理狀態(tài)可以分為氣體可燃物、液體可燃物和固體可燃物。一般來說，可燃燒物質(zhì)大多是含碳和氫的化合物，某些金屬在一定條件下也可以燃燒，如鎂、鋁、鈣等。（2）助燃物：凡是與可燃物結(jié)合能導(dǎo)致或能夠支持燃燒的物質(zhì)，稱為助燃物。燃燒過程中主要助燃物是空氣中的氧氣，另外高錳酸鉀、氯氣、過氧化鈉、氯酸鉀等物質(zhì)可作為燃燒反應(yīng)的助燃物。（3）點火源：凡是能引起可燃物燃燒的點燃能源，稱為點火源。在一定條件下，各種不同可燃物只有達到一定能量才能引起燃燒。常見的點火源包括明火、電弧和電火花、雷擊、高溫和自燃引火源等。7.論述建筑火災(zāi)的發(fā)展階段。答：建筑室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展過程大致可分為初期增長階段、成長發(fā)展階段、猛烈燃燒階段和衰減熄滅階段。（1）初期增長階段：建筑發(fā)生火災(zāi)后，最初只是起火部位及其周圍可燃物小范圍著火燃燒，此階段燃燒面積較小，局部溫度較高，室內(nèi)各點溫度分布不均勻，室內(nèi)平均溫度低，火災(zāi)發(fā)展速度較慢，供氧相對充足，火勢不夠穩(wěn)定，燃燒狀況與敞開環(huán)境中的燃燒狀況類似。受可燃物性能、分布和環(huán)境通風(fēng)、散熱等條件的影響，燃燒的發(fā)展大多比較緩慢，可能會出現(xiàn)下列三種情況：1）最初著火的可燃物燃盡而火災(zāi)終止；2）通風(fēng)受限，火災(zāi)自行熄滅或以緩慢的燃燒速度繼續(xù)燃燒；3）存在足夠的可燃物且具有良好的通風(fēng)條件，火災(zāi)迅速成長發(fā)展。（2）成長發(fā)展階段：在建筑室內(nèi)火災(zāi)持續(xù)燃燒一定時間后，燃燒范圍不斷擴大，溫度升高，燃燒熱對流和熱輻射顯著增強，室內(nèi)可燃物在高溫作用下，不斷受熱分解出可燃氣體。當房間內(nèi)溫度達到400~600℃時，室內(nèi)絕大部分可燃物起火燃燒，這種在限定空間內(nèi)可燃物的表面全部卷入燃燒的瞬變狀態(tài)，即為轟燃。轟燃是一般室內(nèi)火災(zāi)最顯著的特征和非常重要的現(xiàn)象，是火災(zāi)發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折點，即火災(zāi)發(fā)展達到了不可控制的程度。但需要注意的是，不是每場火災(zāi)都會出現(xiàn)轟燃，大空間建筑、比較潮濕的場所就難以發(fā)生轟燃。（3）猛烈燃燒階段：轟燃發(fā)生后，室內(nèi)可燃物出現(xiàn)全面燃燒，并進入猛烈燃燒階段。在此階段中，可燃物熱釋放速率升高，并出現(xiàn)持續(xù)高溫，溫度可達800~1000℃，火焰和高溫?zé)煔庠诨痫L(fēng)壓的作用下會從房間的門窗、孔洞等處大量涌出，沿走廊、吊頂迅速向水平方向蔓延擴散。同時，由于煙囪效應(yīng)的作用，火勢會通過豎向管井、共享空間等向上蔓延。在火災(zāi)作用下，室內(nèi)設(shè)備機械強度降低，構(gòu)件開始變形坍塌。此時，火災(zāi)救援工作開展較為困難，往往需要組織大批的滅火救援力量，甚至付出較大代價，才能控制火勢、撲滅火災(zāi)。（4）衰減熄滅階段：在猛烈燃燒階段的后期，隨著室內(nèi)可燃物數(shù)量的減少，火災(zāi)燃燒速度減慢，燃燒強度和溫度逐漸降低。一般而言，室內(nèi)平均溫度降到溫度最高值的80%時，可以認為火災(zāi)進入衰減熄滅階段。但需要注意的是，在該階段前期，燃燒仍十分猛烈，火場的高溫余熱仍能維持一段時間。當可燃物全部燒光之后，火場室內(nèi)外溫度趨于一致，火勢即趨于熄滅。8.建筑材料燃燒性能等級判據(jù)包括材料的哪些性能？各個性能測試包括哪些參數(shù)？答：建筑材料燃燒性能等級判據(jù)可分為材料的點燃性能、火焰?zhèn)鞑バ阅?、熱釋放性能、生煙性能和耐燃性能。?）點燃性能測試包括焰尖高度、氧指數(shù)和有無引燃或陰燃現(xiàn)象等。（2）火焰?zhèn)鞑ヌ匦詼y試包括燃燒增長速率指數(shù)、損毀長度、續(xù)燃時間、陰燃時間、垂直燃燒性能、平均燃燒時間和平均燃燒高度等參數(shù)。（3）熱釋放性能測試包括總熱值、臨界熱輻射通量、600s內(nèi)總放熱量、單位面積熱釋放速率峰值、熱釋放速率峰值、5min內(nèi)總熱釋放量和10min內(nèi)總熱釋放量等參數(shù)。（4）生煙性能測試包括煙密度等級和最大煙密度等參數(shù)。（5）耐火性能測試包括爐內(nèi)溫升、質(zhì)量損失率和持續(xù)燃燒時間等參數(shù)。9.近代阻燃技術(shù)發(fā)展重要階段有哪些？答：近代阻燃技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了耐久型阻燃織物、氯化石蠟/氧化銻協(xié)效阻燃體系、反應(yīng)型阻燃劑、添加型阻燃劑、膨脹型阻燃體系、無鹵阻燃劑、本質(zhì)阻燃聚合物等重要階段。（1）耐久型阻燃織物：20世紀30年代，美國研發(fā)了以氧化銻和氧化鈦處理織物的耐久阻燃工藝。此外，人們還利用纖維素內(nèi)的活性羥基，通過化學(xué)方式提高了纖維制品的阻燃耐久性。耐久型阻燃織物的研究開創(chuàng)了反應(yīng)型阻燃劑的歷史，為后期改性高分子化合物結(jié)構(gòu)以賦予永久阻燃性提供了有益啟示。（2）氯化石蠟/氧化銻協(xié)效阻燃體系：第二次世界大戰(zhàn)期間，軍隊對阻燃、防水帆布帳篷的需求，促進了含氯化石蠟/氧化銻阻燃體系的發(fā)展。這類阻燃體系首次確定了鹵-銻協(xié)效效應(yīng)，采用有機鹵化物替代無機鹽用以阻燃處理聚合物。鹵-銻協(xié)效效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)被譽為阻燃化學(xué)的一個里程碑，對現(xiàn)代阻燃技術(shù)的發(fā)展有深遠的影響，至今仍是阻燃領(lǐng)域內(nèi)活躍的研究熱點。（3）反應(yīng)型阻燃劑：由于氯化石蠟不適用于不飽和聚酯層壓板的阻燃處理，學(xué)者開始研發(fā)反應(yīng)型阻燃劑，這種阻燃劑能在合成聚酯或制造聚酯最后產(chǎn)品的某一段化學(xué)地結(jié)合進入不飽和聚酯中，從而賦予材料永久阻燃性。（4）添加型阻燃劑：對聚乙烯、聚丙烯和尼龍等熱塑性塑料的阻燃要求進一步促進了阻燃劑的發(fā)展。1965年，人們開始研發(fā)惰性添加型阻燃劑，這拓展了聚合物阻燃劑的范圍。從20世紀60年代至今，有機添加型阻燃劑一直是阻燃領(lǐng)域內(nèi)的主力軍，占有機阻燃劑總消耗量的85%以上（反應(yīng)型僅15%左右）。此外，氫氧化物被廣泛作為添加型阻燃劑用于聚合物阻燃領(lǐng)域，但氫氧化物只有在添加量較高時才能有效提高阻燃效能，氫氧化鋁因價廉、疏水、低毒、增強性能優(yōu)異等特點，是應(yīng)用最為廣泛的氫氧化物。（5）膨脹型阻燃體系：人們基于炭的高阻燃性研發(fā)了一種新的阻燃體系——膨脹型阻燃劑。膨脹型阻燃劑能催化聚合物骨架或其自身的含碳組分裂解為膨脹炭層，阻止了聚合物燃燒過程中的傳熱傳質(zhì)，從而賦予聚合物更高的阻燃性能，并減少燃燒過程中的煙氣釋放，其中酸源、碳源和氣源是發(fā)揮膨脹阻燃作用的三個主要成分。（6）無鹵阻燃劑：部分鹵系阻燃材料在燃燒受熱分解時會產(chǎn)生二噁英、多溴代二苯并呋喃（PBDF）及多溴代二苯并二噁英（PBDD）等劇毒、致癌物質(zhì)，嚴重危害了人民的生命健康，限制了鹵系阻燃劑的使用?；趯Νh(huán)境保護的要求，阻燃材料的無鹵化在全球呼聲日益高漲。（7）本質(zhì)阻燃聚合物：部分聚合物由于其特有的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使它們即使不進行阻燃或增強處理，仍具有良好的阻燃性，如酚醛樹脂和呋喃樹脂等芳香組分含量高的聚合物都是難燃材料，將這種本身就具有阻燃性能的聚合物稱為本質(zhì)阻燃性聚合物。然而，這類本質(zhì)阻燃性聚合物，由于成本較高、合成工藝復(fù)雜困難等原因，應(yīng)用受到了極大的限制。10.論述近年阻燃技術(shù)發(fā)展趨勢。答：作為新興行業(yè)之一，阻燃技術(shù)在未來無疑有著極為廣闊的應(yīng)用市場，隨著對該方面的研究不斷深入、環(huán)保理念等的逐漸完善和提升，阻燃技術(shù)產(chǎn)品架構(gòu)也已實現(xiàn)了巨大的調(diào)整和提升。此外，多應(yīng)用、環(huán)保的新型阻燃技術(shù)的探究與研發(fā)也是未來的發(fā)展主流。（1）多用途阻燃技術(shù)將會受到更多的青睞與支持，并逐漸成為未來研究的核心。隨著科學(xué)技術(shù)進步與發(fā)展，可通過對已有的阻燃劑進行復(fù)配或改性處理，實現(xiàn)增強阻燃和抑煙的目的，另外還可賦予阻燃劑其他方面的特殊用途和功能。比如，通過對抗靜電阻燃劑進行復(fù)配，實現(xiàn)抗輻射、耐熱等目的；多用途纖維制品不僅保留了纖維原有的特性，還在低毒性、抑煙和抗熔融滴落等方面具有更好的表現(xiàn)，提升了纖維耐燃和隔熱性能，拓展了其應(yīng)用范圍。（2）生態(tài)環(huán)保型阻燃技術(shù)將成為阻燃領(lǐng)域重要研究內(nèi)容之一。隨著近年來生產(chǎn)、生活等日趨復(fù)雜，對阻燃技術(shù)的使用需要在不斷增加，產(chǎn)品技術(shù)更迭與研發(fā)、防火訴求等也在不斷提升。隨著人們環(huán)保理念的提高，高性價比、安全、綠色、可持續(xù)的阻燃劑將更受消費者青睞與支持。社會大眾逐漸開始強調(diào)低煙、無毒、無污染等的阻燃技術(shù)的運用，阻燃技術(shù)向著更為環(huán)保以及節(jié)能等方向發(fā)展。