六种阻燃高分子 材料的分析、选择、改性

六种阻燃高分子材料的分析、选择、改性

项目 26 的六组任务 第一组：请为氧指数＜ 15 塑料制品的生产选择合适的高分子

材料； 第二组：请为 17 ＜氧指数＜ 19 塑料制品的生产选择合适的

高分子材料； 第三组：请为 18.5 ＜氧指数＜ 24 塑料制品的生产选择合适的

高分子材料； 第四组：请为 24.5 ＜氧指数＜ 30 塑料制品的生产选择合适的

高分子材料； 第五组：请为 29 ＜氧指数＜ 36 塑料制品的生产选择合适的

高分子材料； 第六组：请为 40 ＜氧指数＜ 95 塑料制品的生产选择合适的

高分子材料。

教学目的

通过对项目 26 所涉及到六种阻燃高分子材料的分析、选择、改性的整个实施过程，使学生进一步了解并掌握完成一个完整项目的每个细节，初步形成实施每个细节过程的能力，最终达到根据产品需要对高分子材料进行合理分析、合理选择、合理改性的总能力；进而结合学生所选择出来的材料从理论上归纳、总结与高分子物理的研究对象直接相关的结构与性能的关系；同时在完成项目过程中对课程整体方案所规定的拓展能力进行初步的锻炼。

能力（技能）目标 能根据阻燃高分子的不同用途要求，合理的

选择高分子材料；并能合理的分析所选择材料的结构、性能；如果不能直接选择到合适材料时，能 提出合理的改进意见与方案。

知识目标 被选用的高分子材料的主要结构特征、主要

性能及应用范围。 其中第 26 个项目重点学习高分子阻燃性能的

知识。

素质目标 初步建立良好的学习方法； 资料收集的方法； 处理问题的方法； 团队合作的意识； 用户至上的意识； 安全环保意识； 表述与合理辩解能力。

参考资料 潘文群 , 高分子材料分析与测试 . 化学工业出版社

2005 ； 戚亚光 , 高分子材料改性 . 化学工业出版社 ,2005 ； 聂垣凯 , 橡胶材料与配方 , 化学工业出版社 , 2004 ； 王文广 , 塑料材料的选用 . 化学工业出版社 , 2002 ； 高俊刚 , 高分子材料 . 化学工业出版社 , 2002 ； 桑永 , 塑料材料与配方 . 化学工业出版社 , 2001

阻燃类塑料的选用 随着人类社会的不断发展，人们对自身的安全越来

越加以关注，对与人类有关的各类材料的阻燃性要求越来越高。如护层电缆、装饰材料、建筑材料、日用品、儿童玩具、电器壳体、绝缘材料等制品都需要由阻燃性好的塑料材料制造。

同金属、玻璃、陶瓷、水泥等材料相比，塑料材料同木材一样，都属于可燃材料，它们两者都是有机高分子材料。因此，塑料的易燃性越来越引起人们的警惕。虽然有些塑料品种的可燃性比较低，氧指数大于 30 ，但这并不是说在有火种相助时就不燃烧，而只是有火即燃烧，离火即灭罢了。因此，在要求使用绝对不燃烧材料时，塑料材料就难以满足需要了。与不燃材料相比，塑料只能用于低阻燃要求的场合。

在具体选择阻燃塑料时，一般应注意如下三点：

① 选用氧指数大于 30 的塑料。塑料的阻燃性大小可用氧指数（ OI ）来表示，氧指数越大，说明其阻燃性越好。一般认为 OI ＞ 22 属易燃性塑料； OI ＝ 22 ～ 27 属自熄性塑料； OI ＞ 27 属难燃塑料。

我们常见到塑料品种的氧指数如下表 26-1 所示。

从表 26-1 中看出，氧指数大于 30 的难燃塑料品种有： PF 、 MPPO 、 PA66 、 MF 、 PI 、 PEEK 、PPS 、 HPVC 、 PBI 、 PVDC 、 F4 、 F3 、 F46 、LCP 及聚苯酯等。在要求阻燃性不很高时，这些塑料材料可以直接使用，它们都具有相当的阻燃性能。

② 对易燃烧类塑料进行阻燃改性时。从表 26-1 中得知，大多数塑料的氧发指数 OI 都小于 30 。而一般阻燃场合都要求塑料的 OI 值要达到 30 左右。因此，大多数塑料都需要进行阻燃改性。