一些歐美國家逐漸開始更多地考量技術(shù)的環(huán)保特性，并限制了部分環(huán)境污染較高的阻燃技術(shù)使用，如美國推廣使用低鹵電纜包覆層技術(shù)，日本嚴令禁止部分燃燒時產(chǎn)生酸性氣體的電線電纜的使用等。（3）為進一步提升市場的競爭優(yōu)勢，各國逐步強調(diào)低煙、無毒、生態(tài)環(huán)保型阻燃劑的使用，復(fù)配型、生態(tài)型阻燃技術(shù)逐漸受到更多市場的支持。隨著技術(shù)研究不斷深入以及市場對于高分子材料阻燃訴求不斷提升，未來會出現(xiàn)更多形式的前沿阻燃技術(shù)。第二章 復(fù)習(xí)題1.材料的熱降解和熱分解的區(qū)別是什么？答：熱降解是指材料受熱后分子結(jié)構(gòu)中少量化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，材料結(jié)構(gòu)和性能僅發(fā)生微小變化的過程。熱降解主要發(fā)生在長鏈聚合物中，如聚氯乙烯受熱降解脫除氯化氫等小分子物質(zhì)；熱分解是指在更高溫度下材料化學(xué)鍵發(fā)生全面斷裂，并伴隨著氣體揮發(fā)、液體和炭渣形成等過程，材料的物理形態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)在熱分解過程中發(fā)生顯著改變。2.簡述熱塑性和熱固性材料的熱解過程的區(qū)別是什么？答：熱塑性聚合物的蒸發(fā)和裂解主要發(fā)生在凝聚相和氣相界面之間。當聚合物溫度超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度后，聚合物出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。此后，隨著聚合物溫度繼續(xù)升高，聚合物結(jié)晶區(qū)發(fā)生熔融，產(chǎn)生相變，并通常伴隨膨脹或收縮等熱行為，這些變化導(dǎo)致材料的密度、體積以及晶區(qū)發(fā)生變化，進而影響聚合物的熱傳導(dǎo)、熱分解、著火和燃燒等過程。熱固性聚合物通過交聯(lián)固化反應(yīng)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻止聚合物鏈之間的相對移動，使得熱固性材料不具有流動狀態(tài)。熱固性聚合物受熱時主要發(fā)生熱解反應(yīng)，可燃熱解氣與空氣混合后燃燒往往會產(chǎn)生大量黑煙。3.描述著火安全特性的重要參數(shù)有哪些？答：引起可燃物燃燒所需要的最小能量稱為最小點火能，這是衡量可燃物著火危險性的一個重要參數(shù)，最小點火能受可燃物的物理狀態(tài)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、可燃氣體濃度以及氣體混合物的初溫和壓力有關(guān)；燃燒熱是指單位質(zhì)量的可燃物充分燃燒后釋放的熱量，是表征材料燃燒特性最重要的參數(shù)，也是評價材料火災(zāi)安全特性的關(guān)鍵指標。固體可燃物的燃燒熱越高，則其火災(zāi)危險性越高；著火時間是描述可燃物火災(zāi)安全特性的重要參數(shù)，對于分析和預(yù)測火災(zāi)發(fā)展具有重要意義。4.設(shè)計符合要求的耐點燃材料的思路是什么？答：若聚合物點燃過程是由固相控制機理主導(dǎo)，則可以設(shè)法改變固體的熱性能參數(shù)，如導(dǎo)熱系數(shù)、密度、比熱容等，或改變固相反應(yīng)的動力學(xué)過程；若聚合物點燃過程是由氣相控制機理主導(dǎo)，則可以設(shè)法延長反應(yīng)誘導(dǎo)時間或縮短駐留時間。影響實際點燃過程的因素很多，往往是多種控制機理共存，設(shè)計耐點燃材料時需要具體分析。通過表征阻燃改性后的固體可燃物在標準熱源和環(huán)境條件下的著火特性，分析不同阻燃劑對可燃物著火和燃燒的影響作用與控制機理，就能有針對性地設(shè)計材料的組成與結(jié)構(gòu)，減少設(shè)計時的盲目性，滿足可燃物的阻燃要求。5.如何判斷材料是熱厚型還是熱薄型？答：基于材料厚度與熱穿透深度的相對大小，可將材料分為熱薄材料和熱厚材料。熱薄材料的厚度遠小于其熱穿透深度，材料溫度梯度較小，遠小于邊界面處的溫差，近似認為不存在固相內(nèi)部熱傳導(dǎo)，其畢渥數(shù)也遠遠小于1。通常厚度小于1mm的物體可以被認定為熱薄材料，包括紙、布、塑料薄膜等。但上述材料若放置在非隔熱基底上，則不能被認定為熱薄材料，因為基底的熱導(dǎo)作用能夠起到類似熱厚材料的效果。相比于熱薄材料，熱厚材料的厚度遠大于其熱穿透深度，因此材料內(nèi)部存在一定的溫度梯度。固相內(nèi)部熱傳導(dǎo)對于材料的熱解和著火行為有著重要的影響，生活中絕大部分具有一定厚度的固體材料都應(yīng)屬于熱厚材料。6.分別描述熱薄型材料和熱厚型材料的火蔓延行為。答：材料厚度影響材料的傳熱和升溫過程，因此也對材料的火蔓延行為產(chǎn)生重要影響。材料根據(jù)其厚度與熱穿透深度相對大小可分為熱厚材料和熱薄材料，這兩類材料具有不同的表面火蔓延行為。（1）熱薄型材料：材料在垂直于材料表面方向上溫度梯度小，近似認為不存在固相熱傳導(dǎo)，不考慮熔融、炭化、形變和不均勻性等問題；火蔓延速度是描述材料火蔓延特性最主要的參數(shù)。若預(yù)熱區(qū)材料受到的熱量全部用于將其溫度從初始表面溫度升至著火溫度，則通過建立能量守恒方程可以獲得熱薄材料火蔓延速度的數(shù)學(xué)表達式：v式中：ρ是材料密度；cp為材料比熱容；d為材料厚度；qf"熱厚型材料：熱厚材料內(nèi)部在垂直于材料表面方向上存在一定的溫度梯度，因此固相內(nèi)部熱傳導(dǎo)對于材料的火蔓延行為有著重要的影響，不考慮熔融、炭化、形變和不均勻性等問題；基于能量守恒方程，熱厚材料火蔓延速度表示為：v7.固體可燃物燃燒形式包括哪些，并分別舉例說明。答：固體可燃物燃燒形式主要包括分解燃燒、蒸發(fā)燃燒、表面燃燒和陰燃等。（1）分解燃燒：在受到火源加熱時，固體可燃物，如木材、合成塑料、煤等高聚物等，升溫?zé)峤猓瑹峤馕龀龅目扇紦]發(fā)分與氧氣混合燃燒而形成火焰，這個過程就是熱解燃燒，它是固體可燃物的主要燃燒方式。（2）蒸發(fā)燃燒：熔點比較低的固體可燃物容易發(fā)生蒸發(fā)燃燒。在燃燒之前先熔融成液體狀態(tài)，而后液體在受熱條件下產(chǎn)生的可燃蒸氣與氧氣混合發(fā)生氣相反應(yīng)，在空間中形成明火。蠟燭燃燒就是一種典型的蒸發(fā)燃燒。（3）表面燃燒：木炭、焦炭、鐵、銅等固體可燃物的燃燒是由氧氣和固體可燃物直接發(fā)生反應(yīng)，且反應(yīng)僅在可燃物表面進行，稱為表面燃燒。表面燃燒是一種無火焰燃燒，也是一種異相燃燒、即可燃物與氧化劑處于固、氣兩種不同狀態(tài)時的燃燒現(xiàn)象。（4）陰燃：陰燃是指在空氣不足的環(huán)境下，固體可燃物發(fā)生只冒煙而無明火的燃燒現(xiàn)象。一些存在空隙的固體可在較低溫度下發(fā)生陰燃。廣義上講，陰燃也是表面燃燒的形式之一，但陰燃產(chǎn)生的可燃揮發(fā)分并沒能達到燃燒條件，所以沒有火焰產(chǎn)生。從本質(zhì)上分析，陰燃是由于受熱條件下可燃熱解氣的產(chǎn)生速度低于燃燒速度造成的。例如，香煙的燃燒就是一種典型的陰燃。8.陰燃是如何引發(fā)的？答：引發(fā)陰燃的常見方式包括自燃、陰燃以及熄滅后的明火。（1）自燃引發(fā)陰燃：在固體堆垛內(nèi)發(fā)生的陰燃多半是由自燃造成，而堆積體自燃的基本特征就是在堆垛內(nèi)部以陰燃反應(yīng)開始燃燒，然后再向外傳播，直到在堆垛表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵?。?）陰燃引發(fā)陰燃：正在進行陰燃的固體可燃物，其釋放的能量可能造成周圍固體可燃物的陰燃。例如香煙的陰燃會引起地毯、被褥、木屑、植被等陰燃，并容易引發(fā)惡性火災(zāi)。（3）熄滅后的明火引發(fā)陰燃：對于發(fā)生明火燃燒的固體堆垛，其外部火焰被水撲滅后，若水流沒有完全進入堆垛內(nèi)部，其內(nèi)部則仍處于熾熱狀態(tài)，可能引發(fā)陰燃。固體可燃物在通風(fēng)受限的環(huán)境下發(fā)生明火燃燒，隨著空氣消耗，火焰逐漸熄滅，固體可燃物會以陰燃形式繼續(xù)燃燒。9.陰燃和有焰燃燒產(chǎn)生的煙顆粒有什么不同？答：煙是可燃物高溫分解或燃燒時產(chǎn)生的固體、液體微粒、氣體以及夾帶和混入的部分空氣共同形成的氣流。煙以可見的凝聚態(tài)燃燒產(chǎn)物為主，并混入部分氣體燃燒產(chǎn)物。陰燃和有焰燃燒都會產(chǎn)生煙顆粒，只是顆粒的本質(zhì)和形成模式有很大差別。陰燃產(chǎn)生的煙主要是由熱分解產(chǎn)生的高分子量產(chǎn)物遇冷空氣時凝聚形成焦油微滴和高沸點液體組成的霧滴。有焰燃燒的煙在本質(zhì)上不同于氣溶膠，它幾乎完全由固體顆粒即煙灰構(gòu)成，這些固體顆粒大部分是氣相中不完全燃燒和低氧濃度下高溫裂解形成的。10.使材料燃燒熄滅的方式及原理有哪些答：在材料燃燒過程中，如果火焰反饋給燃料表面的熱量減弱到不足以在材料表面生成足夠量的可燃性揮發(fā)氣體，則火焰會自行熄滅，稱為自熄。自熄現(xiàn)象可以是燃料燃盡的結(jié)果，也可以是環(huán)境氧不足造成的。此外，添加阻燃劑可在燃燒過程中通過氣相或固相阻燃作用造成火焰熄滅，使燃燒終止。氣相阻燃作用是通過釋放活性氣體進行氣相化學(xué)反應(yīng)，使燃燒反應(yīng)鏈終止；或是釋放惰性或不燃氣體，通過稀釋可燃氣體濃度而使燃燒反應(yīng)減弱，以至減弱熱反饋而使火焰熄滅；或沉積在材料燃燒表面，隔絕燃料和氧的反應(yīng)，也能使火焰熄滅。固相阻燃作用則多為促使材料成炭，減少可燃性揮發(fā)成分，即減少燃料的輸送，達到使火焰熄滅的目的。炭層也能起到隔熱作用，減少反饋熱向深層燃料的傳遞，降低可燃物熱解速率，減少可燃性揮發(fā)物的生成，使火焰熄滅。燃燒熄滅需要降低反應(yīng)區(qū)域溫度至熄滅溫度，可以通過降低反應(yīng)區(qū)域的產(chǎn)熱速率，或升高反應(yīng)區(qū)域的散熱速率實現(xiàn)。以水為例，水作為常見的滅火劑，遇熱汽化可以吸收大量熱量并形成水蒸汽，能有效降低燃料表面溫度和燃燒區(qū)域可燃物濃度，使火熄滅。鹵素滅火劑則是通過化學(xué)抑制作用，減少燃燒區(qū)域的活性自由基而終止燃燒反應(yīng)。第三章 復(fù)習(xí)題1.常見的阻燃機理有哪些?答：材料的阻燃機理包括凝聚相阻燃機理、氣相阻燃機理、協(xié)效阻燃機理和其他阻燃機理。凝聚相阻燃機理又稱固相阻燃機理，是指在凝聚相中延緩或中斷阻燃材料熱分解而產(chǎn)生的阻燃作用。氣相阻燃是指在氣相中使燃燒中斷或延緩鏈式燃燒反應(yīng)的阻燃作用。?協(xié)效阻燃機理?是指兩種或多種阻燃劑在燃燒過程中相互作用，共同發(fā)揮作用以提高阻燃效果。其他阻燃機理包括中斷熱交換阻燃機理、吸熱阻燃機理、消煙機理等。2.材料的成炭過程分為哪些階段?答：材料的成炭過程一般要經(jīng)歷交聯(lián)、芳構(gòu)化、芳環(huán)熔化、渦輪形層狀炭生成、石墨化等過程。3.凝聚相阻燃機理有哪些?答：凝聚相阻燃機理又稱固相阻燃機理，是指在凝聚相中延緩或中斷阻燃材料熱分解而產(chǎn)生的阻燃作用，其基本要點如下：（1）添加的阻燃劑能夠在固相中延緩或終止熱分解產(chǎn)生的可燃氣體和自由基，即兩者間存在化學(xué)反應(yīng)，且該反應(yīng)在低于聚合物熱分解溫度下發(fā)生。（2）添加的填料型阻燃劑具有較大的比熱容，從而起到蓄熱作用；又因其多為非絕熱體，可起導(dǎo)熱作用，使聚合物不易達到熱分解溫度。（3）添加吸熱后可分解的阻燃劑，能有效地阻止聚合物溫度升高至熱分解溫度。（4）阻燃劑燃燒后可在聚合物表面生成多孔保護炭層，該炭層具有難燃、隔熱、隔氧作用，并能阻止可燃氣體進入燃燒氣相，致使燃燒中斷。4.闡述氣相阻燃機理。答：氣相阻燃是指在氣相中使燃燒中斷或延緩鏈式燃燒反應(yīng)的阻燃作用，其基本要點如下：（1）阻燃劑在熱的作用下，能釋放出活性氣體，中斷鏈式燃燒反應(yīng)。（2）阻燃劑在受熱或燃燒過程中能生成微細粒子，這種粒子能促進燃燒過程中產(chǎn)生的自由基之間相互作用，終止鏈反應(yīng)。（3）阻燃劑在受熱分解時，能釋放出大量的惰性氣體，稀釋氧和氣態(tài)可燃物，并降低可燃氣體溫度，阻止燃燒。（4）阻燃劑受熱后能產(chǎn)生高密度蒸氣，這種蒸氣可以覆蓋主聚合物分解出的可燃氣體，隔斷它與空氣和氧的接觸，從而使燃燒窒息。（5）吹熄作用：阻燃劑產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物在基材內(nèi)部形成含有較高濃度阻燃成分的氣泡，沖破基材向外高速噴出形成高速氣體。5.闡述協(xié)效作用評價方法。答：協(xié)效效率（SE）常被用于評價不同協(xié)效體系之間協(xié)效作用的強弱，SE定義為協(xié)效體系的阻燃效率（EFF）與協(xié)效系統(tǒng)中相同添加量的阻燃劑（不含添加劑）阻燃效率之比。而EFF定義為在一定添加量范圍內(nèi)單位質(zhì)量阻燃元素所增加的被阻燃基材的極限氧指數(shù)（LOI）值。大多數(shù)情況下，SE值是根據(jù)具有最佳阻燃效率的協(xié)效系統(tǒng)所計算得出的。當SE大于1，表示有協(xié)效作用；當SE小于1，存在對抗作用。計算公式如下：SE=式中，LOIP、LOIs、LOIfr、LOIfr+s分別為聚合物、聚合物/增效劑體系、聚合物/阻燃劑體系、聚合物/增效劑/阻燃劑體系的LOI值。利用錐形量熱儀可以定量評價影響材料燃燒行為的火焰抑制效應(yīng)、成炭效應(yīng)和炭層阻隔保護效應(yīng)等三種阻燃效應(yīng)。計算公式如下：火焰抑制效應(yīng)=1?成炭效應(yīng)=1?阻隔和保護效應(yīng)=1?式中，EHC、TML、PHRR分別為有效燃燒熱、總質(zhì)量損失和峰值熱釋放速率，下標“FR”代表阻燃樣品，下標“純”代表未阻燃樣品。6.什么是中斷熱交換阻燃機理？答：維持繼續(xù)燃燒的一個重要條件是部分燃燒熱必須反饋到材料中去，使其不斷受熱分解，以提供維持燃燒所需的可燃物質(zhì)。這時如果加入某種阻燃劑將材料的燃燒熱帶走，使其不能維持熱分解溫度，因而不能繼續(xù)產(chǎn)生可燃物質(zhì)而中斷燃燒，此即中斷熱交換阻燃7.什么是吸熱阻燃機理?答：一些受熱發(fā)生吸熱分解的金屬氧化物和結(jié)晶水合物能冷卻被阻燃基材，將可燃物表面溫度降低至點燃溫度以下，中斷材料的燃燒反應(yīng)。這類化合物吸熱分解能產(chǎn)生水蒸汽等不燃性氣體稀釋燃燒區(qū)域的可燃物濃度并形成氧化鎂、氧化鋁等耐高溫殘余物覆蓋在材料表面使基材免受熱破壞。吸熱阻燃機理主要表現(xiàn)在釋水氣化導(dǎo)致的吸熱反應(yīng)、反饋給材料的熱量減少、可燃物數(shù)量被稀釋、填料的高熱容以及炭化作用等方面，屬于物理作用機理的范疇。8.舉例常用的抑煙劑。答：抑煙劑（或填料）主要為元素周期表中IVB-VIB族的化合物和元素周期表中VIIB-IIB族的化合物，其中較為常用的有鉬系化合物、鐵系抑煙劑、錫系抑煙劑和硼酸鋅，此外還有銅化合物（CuO、Cu2O）、鎂-鋅復(fù)合物、某些ⅡA的金屬氧化物（如Ba、Sr、Ca）、錫酸鋅（ZS）、含水錫酸鋅（ZHS）等。9.闡述氮化合物的阻燃機理。答：三聚氰胺及其鹽等工業(yè)氮化合物可作為阻燃劑，它們可同時在凝聚相及氣相發(fā)揮阻燃功效。阻燃機理包括：（1）吸熱作用：三聚氰胺及其鹽升華、揮發(fā)、蒸發(fā)及分解都需要吸收大量的熱量，進而可以顯著降低燃燒區(qū)的溫度。（2）釋放不燃性氣體：三聚氰胺及其鹽分解時能生成水蒸汽、N2、CO2、NH3等不燃性產(chǎn)物，它們不僅能沖稀燃燒區(qū)可燃氣及氧氣的濃度，而且具有覆蓋作用。（3）成炭作用：三聚氰胺及其鹽在高溫下分解可形成多種交聯(lián)的縮聚物，應(yīng)用于聚合物中可以干擾聚合物的降解過程，促進形成耐熱氧化的炭層結(jié)構(gòu)。（4）形成膨脹阻隔層：三聚氰胺及其鹽常作為氣源與酸源和碳源復(fù)配使用，通過碳源、酸源和氣源三組分之間的協(xié)效作用而形成阻隔炭層，以有效發(fā)揮阻燃作用。（5）熔滴移熱作用：有些三聚氰胺鹽阻燃聚合物材料在燃燒時會產(chǎn)生大量熔滴將熱量從燃燒區(qū)移走使燃燒不能維持。（6）捕獲活性自由基：三聚氰胺及其鹽的一些分解產(chǎn)物在氣相中可能具有捕獲活性自由基的作用。此外，活性自由基也可能與膨脹炭層碰撞而化合變成失活分子。10.簡要說明聚合物/納米復(fù)合材料的阻燃機理。答：納米復(fù)合材料的阻燃機理主要為層狀硅酸鹽阻擋層機理、自由基捕捉機理以及碳納米管體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。（1）層狀硅酸鹽阻擋層機理：聚合物/層狀硅酸鹽材料的阻燃作用主要是通過燃燒產(chǎn)生的固體殘留物對分解產(chǎn)物的揮發(fā)形成了阻礙和對熱傳遞過程形成了屏蔽。（2）自由基捕捉機理：碳納米材料在燃燒時不易揮發(fā)，能夠在凝聚相中捕獲高活性的HO?和H?自由基，形成可穩(wěn)定存在的自由基或穩(wěn)定分子的物質(zhì)，故而可抑制材料熱降解和燃燒反應(yīng)的進行；稀土元素具有多種可變價態(tài)，能捕捉自由基，并具備催化酯化、環(huán)化、異構(gòu)化等反應(yīng)的能力，可以在凝聚相中催化聚合物基體的交聯(lián)成炭；部分過渡金屬化合物也有捕捉自由基和催化成炭能力。（3）碳納米管體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：聚合物納米復(fù)合材料中的納米粒子（如納米粘土及碳納米管）達到一定含量時會在聚合物基體中形成“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”，使材料在燃燒時呈現(xiàn)“類固體”行為。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在燃燒過程中能有效地抑制聚合物分子鏈的熱運動，提高復(fù)合體系黏度，阻止可燃性氣體的逸出以及外界熱量與氧氣的進入，從而有效地保護基體。第四章 復(fù)習(xí)題闡述阻燃劑的選取原則。答：阻燃劑的選取原則包括：（1）發(fā)揮阻燃功效的相態(tài)（氣相或凝聚相）和燃燒過程的階段應(yīng)相匹配。對于燃燒的不同階段，適用的阻燃劑不同。在燃燒過程的第一階段加熱階段，選取遇熱能形成膨脹型包覆層的阻燃劑。在燃燒過程的第二階段可燃物熱分解階段，選取通過能改變基材的熱氧化降解模式，降低可燃氣體濃度，同時還促進成炭、脫氫和脫水的阻燃劑。在燃燒過程的第三階段可燃物著火階段，選取增加不燃性氣態(tài)分解產(chǎn)物濃度和降低可燃性氣態(tài)分解產(chǎn)物濃度，或能夠生成氣態(tài)自由基捕獲劑的阻燃劑。在燃燒過程的第四階段—火焰蔓延階段，選取能降低熱傳遞速度或者能相對降低支持燃燒的自由基生成速度的阻燃劑。（2）可燃物的熱分解溫度與阻燃劑的分解溫度應(yīng)相匹配，且阻燃劑在被阻燃基材的加工或成型溫度下應(yīng)保持熱穩(wěn)定?？紤]采用兩種阻燃劑復(fù)配使用有時能獲得更佳的阻燃效果，其中一種宜在略低于被阻燃基材開始熱分解溫度時發(fā)揮作用，而另一種則宜在被阻燃基材熱分解失重約50%和達到最大分解速度時發(fā)揮作用。