塑料的阻燃改性方法是在树脂中加入阻燃材料，常用的阻燃材料有无机类和有机类两种。无机类阻燃材料有金属的氧化物如 Sb2O3 等、金属氢氧化物 Al(OH)3 和 Mg(OH)2 等、无机磷及磷化物、硼化物如水合硼酸锌等；有机阻燃材料有有机溴化物、氮化物及有机硅等。

下面介绍具体的阻燃配方实例。例一： PVC 阻燃配方： PVC l00 ， Al(OH)3 50 ，增塑剂 45 ， CPE 5 ，稳定剂 5 ， Sb2O3 10 。

此配方的氧指数为 36 。例二： PP 100 ， Mg(OH)2 10 ， Al(OH)3 20 ～ 50

，红磷 5 。 此配方的 OI ＝ 30例三：无卤阻燃配方： LDPE 100 ，红磷 9 ， Al

(OH)3 80 。 此配方的 OI ＝ 30

例四： ABS 阻燃配方： ABS 72% ， Sb2O3 4% ，TBBPA 24% 。

此配方的 OI ＝ 33.6例五： POM 阻燃配方： POM 100 ，三聚氰胺 2

0 ， MPP/APP 30 ，吸醛剂 (双氰胺 ) 适量。 此配方的 OI ＝ 50③尽可能选用无烟类塑料。塑料在燃烧时大都放出烟雾，这些烟雾一般都含有较大的毒性，这往往是导致火灾中人类伤亡的主要元凶。为此，在塑料的阻燃性同时，还要进行抑烟。

不同聚合物的发烟性大小不同，并可用最大烟密度来表示，常见聚合物的发烟性如表 26-2 所示。

对于抑烟材料而言，一 般要求塑料的最大烟密度要低于 300 。因 此，最 大烟密度小于 300 的 POM 、PA6 、 PMMA 、 LDPE 、 HDPE 、 PP 、 PTFE 、PVDC 等塑料可直接作为无烟材料而使用。而 PET 、 PC 、 PS 、 M3S 及 PVC 等最大烟密度大于300 的发烟量大的树脂都需要进行消烟处理后才可使用。

塑料的抑烟改性方法为在树脂中加入金属氧化物类抑烟剂，常用的单一金属氧化物消烟剂有： Fe2O3 、MoO3 、 CuO 及 BiO 等，其中 MoO3 因消烟好而最常用。

常用的复合金属氧化物消烟剂有： MgO/ZnO 、 MoO3/CuO 、 MoO3/Sb2O3 及 MoO3/ZnO 等，其中以MgO/ZnO 复合效果最好。

下面举一个 PVC 消烟参考配方 : PVC l00 份， 稳定剂 2 份， DOP 20 份，

CaCO3 26 份，环氧大豆油 3 份， Sb2O3+MoO3 6 份。

此配方的最大烟密度下降 25% ，氧指数为 41.5 。

项目 26 的总结部分图片：

阻燃 PBT 阻燃 EP 阻燃 PA

阻燃 PA/ABS

阻燃 ABS阻燃 PC

阻燃 PP

项目 26 的总结部分

阻燃 TPU

阻燃三聚氰胺

阻燃 PETG

阻燃仿皮革阻燃布

项目 26 的总结部分

耐火碳纤维

F4

项目 26 的总结部分

阻燃 PVC

项目 26 引深部分内容　　列举一下你听到的最清楚的火灾的引起原因？

项目 27 布置 第一组：请为热导率＜ 0.15w/(m•k) 制品的生产选择合适的

高分子材料； 第二组：请为 0.15w/(m•k) ＜热导率＜ 0.18w/(m•k) 制品的

生产选择合适的高分子材料； 第三组：请为 0.18w/(m•k) ＜热导率＜ 0.2w/(m•k) 制品的

生产选择合适的高分子材料； 第四组：请为 0.2w/(m•k) ＜热导率＜ 0.23w/(m•k) 制品的

生产选择合适的高分子材料； 第五组：请为 0.23w/(m•k) ＜热导率＜ 0.3w/(m•k) 制品的

生产选择合适的高分子材料； 第六组：请为 0.3w/(m•k) ＜热导率＜ 0.5w/(m•k) 制品的生

产选择合适的高分子材料。