（3）采用特定的阻燃劑和適當?shù)挠昧?，并根?jù)材料的使用要求，賦予材料適當?shù)淖枞技墑e。加入過量的阻燃劑是不必要的，有時甚至是有害的。另外，任何一種阻燃劑都不是通用的，不同的被阻燃聚合物基材需要采用適當?shù)淖枞紕?。?）不宜采用對被阻燃聚合物基材的性能（如物理-機械性能、電性能等）具有明顯影響的阻燃劑。元素周期表中具有阻燃作用的元素有哪些？答：根據(jù)阻燃劑類型的劃分，含有元素周期表中第Ⅴ族中的N、P、As、Sb、Bi和第Ⅶ族的F、Cl、Br、I以及B、Al、Mg、Ca、Zr、Sn、Mo、Ti等的化合物。闡述添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑的優(yōu)缺點。答：根據(jù)阻燃劑與阻燃基材的關(guān)系，阻燃劑可分為反應(yīng)型阻燃劑和添加型阻燃劑兩大類。反應(yīng)型阻燃劑作為聚合物的單體或輔助試劑參與合成聚合物的化學(xué)反應(yīng)并成為聚合物的結(jié)構(gòu)單元，多用于熱固性聚合物。添加型阻燃劑與聚合物基材及其他組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是以物理方式分散于基材中，多用于熱塑性聚合物。添加型阻燃劑能滿足大多數(shù)商品化塑料制品的阻燃要求，是相對經(jīng)濟的阻燃方法，但存在與聚合物基體相容性差、使用過程中易遷出和降低基材力學(xué)性能等問題。阻燃劑需要滿足哪些基本要求？答：一個理想的阻燃劑最好能同時滿足下述7個條件：（1）阻燃效率高，獲得單位阻燃效能所需的用量少，即效能/價格比高。（2）本身低毒或基本無毒（大鼠口服的LD50>5000mg/kg），燃燒時生成的有毒和腐蝕性氣體量及煙量盡可能少，對環(huán)境友好。（3）與被阻燃基材的相容性好，不易遷移和滲出，被阻燃材料可回收和循環(huán)使用。（4）具有足夠高的熱穩(wěn)定性，在被阻燃基材加工溫度下不分解，但分解溫度也不宜過高，宜在250~400℃之間。（5）不會過多惡化被阻燃基材的加工性能和最后產(chǎn)品的物理-機械性能及電氣性能等，而通過選取性能優(yōu)良的阻燃劑和合理的阻燃劑配方設(shè)計可以實現(xiàn)材料阻燃性和實用性之間最佳的綜合平衡。（6）具有可接受的耐候性。（7）原料來源充足，制造工藝簡便，價格低廉。實際上，一個阻燃劑同時滿足這些條件幾乎是不可能的，所以選擇實用的阻燃劑時大多是在滿足基本要求的前提下，在其他要求間折中以求得最佳的綜合平衡。溴系阻燃劑的優(yōu)點有哪些？答：溴系阻燃劑主要優(yōu)點包括：（1）與聚合物基體相容性好，對基體物理-機械性能影響小。（2）分解溫度區(qū)間（200~300℃）與常見聚合物分解溫度一致，便于在火焰擴散前發(fā)揮阻燃作用。（3）阻燃效率高、達到相應(yīng)阻燃級別所需的添加量低。（4）品種豐富，既有添加型又有反應(yīng)型。（5）原料來源充足、制造工藝成熟、價格適中、性價比高。常用的無機磷系阻燃劑有哪些？答：無機磷系阻燃劑主要包括紅磷、磷酸鹽以及聚磷酸鹽等，基本用作添加型阻燃劑。闡述有機磷阻燃劑的主要種類和作用機理。答：有機磷系阻燃劑主要種類有：磷酸酯、膦酸酯、次膦酸酯（鹽）、氧化膦和磷腈等。有機磷阻燃劑的阻燃作用機理主要是在凝聚相（包括固相及液相）中提高成炭率，對阻止聚合物的分解很有效。有機磷阻燃劑能改變聚合物的分解反應(yīng)模式，有助于被阻燃基材在表面形成炭層以防止氧氣進入被阻燃基材和可燃性氣體的逸出，進而有效阻止燃燒反應(yīng)進行。部分有機磷阻燃劑在高溫條件下會產(chǎn)生水蒸氣或其他不可燃氣體，這些氣體可以稀釋空氣中的氧氣濃度，減少可燃物與氧氣接觸的機會，從而抑制燃燒。同時有機磷阻燃劑能夠捕捉燃燒過程中產(chǎn)生的自由基（如·OH或H·），從而中斷燃燒鏈式反應(yīng)，起到抑制火焰的效果。磷對不含氧元素的聚合物的阻燃效能較低，但對含氧聚合物則表現(xiàn)出較高的阻燃效能。闡述膨脹型阻燃劑的種類和基本組成。答：膨脹型阻燃劑可分為物理膨脹型阻燃劑和化學(xué)膨脹型阻燃劑兩大類。物理型膨脹阻燃劑受熱后自身發(fā)生物理膨脹（而不是組分之間的化學(xué)反應(yīng)），在材料表面形成膨脹層發(fā)揮阻燃作用；化學(xué)膨脹型阻燃劑是在高溫或火焰作用下，不同組分間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成膨脹炭層發(fā)揮阻燃作用?；瘜W(xué)膨脹型阻燃劑通常有多組分型及單組分型兩類。多組分化學(xué)膨脹型阻燃劑由酸源（脫水催化劑）、碳源（成炭劑）、氣源（發(fā)泡劑）三種組分按一定比例混合而成。酸源通常為無機酸或無機酸化物，可促進碳源脫水形成炭化物。碳源主要為一些含碳量較高的多羥基化合物或碳水化合物，其在反應(yīng)過程中能被酸源脫水炭化。碳源是化學(xué)膨脹型阻燃劑中非常重要的組分，碳源的優(yōu)良直接決定阻燃效果的好壞。氣源在受熱分解時可釋放出大量不燃性氣體，促進泡沫炭層的形成，增強阻燃作用。單組分膨脹型阻燃劑是將酸源、碳源、氣源結(jié)合于同一分子內(nèi)的阻燃劑。與多組分膨脹型阻燃劑相比，單組分膨脹型阻燃劑具有更好的熱穩(wěn)定性、抗吸濕性、基體相容性、抗表面遷移性和阻燃效率。常用膨脹阻燃體系的酸源、碳源和氣源有哪些？答：（1）酸源通常為無機酸或無機酸化物，可促進碳源脫水形成炭化物，如聚磷酸銨（APP）、磷酸銨、硫酸銨等。（2）碳源主要為一些含碳量較高的多羥基化合物或碳水化合物，其在反應(yīng)過程中能被酸源脫水炭化，如季戊四醇（PER）、山梨醇、淀粉等。（3）氣源在受熱分解時可釋放出大量不燃性氣體，促進泡沫炭層的形成，增強阻燃作用，多為三聚氰胺、尿素、雙氰胺等含氮類化合物。闡述膨脹型阻燃劑的主要協(xié)效體系。答：IFR與其他物質(zhì)的阻燃協(xié)效作用是降低IFR的添加量的主要方式。分子篩、有機蒙脫土、金屬氧化物、螯合物以及一些含硼的化合物等與IFR均表現(xiàn)出協(xié)效效應(yīng)，具有催化阻燃體系反應(yīng)、增加產(chǎn)炭量、提高炭層質(zhì)量等作用。分子篩是IFR體系最典型的協(xié)效劑，分子篩的作用在于它能改變炭層中堆積狀的多環(huán)芳香族化合物的組織，并延緩炭的重組過程。蒙脫土、水滑石、海泡石、高嶺土、石墨烯等納米材料提高IFR體系阻燃效率的原因在于增強膨脹炭層的生成量、致密性、隔質(zhì)隔熱效果和熱穩(wěn)定性。同時，納米材料以納米尺寸分散于基材中，不僅影響聚合物熱裂解生成的可燃性產(chǎn)物向燃燒材料表面的轉(zhuǎn)移和揮發(fā)，還能阻隔熱裂解生成的小分子化合物直接穿過納米片層以延緩和阻礙可燃性氣體向氣相逸出，抑制材料的燃燒。金屬氧化物可用作IFR的協(xié)效劑是由于金屬氧化物能通過促進IFR體系的脫水和氧化作用促進交聯(lián)成炭反應(yīng)，從而提高IFR體系的阻燃性能。金屬氧化物可以催化APP脫氨脫水的交聯(lián)反應(yīng)形成橋鍵，盡管這些橋鍵的數(shù)目可能很少，但可增加體系的穩(wěn)定性并減少磷氧化合物在燃燒過程中的揮發(fā)，使更多的阻燃元素留在凝聚相中以有效提高體系的阻燃性能。闡述聚磷酸銨和季戊四醇的膨脹反應(yīng)歷程。答：首先，APP在210℃溫度左右分解產(chǎn)生能磷酸及多聚磷酸，并與季戊四醇進行酯化反應(yīng)形成熔融態(tài)的酯化物，三聚氰胺等氣源則可作為酯化反應(yīng)的催化劑加速反應(yīng)進行；隨著溫度升高至280~350℃，季戊四醇和酯進一步脫水炭化形成無機物和炭化物，并在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水蒸汽和氣源分解產(chǎn)生不燃性氣體共同作用下膨脹發(fā)泡；最后，反應(yīng)體系經(jīng)過復(fù)雜的聚合反應(yīng)、Diels-Alder縮合、芳香化等反應(yīng)后逐漸膠化和固化并最終形成具有石墨結(jié)構(gòu)的多孔膨脹炭層。常用的硅系阻燃劑有哪些？答：常用的硅系阻燃劑可分為無機和有機兩大類，前者主要有硅酸鹽、硅膠、二氧化硅等；后者主要是聚硅氧烷，包括硅油、硅樹脂、倍半硅氧烷及多種硅氧烷共聚物。常用的填料型阻燃劑有哪些？答：常用的填料型阻燃劑有：氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼鋅酸、堿式碳酸鎂、碳酸鈣、可膨脹石墨等。常用的層狀納米阻燃劑有哪些？答：常用的層狀納米阻燃劑有：層狀雙氫氧化物、層狀納米磷酸鋯、層狀硅酸鹽、石墨烯等。第五章 復(fù)習(xí)題1.塑料可以分為哪些類型，它們的區(qū)別有哪些？答：按照受熱時性能的變化情況，塑料可以分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩類。熱塑性塑料的分子鏈呈線型或支鏈型結(jié)構(gòu)，加熱軟化和冷卻成型過程中分子鏈之間無化學(xué)鍵產(chǎn)生，代表性材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯等。熱固性塑料是指固化前分子鏈呈線型或支鏈型結(jié)構(gòu)，而固化后分子鏈之間形成化學(xué)鍵呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該類物質(zhì)不能再熔融也不能溶于溶劑，代表性材料包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯樹脂等。按照使用性質(zhì)不同，塑料還可以分為通用塑料、工程塑料和特種塑料，其中通用塑料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等聚烯烴，工程塑料主要包括聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等，特種塑料主要包括氟塑料、芳族聚酰胺、聚酰亞胺、液晶高分子等。2.簡要概述聚烯烴塑料的燃燒特性及阻燃方式。答：聚烯烴作為一種由烯烴小分子聚合而成的高分子碳氫化合物，分子鏈中僅含碳和氫元素，著火后猛烈燃燒并生成大量有毒氣體。阻燃聚烯烴主要通過熔融共混的方法將鹵素阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、膨脹型阻燃劑、氫氧化物阻燃劑和納米阻燃劑等添加型阻燃劑引入聚烯烴基體內(nèi)以提升聚烯烴復(fù)合材料的阻燃性能。聚烯烴材料燃燒特性阻燃方式聚丙烯（PP）聚丙烯分子結(jié)構(gòu)中含有與叔碳原子相連的高活潑性的原子，屬于易燃材料，極限氧指數(shù)18%左右，成炭率低且燃燒過程中易出現(xiàn)熔滴和流淌起火現(xiàn)象。添加型阻燃劑聚乙烯（PE）聚乙烯為乙烯加聚而成的熱塑性樹脂，主要由碳元素和氫元素組成，極易燃燒且著火后燃燒速度快、熔融流滴嚴重、熱釋放和生煙量大，LOI17.4%左右?；瘜W(xué)改性添加型阻燃劑聚苯乙烯（PS）PS泡沫的蜂窩狀結(jié)構(gòu)決定其燃燒時與氧氣的接觸面積大，并導(dǎo)致燃燒速率大、熱釋放量大、融滴嚴重、發(fā)煙量大、不易自熄等問題。添加型阻燃劑丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）ABS的LOI僅為19.0%，易燃且在燃燒過程中會釋放出大量有毒氣體，還存在著熔融滴落現(xiàn)象。添加型阻燃劑乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）EVA容易燃燒，LOI約為17%~19%而且生煙量和放熱量大。添加型阻燃劑聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）PMMA的LOI值只有17.0%左右，容易被點燃，并且燃燒時放熱量大。添加型阻燃劑反應(yīng)型阻燃劑聚氯乙烯（PVC）硬質(zhì)PVC和軟質(zhì)PVC均含有大量的Cl原子，燃燒過程中會產(chǎn)生大量的煙霧、毒性氣體及腐蝕性氣體。添加型阻燃劑3.PVC常用的抑煙途徑有哪些？答：目前PVC的抑煙劑有銅化合物、鉬化合物、鐵化合物、錫化合物、鋅化合物和鉛化合物，其中三氧化鉬、八鉬酸銨、鉬酸鈣和鉬酸鋅等鉬化合物應(yīng)用較為廣泛。鉬化合物對軟、硬PVC的抑煙效果非常顯著，一般在5wt%的添加量下即可使PVC的生煙量降低50%。一般認為，鉬化合物的抑煙機理是在固相通過Lewis酸機理形成反式多烯結(jié)構(gòu)和芳香族環(huán)狀結(jié)構(gòu)促進炭化，進而減少生煙量。常用的PVC抑煙劑還有錫酸鋅，它在氣相和固相都有抑煙作用，對燃燒過程中脫氯化氫階段的抑煙作用非常有效。此外，無機填料型阻燃劑，像氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅等都有抑煙的作用，可以用于PVC的抑煙處理。4.常用的熱塑性工程塑料有哪些？為什么要對其進行阻燃處理？答：常用的熱塑性工程塑料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）和聚甲醛（POM）等。熱塑性工程塑料通常極限氧指數(shù)低，燃燒時易產(chǎn)生滴落現(xiàn)象，極易造成周圍可燃物的燃燒，增大火災(zāi)危害。此外，熱塑性工程塑料燃燒或分解時通常伴隨大量有毒有害煙氣生成。因此需要對熱塑性工程塑料進行阻燃處理，滿足某些領(lǐng)域的應(yīng)用要求。如聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的LOI值為20%~22%，燃燒過程中會產(chǎn)生伴有火焰的滴落物，極易引起周圍易燃物的點燃，所以需要對其進行阻燃處理，以滿足某些領(lǐng)域的應(yīng)用要求；聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的LOI值為20%~22%，在空氣中易燃且極易產(chǎn)生可燃性滴落，造成火災(zāi)的蔓延；聚酰胺（PA）屬于脂肪族聚酰胺材料，含有大量的亞甲基結(jié)構(gòu)，易于燃燒，LOI值約為23%~26%，燃燒過程中熔融現(xiàn)象明顯。特別是玻璃纖維增強PA材料，存在“燭芯效應(yīng)”，更容易被點燃。例如30wt%玻璃纖維增強的PA66的LOI僅為23%，垂直燃燒測試無級別，放熱量和產(chǎn)煙量大，并產(chǎn)生熔滴，極易導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生和擴大。PC在燃燒時會發(fā)生熔融滴落并釋放出大量的有毒有害煙氣，無法滿足特殊領(lǐng)域的阻燃要求，常需要通過引入阻燃劑來提高其阻燃性能；POM熱穩(wěn)定性差，極易在熱和氧的作用下發(fā)生“解拉鏈”式分解反應(yīng)并釋放出大量甲醛氣體及其氧化產(chǎn)物甲酸，其中甲酸可以促進聚甲醛進一步分解并產(chǎn)生大量高溫融滴，增大火災(zāi)危害。5.熱塑性工程塑料具有哪些特點？常用于哪些領(lǐng)域？答：熱塑性工程塑料具有優(yōu)異的物理和力學(xué)性能、耐疲勞性、耐摩擦性、耐老化性、電絕緣性和加工性能等，常用于塑料包裝瓶、薄膜及合成纖維等領(lǐng)域。廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車部件、機械加工、醫(yī)療器械、日用品等諸多領(lǐng)域。汽車、電子器件和機械零部件等領(lǐng)域。（1）聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）在較寬的溫度范圍內(nèi)能夠保持優(yōu)良的物理性能和力學(xué)性能，它具有優(yōu)異的耐疲勞性、耐摩擦性、耐老化性、電絕緣性和加工性能，對大多數(shù)有機溶劑和無機酸穩(wěn)定，而且生產(chǎn)能耗低，被廣泛用于塑料包裝瓶、薄膜及合成纖維等領(lǐng)域。（2）聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是熱塑性聚酯中最主要的品種之一，具有優(yōu)良的機械性能、高結(jié)晶速率以及良好的耐化學(xué)腐蝕性和耐熱性，被廣泛應(yīng)用于汽車、電子器件和機械零部件等領(lǐng)域。（3）聚酰胺（PA）又稱尼龍，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、自潤滑性、耐腐蝕性、耐油性和加工性能，被廣泛應(yīng)用在電子電器、汽車部件、電動工具等領(lǐng)域。（4）聚碳酸酯（PC）作為一種通用工程塑料，具有高抗沖擊強度、較高的耐熱性、優(yōu)異電絕緣性、良好的透明性和尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車零部件、建筑材料、醫(yī)療器械和食品包裝等領(lǐng)域。（5）聚甲醛（POM），又名“超鋼”、“賽剛”，具有良好的耐腐蝕性、耐油性、耐化學(xué)性、低吸水性、耐磨自潤滑性、耐蠕變性以及突出的耐疲勞性能，是所有塑料中比強度和比剛度與金屬較為接近的樹脂品種之一，廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器、機械加工、醫(yī)療器械、日用品等諸多領(lǐng)域。6.如何均衡PC和PMMA等透明塑料制品的透明性和阻燃性？答：添加協(xié)效劑、選用與基體塑料折射率相近的阻燃劑以及采用共聚的方式可在提升阻燃性同時增強透明性。磺酸鹽類阻燃劑對阻燃PC來說是一種高效的阻燃劑，主要是指含有硫元素的一類阻燃劑，包括有機和無機芳香族磺酸鹽（酯）。二苯甲砜磺酸鉀（KSS）、三氯苯基磺酸鈉（STB）以及全氟丁基磺酸鉀（KPFBS）在PC中阻燃效果非常明顯，添加0.05~0.1wt%就能夠使PC達到UL94V-0級，但會對PC的透明性產(chǎn)生較大的影響。而添加一些協(xié)效劑如八苯基環(huán)四硅氧烷、聚甲基硅氧烷或者聚甲苯基硅氧烷可在提升PC阻燃性同時增強透明性。對于PMMA，添加型阻燃劑中，十溴二苯乙烷、溴化苯乙烯、紅磷、聚磷酸銨、氫氧化物、膨脹型阻燃劑、OMMT、碳納米管、碳納米纖維、POSS類阻燃劑等對PMMA都具有不錯的阻燃效果，但對PMMA透明性有較大的負面影響，無法滿足透明PMMA制品的應(yīng)用要求。一般而言，選用與PMMA折射率相近的阻燃劑是有效降低光散射現(xiàn)象并提升基材阻燃性能的關(guān)鍵。例如，添加10wt%的納米SiO2表面接枝含磷阻燃劑（SiO2-g-DOPO）可使PMMA的LOI值提升到25.6%、PHRR值下降52.2%并保持78.7%的高透光率。PMMA納米復(fù)合材料高透光率是由于PMMA的折射率（1.49）與納米SiO2折射率（1.46）相近，且納米SiO2在PMMA基材中均勻分布。反應(yīng)型阻燃劑中，乙烯基磷酸、二烷基乙烯磷酸酯等含磷乙烯基類化合物和含磷丙烯酸類化合物常與甲基丙烯酸甲酯共聚制備出良好阻燃性和高透光率的PMMA共聚物。例如，將2-羥乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯（HEMAP）與MMA單體進行自由基共聚反應(yīng)制備P(MMA-co-HEMAP)共聚物，添加30wt%HEMAP可使共聚物的LOI值提升至24.0%，PHRR和THR相比于純PMMA分別降低40.0%和36.2%，且透光率保持在90.0%以上。7.熱固性塑料具有哪些特點？常用于哪些領(lǐng)域？答：（1）環(huán)氧樹脂（EP）具有優(yōu)異的黏結(jié)強度、力學(xué)性能、電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及收縮率低、加工成型容易、成本低廉等優(yōu)點，在電子、宇航、汽車、軍工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。（2）聚氨酯泡沫材料可分為軟質(zhì)聚氨酯泡沫（FPUF）和硬質(zhì)聚氨酯泡沫（RPUF）兩種。RPUF也簡稱聚氨酯硬泡，具有強度高、密度低、導(dǎo)熱系數(shù)低、防水性好、耐腐蝕、施工方便等一系列優(yōu)點，作為隔熱保溫、結(jié)構(gòu)或裝飾材料被廣泛應(yīng)用于建筑物外墻保溫、交通運輸、制冷、石油化工等領(lǐng)域。軟質(zhì)聚氨酯泡沫（FPUF）簡稱聚氨酯軟泡，是聚氨酯材料的主要產(chǎn)品之一。FPUF具有質(zhì)輕、柔軟、透氣、耐老化、耐有機溶劑、回彈性好、壓縮變形小、隔音、保溫等多種優(yōu)良特性，是一種性能優(yōu)良的緩沖材料，被廣泛應(yīng)用于家具家裝、汽車內(nèi)飾和包裝等領(lǐng)域。（3）酚醛樹脂具有優(yōu)良的耐熱性、電絕緣性、尺寸穩(wěn)定性、成型加工性以及生煙性低等優(yōu)點，廣泛用于模壓材料、層壓材料、摩擦材料、絕緣材料和泡沫保溫材料等。（4）雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）樹脂兼具聚酰亞胺（PI）樹脂優(yōu)良的耐高溫、耐濕性能和環(huán)氧樹脂相似的成型工藝性，且來源廣泛和成本低廉，廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運輸、電工電子等領(lǐng)域。8.EP的阻燃途徑有哪些？答：EP阻燃改性主要有反應(yīng)型和添加型兩種途徑。反應(yīng)型阻燃改性EP主要是通過設(shè)計阻燃性環(huán)氧單體、阻燃性環(huán)氧固化劑或使用反應(yīng)型阻燃劑等實現(xiàn)阻燃。添加型阻燃改性主要使用鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、膨脹型阻燃劑、金屬化合物及納米阻燃劑等。9.簡述共混阻燃改性法和原位聚合阻燃改性法的區(qū)別和適用范圍？答：共混阻燃改性法通過機械混合的方法將阻燃劑均勻地混入到聚酰胺中使其獲得阻燃性，是聚酰胺主要的阻燃方法。原位聚合阻燃改性法則是通過原位聚合方法在聚酰胺的主鏈或側(cè)鏈上接枝具有阻燃效果的反應(yīng)單體，達到分子級的阻燃效果，具有毒性小、穩(wěn)定性好、產(chǎn)物基本無揮發(fā)物以及對材料的使用性能影響很小等優(yōu)點，尤其適用于薄膜等高端應(yīng)用領(lǐng)域。10.添加型阻燃、反應(yīng)型阻燃以及表面處理阻燃聚氨酯泡沫的區(qū)別及優(yōu)缺點？答：添加型阻燃劑與聚合物基材及其他組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是以物理方式分散于基材中。反應(yīng)型阻燃方法對聚氨酯泡沫進行阻燃改性主要是在多元醇結(jié)構(gòu)中引入阻燃元素如氮、磷等，即合成阻燃多元醇。例如，利用蓖麻油、大豆油、菜籽油、棕櫚油、葵花油等植物油與含有豐富芳香羥基和脂肪羥基的木質(zhì)素為基礎(chǔ)可制備含阻燃元素的多元醇，進而制備反應(yīng)型阻燃聚氨酯泡沫。表面處理是指在聚氨酯泡沫表面直接涂敷或沉積具有阻燃作用的高分子或單體物質(zhì)，并利用物理化學(xué)方法使其交聯(lián)固化，從而在聚氨酯泡沫表面形成保護層。添加型阻燃劑具有操作簡便、高效的優(yōu)點，但需要考慮阻燃劑與基材之間的相容性問題以及阻燃劑對基材力學(xué)性能、熱導(dǎo)率的影響。反應(yīng)型阻燃方法制備聚氨酯泡沫的穩(wěn)定性好、阻燃劑遷移率低，但也存在成本高的問題。面處理阻燃方式（如防火涂料）具有應(yīng)用方便、成本低、防火效率高及對被防護基材原有應(yīng)用性能損害小的特點。11.簡述LBL涂層阻燃法的步驟。答：層層自組裝（LBL）涂層阻燃法作為近些年日益受到重視的阻燃技術(shù)，是將基材在相反電荷的聚電解質(zhì)溶液或懸浮液中交替沉浸或噴涂以形成阻燃涂層的方法。在FPUF基體表面沉積1個雙層涂層，需要4個步驟：步驟1和3分別為聚陽離子和聚陰離子的吸附過程，步驟2和4為漂洗過程，此4個步驟構(gòu)成1個完整的組裝循環(huán)。借助于LBL涂層阻燃法，像FPUF這類具有開放孔結(jié)構(gòu)的材料只需要經(jīng)過若干次循環(huán)，即可生成若干層阻燃涂層，具有簡單高效的優(yōu)點。例如，以聚乙烯亞胺和碳納米纖維為陽離子層、聚丙烯酸為陰離子層，通過LBL涂層阻燃法在FPUF表面沉積4個雙層膜，在涂層厚度約為350nm時可使FPUF的PHRR降低40%。借助于LBL技術(shù)，蒙脫土、層狀雙氫氧化物、多壁碳納米管等納米粒子也可被組裝在FPUF表面，實現(xiàn)對FPUF阻燃改性。隨著離子在基材表面組裝速度的提高和制備工藝的進一步簡化，LBL涂層阻燃法會在阻燃FPUF領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。第六章 復(fù)習(xí)題1.簡述常見纖維的基本物理結(jié)構(gòu)和常見合成纖維的商品名稱。答：纖維的基本物理結(jié)構(gòu)：纖維根據(jù)來源和結(jié)構(gòu)可分為天然纖維和化學(xué)纖維。天然纖維是自然界存在的、可以直接獲得的纖維，包括植物纖維、動物纖維和礦物纖維?；瘜W(xué)纖維是以天然或合成的高分子化合物為原料，經(jīng)過紡絲而成的纖維，主要包括人造纖維和合成纖維。常見合成纖維的商品名稱：滌綸、錦綸6、尼龍6、尼龍66、芳綸1313、芳綸1414、丙綸、腈綸、奧綸、卡耐、卡綸、維綸、維尼綸2.簡述纖維的熱解和燃燒過程，并列出重要特征參數(shù)。答：（1）纖維的熱解過程：大多數(shù)天然纖維以及人造纖維在熱解時沒有明顯的玻璃化溫度和熔點，遇火不熔融，受熱分解產(chǎn)生可燃氣體的同時發(fā)生炭化，如棉纖維、粘膠纖維等。相比之下，合成纖維大多是熱塑性纖維材料，熱解時有明顯的玻璃化溫度、熔點和熱分解溫度，受熱后熔融分解，產(chǎn)生可燃性物質(zhì)并生成一定量的燃燒殘余物。熱解過程重要特征參數(shù)：玻璃化溫度、熔點、分解溫度、裂解溫度、點燃溫度、燃燒熱等。（2）纖維的燃燒過程：纖維及織物具有比一般聚合物大得多的比表面積，燃燒過程中氧氣和熱解產(chǎn)物極易擴散，火焰中的熱量也容易通過對流傳遞到材料表面，使其燃燒更充分、燃燒速度更快。此外，纖維及織物受熱分解和燃燒過程中通常會產(chǎn)生煙霧，影響人們呼吸并遮蔽視線，對逃生造成不利影響。燃燒過程重要特征參數(shù)：纖維的熔點、熱解溫度、著火溫度、物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)、紗線形狀、織物的厚度及編織方法等。3.簡述纖維與織物阻燃劑的基本性能要求。答：要生產(chǎn)出理想的阻燃纖維和阻燃織物，阻燃劑應(yīng)滿足如下要求：（1）對纖維或織物有顯著的阻燃作用，阻燃性能應(yīng)達到各類阻燃標準要求。（2）要有良好的阻燃耐久性，包括耐水洗、耐干洗和耐候性等。（3）不影響或較少影響纖維和織物的色澤、外觀、手感和力學(xué)性能。（4）無毒、無刺激性，具有生物可降解性，燃燒后發(fā)煙量少、煙霧無毒。（5）纖維用阻燃劑應(yīng)有較高的熱分解溫度。（6）價格低廉，應(yīng)用工藝簡單。4.簡述纖維阻燃劑的種類和主要應(yīng)用場景。答：纖維阻燃劑的種類：根據(jù)化合物類型不同，纖維阻燃劑可以分為無機阻燃劑和有機阻燃劑兩大類。無機阻燃劑按阻燃性能不同可分為單獨使用就有阻燃效果的獨效阻燃劑、與鹵素等阻燃劑協(xié)效使用的協(xié)效劑以及需要大量填充才能產(chǎn)生阻燃效果的填充劑。有機阻燃劑按所含阻燃元素可分為磷系、鹵系、硫系和硼系阻燃劑；按烴基結(jié)構(gòu)不同，鹵系阻燃劑可分為脂肪族、脂環(huán)族和芳香族三類；按阻燃元素不同，鹵素阻燃劑分為氯系、溴系等。纖維阻燃劑的主要應(yīng)用場景：無機阻燃劑改性織物往往不耐水洗，更適用于對耐水洗性能要求較低的裝飾織物，如貼墻布、幕布、電褥套及部分非織造布。對于有機阻燃劑，由于鹵系阻燃劑在燃燒過程中會產(chǎn)生氯化氫和溴化氫等刺激性有毒氣體，應(yīng)用于織物阻燃整理的有機阻燃劑主要為磷系阻燃劑。例如，四羥甲基氯化膦和N-羥甲基-3-二甲氧基膦酰基丙酰胺用于纖維素纖維阻燃，環(huán)膦酸酯用于滌綸阻燃，乙烯基膦酸酯低聚物用于滌棉混紡織物阻燃。5.纖維阻燃改性方法的優(yōu)缺點有哪些？答：纖維與織物阻燃改性方法分為制備本體功能性纖維和紡織物功能化表面處理兩類。用本體功能性纖維制得的紡織品具有優(yōu)良的耐久性，在日常服裝及軍用品等高耐久性要求領(lǐng)域具有優(yōu)勢?？紤]到成纖聚合物的設(shè)計制備要兼顧可紡性、力學(xué)性能、可染性、成本及工藝適配性等因素，共聚法本體阻燃纖維設(shè)計合成的限制性較大、步驟繁瑣且適用基材單一，而以添加阻燃劑制得本體阻燃纖維較共聚法更加靈活。紡織物表面處理技術(shù)具有工藝簡單、操作方便、適用性強等優(yōu)點，但功能性織物往往存在耐久性、外觀、手感和透氣性不佳等問題。6.聚合階段的聚酯纖維阻燃改性方法有哪些？答：聚酯纖維在聚合階段主要通過共聚或原位復(fù)合對聚酯進行阻燃改性，，通過阻燃劑與形成聚酯的單體共聚制備阻燃聚酯纖維具有阻燃劑用量少、阻燃效果持久的特點。除了采用共聚模式也可在聚合階段添加阻燃劑，采用原位復(fù)合的方法進行阻燃改性，得到的聚酯熔體可直接紡絲，或制成切片紡絲。在現(xiàn)有的聚酯阻燃劑類型中，通過原位復(fù)合添加膨脹型阻燃劑無疑是高效、無鹵、環(huán)境友好型的阻燃改性方法，但膨脹型阻燃劑存在著組分之間容易發(fā)生醇解、添加量大、耐久性較差等缺點。7.紡絲階段的聚酯纖維阻燃改性方法有哪些？答：紡絲階段的阻燃改性是在紡絲成形之前，或以普通聚酯與含有阻燃成分的聚酯進行復(fù)合紡絲，或?qū)⒁欢康淖枞紕┡c聚酯熔體通過強烈的捏合作用，進行共混阻燃改性。復(fù)合紡絲一般以阻燃聚酯為芯，普通聚酯為皮的皮芯結(jié)構(gòu)。共混改性是比較容易實施的阻燃改性方法，一般的方法是先將非反應(yīng)性阻燃劑和常規(guī)聚酯共混制備阻燃母粒，然后再與聚酯共混紡制成阻燃纖維。共混改性法可根據(jù)需要靈活改變阻燃產(chǎn)品種類，因而被廣泛應(yīng)用。8.后整理階段的聚酯纖維阻燃改性方法有哪些？答：后整理階段阻燃改性可分為阻燃接枝和阻燃后整理兩類。阻燃接枝方法是先對聚酯纖維或織物進行表面處理，再將它與用于接枝的阻燃單體共聚，是用紫外線、高能電子束輻射或化學(xué)引發(fā)劑使乙烯基型的阻燃單體與聚酯發(fā)生接枝共聚，具有方法簡單、產(chǎn)物單一、生產(chǎn)效率高、阻燃耐久性好等優(yōu)點?？椢锖笳碜枞几男苑ㄊ侵冈诤蠹庸ぬ幚磉^程中通過噴涂、浸軋、涂層技術(shù)對織物表面進行處理，具有工藝簡單、成本低廉、適用面廣等優(yōu)點，能夠滿足不同程度的阻燃要求?？椢锉砻孀枞贾袑訉幼越M裝法的原理是什么？答：層層自組裝法是一種功能可調(diào)且能夠精確控制涂層厚度的表面處理技術(shù)，通過調(diào)控涂層中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能組分，可制備得到兼具多種功能的織物。該法通常借助分子間的靜電吸引力、范德華力、氫鍵、共價鍵等作用力，使層與層之間能自驅(qū)動地形成結(jié)構(gòu)和性能可控的分子簇團，被大量用于構(gòu)筑功能多樣的薄膜、涂層和塊體材料。當構(gòu)筑基元具備多功能性時，如鋅、銅等金屬離子兼具阻燃和抗菌性能，可制得阻燃多功能紡織品。但若將功能組分通過簡單疊加，所得改性材料的性能往往不能達到最佳，還需考慮調(diào)控層與層之間的相互作用及功能適配性等。闡述軋烘焙、溶膠-凝膠、層層自組裝和噴涂/浸涂法的優(yōu)缺點。答：（1）浸軋焙烘法：浸軋焙烘法（浸軋法）常用于纖維素纖維織物，織物經(jīng)過浸扎、預(yù)烘、焙烘以及水洗后處理等工藝獲得阻燃效果。水洗后處理主要是去除織物表面沒有反應(yīng)的阻燃劑及其他試劑，改善織物的手感。浸軋焙烘法獲得的阻燃織物可耐多次水洗，屬耐久性整理工藝。（2）溶膠-凝膠：溶膠-凝膠技術(shù)通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體比例、pH值、反應(yīng)溫度或引入摻雜劑等，可獲取性質(zhì)或功能不同的溶膠凝膠體系。溶膠-凝膠技術(shù)可控性強、條件溫和、環(huán)境友好且與不同基材之間都具有較強結(jié)合力，被廣泛用于開發(fā)功能紡織品。（3）層層自組裝：層層自組裝法是一種功能可調(diào)且能夠精確控制涂層厚度的表面處理技術(shù)，通過調(diào)控涂層中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能組分，可制備得到兼具多種功能的織物。該法通常借助分子間的靜電吸引力、范德華力、氫鍵、共價鍵等作用力，使層與層之間能自驅(qū)動地形成結(jié)構(gòu)和性能可控的分子簇團，被大量用于構(gòu)筑功能多樣的薄膜、涂層和塊體材料。當構(gòu)筑基元具備多功能性時，如鋅、銅等金屬離子兼具阻燃和抗菌性能，可制得阻燃多功能紡織品。但若將功能組分通過簡單疊加，所得改性材料的性能往往不能達到最佳，還需考慮調(diào)控層與層之間的相互作用及功能適配性等。（4）噴涂/浸涂法：噴霧法包括手工噴霧法和機械連續(xù)噴霧法。對于不能在普通設(shè)備上加工的部分紡織品，如大型幕布、地毯等，可在其最后一道工序中用手工噴霧法做阻燃整理。對于表面蓬松的花紋、簇絨、絨頭起毛的織物，若用浸軋法會使表面絨毛花紋受到損傷，一般采用連續(xù)噴霧法。浸漬烘燥法，又稱吸盡法，是將織物用含有鹵代磷酸酯、環(huán)磷酸酯等阻燃劑的整理液浸漬一定時間后烘燥，使阻燃劑浸透于纖維，適用于疏水性合成纖維織物。阻燃劑與纖維分子間靠范德華力吸附，所獲得的織物阻燃效果不耐久，水洗后阻燃劑易脫落并失去阻燃效果。為提高織物阻燃涂層的耐久性，通常在涂層與基材之間引入氫鍵、靜電、共價鍵，以增強配位作用及多種協(xié)同作用。闡述制備本體功能性纖維和紡織物功能化表面處理的優(yōu)缺點。答：制備本體功能性纖維的優(yōu)缺點：用本體功能性纖維制得的紡織品具有優(yōu)良的耐久性，在日常服裝及軍用品等高耐久性要求領(lǐng)域具有優(yōu)勢?？紤]到成纖聚合物的設(shè)計制備要兼顧可紡性、力學(xué)性能、可染性、成本及工藝適配性等因素，共聚法本體阻燃纖維設(shè)計合成的限制性較大、步驟繁瑣且適用基材單一，而以添加阻燃劑制得本體阻燃纖維較共聚法更加靈活。紡織物功能化表面處理的優(yōu)缺點：紡織物功能化表面處理是通過物理或化學(xué)的方式在纖維織物的表面引入功能結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑功能涂層，將紡織品多功能化，使之具有阻燃、抗菌、疏水、疏油、抗紫外線和自清潔等性能。紡織物表面處理技術(shù)具有工藝簡單、操作方便、適用性強等優(yōu)點，但功能性織物往往存在耐久性、外觀、手感和透氣性不佳等問題。概括聚丙烯纖維的阻燃改性方法及各自特點。答：聚丙烯纖維的阻燃改性方法：聚丙烯纖維的阻燃改性方法可分為共混阻燃改性、接枝阻燃改性、后整理改性和涂層阻燃改性等。（1）共混阻燃改性：通過在聚丙烯纖維原料中添加高濃度的阻燃劑及其他助劑，經(jīng)共混制造阻燃母粒，然后與常規(guī)聚丙烯纖維粒料共混熔融紡絲成型，制備出阻燃聚丙烯纖維。常用阻燃劑包括鹵-銻阻燃體系、氮系阻燃劑、膨脹型阻燃劑等。（2）接枝阻燃改性：通過對聚丙烯纖維及其織物接枝改性可提高阻燃劑與聚丙烯的相容性。例如，聚丙烯與馬來酸酐接枝改性后燃燒性能降低，并促進了聚丙烯成炭。此外，聚丙烯接枝馬來酸酐作為偶聯(lián)組分可增強界面相容性，明顯提高聚丙烯與膨脹型阻燃劑的相容性。（3）后整理改性：織物在后整理過程中使用阻燃劑進行物理或化學(xué)吸附使阻燃劑附著于纖維上而達到阻燃目的的方法。物理吸附易引起吸濕、毒性等問題，化學(xué)吸附則會引起織物力學(xué)性能下降和手感變硬等問題。后整理改性更適合于天然纖維織物以及天然纖維與合成纖維混紡織物的阻燃加工。對于表面沒有活性反應(yīng)基團的聚丙烯纖維，整理后改性的效果不穩(wěn)定、耐久性比較差，應(yīng)用不普遍。（4）涂層阻燃改性：是一種比較有效的阻燃改性方法，通常添加5%的后整理阻燃成分就可以達到比較理想的阻燃效果。按照耐久性不同，纖維素纖維織物阻燃整理方法可以分為哪些類型？答：按照耐久程度，纖維素纖維織物的阻燃整理可分為非永久性阻燃整理、半永久性阻燃整理和永久性阻燃整理。（1）非永久性阻燃整理：非永久性阻燃整理的織物具有一定的阻燃性能但不耐水洗，所用的阻燃劑大部分為水溶性或乳液性阻燃劑。阻燃處理時將阻燃劑溶解于水中，然后將織物浸軋、烘干后即可使用，該方法處理方便、成本較低，對一些少洗或不洗的織物可用此法。所用阻燃劑主要為磷酸鹽、磷酸銨鹽、硼砂、硼酸等中一種或多種混合，通常多種阻燃劑混合的阻燃效果比單一阻燃劑要好得多。對于部分棉裝飾織物以及很少洗滌的棉織物產(chǎn)品可采用非永久性阻燃整理。（2）半永久性阻燃整理：半永久性阻燃整理的織物一般能耐1～15次溫和洗滌，但不耐高溫皂洗，對于窗簾等室內(nèi)裝飾織物以及床墊和電熱毯等棉織物產(chǎn)品多要求進行半耐久性阻燃整理。半永久性阻燃整理主要有磷酸-尿素法、磷酰胺法和磷化纖維素法，阻燃劑主要為磷酸、尿素等磷、氮系阻燃劑。一般采用浸軋、烘焙工藝進行整理的阻燃效果較好，但整理后織物力學(xué)性能有所下降。（3）永久性阻燃整理：永久性阻燃整理的織物一般要耐洗50次以上，且要耐皂洗。對于服裝、床單、被套和工作服等棉織物產(chǎn)品需進行永久性阻燃整理。永久性纖維素纖維織物阻燃整理方法有哪些？答：永久性阻燃整理的織物一般要耐洗50次以上，且要耐皂洗。對于服裝、床單、被套和工作服等棉織物產(chǎn)品需進行永久性阻燃整理。第七章 復(fù)習(xí)題簡述橡膠的分類方法。答：按交聯(lián)方式不同，橡膠分為傳統(tǒng)熱硫化橡膠和熱塑性彈性體。按外觀形貌不同，橡膠分為固態(tài)橡膠（又稱干膠）、乳狀橡膠（簡稱乳膠）、粉末狀橡膠和液體狀橡膠。按來源用途不同，橡膠分為天然橡膠和合成橡膠。按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類，橡膠分為雜鏈橡膠和碳鏈橡膠。烴類橡膠包括哪些？各有什么特性？答：包括天然橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠等。天然橡膠具有良好的耐屈撓疲勞性能、氣密性、防水性、電絕緣性和隔熱性及耐寒性，動態(tài)滯后損失小，生熱量低；順丁橡膠的彈性和耐寒性優(yōu)于天然橡膠，在通用橡膠中是最好的，且動態(tài)生熱量少、滯后損失小、耐磨耗性能優(yōu)異；丁苯橡膠耐磨耗性、氣密性、電絕緣性、耐熱性、耐老化性比天然橡膠好；丁基橡膠具有優(yōu)異的氣密性、阻尼性、耐候性和耐化學(xué)性；丁腈橡膠具有良好的耐油和非極性溶劑性能，且耐熱性能優(yōu)于其他通用橡膠；乙丙橡膠屬于飽和性和非極性橡膠，不易被極化，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐老化性、耐化學(xué)性、耐水性和電絕緣性；簡述橡膠的熱解特性和燃燒過程。答：（1）熱解特性：一般條件下烴類橡膠發(fā)生無規(guī)降解，聚合物主鏈發(fā)生斷裂，橡膠分子量迅速下降，產(chǎn)生大量的鏈狀化合物和少量單體。對于氯丁橡膠、氯化聚乙烯橡膠等含鹵橡膠，加熱到200~400℃時主要發(fā)生脫鹵化氫反應(yīng)，放出大部分結(jié)合的鹵素，該階段的熱失重較為緩慢。當升溫至400~500℃，橡膠發(fā)生急劇分解，橡膠主鏈迅速斷裂，此時橡膠失重迅速，分解產(chǎn)生眾多的可燃性小分子產(chǎn)物。若繼續(xù)受熱至500℃以上時，則主要生成石墨結(jié)構(gòu)的炭質(zhì)層。主鏈含雜元素的雜鏈橡膠在受熱至350℃時開始緩慢分解，至600℃分解基本結(jié)束。硅橡膠的熱解產(chǎn)物中除二氧化碳之外，其余都是可燃物質(zhì)。（2）燃燒過程：橡膠的燃燒過程可以分為四個階段：升溫階段、點燃階段、燃燒階段和熄滅階段。升溫階段——升溫是通過熱傳導(dǎo)、熱對流或熱輻射的方式使橡膠溫度升高的過程。點燃階段——當周圍的環(huán)境溫度達到特定橡膠的燃燒點后，橡膠首先開始變軟、熔化、分解成低分子物，當升溫到橡膠的分解溫度后，就會分解出可燃氣體，當可燃氣體達到一定數(shù)量時，若達到其可燃點，即刻會有火焰燃燒。燃燒階段——橡膠熱分解的產(chǎn)物與空氣中的氧劇烈反應(yīng)出現(xiàn)火焰，橡膠開始正式燃燒，并伴隨著光和熱的釋放，形成小分子可燃物和不燃物。熄滅階段——持續(xù)到橡膠燃燒殆盡，或因燃燒中產(chǎn)生過多的鹵化氫氣體抑制燃燒，使燃燒無法繼續(xù)而熄滅。橡膠阻燃的基本途徑有哪些？答：（1）加入一種可以捕捉自由基HO?和H?的物質(zhì)，迫使燃燒停止。（2）加入可改變橡膠熱分解過程，促進形成三維空間炭質(zhì)層，減少焦油、可燃氣體釋放的物質(zhì)，從而降低橡膠的燃燒性能。（3）加入受熱分解能吸收熱量并產(chǎn)生不燃氣體的物質(zhì)。（4）加入受熱分解能產(chǎn)生黏稠不燃性物質(zhì)，均勻覆蓋在橡膠表面，使橡膠與空氣中的氧氣隔離并起到中斷燃燒、隔熱保護作用。（5）加入可使橡膠線性大分子交聯(lián)或增加其交聯(lián)密度和結(jié)晶取向等，從而提高其熱穩(wěn)定性的物質(zhì)。（6）橡膠聚合物主鏈上引入鹵素、磷、氮等阻燃元素，從而提高其阻燃性。簡述烴類橡膠阻燃配方設(shè)計方法。答：選用門尼黏度較大的生膠；硫化體系的選擇應(yīng)考慮提高膠料的耐熱性，防止低分子可燃性物質(zhì)的早期析出；添加氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鈣、硫酸鋇、滑石粉等無機填料；烴類橡膠往往采用兩種以上的復(fù)合阻燃劑，常用阻燃劑有鹵素阻燃劑與三氧化二銻復(fù)配體系、硼酸鋅、氫氧化鋁、磷酸酯類等。在實際使用時，不僅要考慮如何提高阻燃消煙性，還要考慮材料的機械強度、導(dǎo)電性和可加工性能等其他使用性能。簡述橡膠配方中各種配合體系的作用。答：硫化體系使橡膠的線型大分子鏈通過化學(xué)交聯(lián)作用而形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硫化后膠料的物理性能及其他性能都發(fā)生根本變化；補強體系能使橡膠的拉伸強度、撕裂強度及耐磨耗性同時獲得明顯提高，填充體系可起到增大體積、降低成本，改善加工工藝性能；老化與防護體系能抑制各種老化因素作用、延緩橡膠使用壽命；增塑體系能改善硫化膠的某些物理機械性能。硫化前后橡膠的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生了哪些變化？答：橡膠的線型大分子鏈通過硫化后形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)硫化的橡膠大分子，其分子結(jié)構(gòu)中各部位已不同程度地形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使大分子的相對運動受到限制，導(dǎo)致硫化膠比生膠的拉伸強度大、伸長率小、彈性大等。列出一般橡膠加工工藝過程。答：塑煉、混煉、壓延、壓出及硫化這5個工藝過程是橡膠加工中最基礎(chǔ)、最重要的加工過程。合成橡膠塑煉比天然橡膠困難的原因？答：合成橡膠的初始粘度較低，分子較短，缺乏天然橡膠那樣的高分子量級，當橡膠通過輥筒間隙時，分子間易于滑動，因而所受機械剪切應(yīng)力小。而且合成橡膠多半缺乏結(jié)晶能力，故在相同條件下受機械剪切力較低，而難以斷鏈。其次是合成橡膠在機械力作用下分子鏈斷裂生成的自由基比天然橡膠生成的自由基的穩(wěn)定性低，它們在降解反應(yīng)的同時還會引起支化反應(yīng)，交聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致生成凝膠。在高溫氧化裂解時（如170℃以上）合成橡膠更易產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，而形成凝膠。該情況在塑煉機上薄通也很難消除。常見阻燃橡膠制品包括哪些？分別適用于哪些領(lǐng)域？答：（1）阻燃運輸帶作為一種防火阻燃性能良好的運輸帶，廣泛應(yīng)用于煤礦、化工、冶金、建材等行業(yè)中。（2）阻燃電線、電纜護套層和絕緣層適用于電纜行業(yè)，如輸送電力能源的電線、輸送信息的高頻同軸電纜和通信電纜。（3）阻燃膠布制品適用領(lǐng)域廣泛，防水膠布可用作雨衣、下水衣、水產(chǎn)衣、潛水衣、救生衣、篷蓋布、墊布和生活用膠布，特殊性能防護膠布可用作耐油、耐化學(xué)腐蝕、防毒氣、防射線、耐熱、耐寒和耐燃等，工業(yè)類膠布可用作橡皮船、救生筏、浮橋、浮筒、水壩、氣枕、氣囊、儲氣袋、飲水袋、導(dǎo)風(fēng)筒、醫(yī)療襯墊、絕緣和其他工業(yè)配件等。（4）阻燃橡膠膠板適用于工礦企業(yè)和交通運輸部門，用作機器設(shè)備襯墊、密封墊片、緩沖墊板，也可以用于公共場所，代替木地板、大理石和水磨石等鋪裝地面。（5）電器及電子零件阻燃橡膠制品，適用于電源插頭、顯像管用高壓帽、絕緣子及電子輔助減震件等電器及電子零件。第八章 復(fù)習(xí)題木材的三種主要成分是什么？答：木材主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，占木材總質(zhì)量的90%左右，其余為一些浸提物和灰分等次要成分。簡要論述木材熱解和燃燒過程著火行為。答：（1）木材熱解過程通?？醋魇抢w維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要組分各自熱解過程的平行疊加，熱解產(chǎn)物主要是焦油、炭、惰性氣體和可燃氣體。該過程可分為兩個主要階段，第一階段（100~200℃）是木材中自由水蒸發(fā)和不穩(wěn)定小分子化合物分解的階段，質(zhì)量損失較少，主要產(chǎn)物為CO2、水蒸汽和少量的可燃性氣體；第二階段（200~600℃）為木材主要成分發(fā)生高溫?zé)峤夂吞炕碾A段。首先，半纖維素在220~350℃開始發(fā)生熱解，主要熱解產(chǎn)物包括CO2、CO、CH4、C2H6、烯烴等氣體。纖維素在280~350℃發(fā)生熱解，纖維素首先發(fā)生解聚和糖苷鍵的斷裂，生成以焦油成分形式存在的左旋葡萄糖。木質(zhì)素由于具有高含碳量（60%~66%）和穩(wěn)定的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，相比于纖維素和半纖維素表現(xiàn)出更高的熱穩(wěn)定性和更寬的熱解溫度區(qū)間。當溫度達到300℃左右時，木質(zhì)素苯環(huán)上的脂肪族側(cè)鏈開始分解；在370~400℃時，木質(zhì)素基本結(jié)構(gòu)單元苯丙烷之間的碳鍵斷裂，生成木炭；當溫度達到500℃及以上時，木炭以生成CO和甲醛等形式脫除氫和氧，進一步芳構(gòu)化。（2）木材的著火行為：木材著火現(xiàn)象通?？煞譃槊骰鹨?、陰燃著火和自燃。1）明火引燃是材料在火源加熱作用下產(chǎn)生可燃熱解氣體，當熱解氣體與空氣混合并達到一定濃度時，在外加點火源（電火花、火焰）的引燃下，發(fā)生連續(xù)的燃燒反應(yīng)過程。木材陰燃點燃通常比明火點燃容易，不需要較強的加熱源和引火源，只需要相對較小的點火能或較低的點火溫度。2）木材通常在5~10kW/m2的熱通量下發(fā)生陰燃，點火時表面溫度略高于200℃或特征熱解溫度。陰燃點火主要由炭氧化過程主導(dǎo)，然而很難通過該過程直接定義點火的起點，并獲得陰燃點火延滯時間。3）自燃現(xiàn)象泛指無明確外加點火源時發(fā)生的點火現(xiàn)象。木材自燃主要取決于木材的尺寸、環(huán)境溫度以及熱量傳導(dǎo)。自燃現(xiàn)象主要包括明火自燃、陰燃向明火轉(zhuǎn)變、熱自燃等。明火自燃是指無外加點火源，熱解可燃氣預(yù)混誘發(fā)的劇烈氣相反應(yīng)；木材受熱后表面炭層氧化誘發(fā)熾燃，最高溫度可超過500~700℃，從而可以實現(xiàn)從陰燃向氣相明火的轉(zhuǎn)變；熱自燃也是常見的自燃現(xiàn)象，其本質(zhì)是炭氧化或陰燃反應(yīng)。對于堆積的木顆粒、木粉或煤粉，當通過化學(xué)、物理或生物作用產(chǎn)生的熱量超過其向環(huán)境散失的熱量時，材料溫度會持續(xù)升高，熱解反應(yīng)速率增加，最終出現(xiàn)化學(xué)自燃現(xiàn)象。木材阻燃方法有哪些？答：木材阻燃方法主要分為表面處理、貼面處理及深層處理。表面處理是指在木材表面直接涂敷或沉