熱塑性聚合物復合材料阻燃機理及研究進展

羅靜 仝艷民

摘 要： 熱塑性聚合物復合材料在各領域的應用越來越廣泛，因此其阻燃性能為重要。本文簡要分析了熱塑性聚合物的阻燃機理，介紹了不同類型的阻燃添加劑的阻燃性能和研究進展。

關鍵詞： 熱塑性聚合物;復合材料;阻燃機理;阻燃性能

1 緒論

熱塑性聚合物（聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等）復合材料的特征在于高可塑性，低價格，抗腐蝕性，驅蟲性和可回收性，常于建筑幕墻鋁塑復合板的內芯填充材料，因此良好的阻燃性能是該材料廣泛應用的必要前提。[1]本文簡要分析了熱塑性聚合物的阻燃機理，同時介紹了不同類型阻燃添加劑的阻燃性能和近年來的研究進展。

2 熱塑性聚合物復合材料的阻燃機理

首先，熱塑性聚合物復合材料在受熱時，阻燃劑處于一種熔融狀態，形成一種琺瑯層或泡沫層，將聚合物與氧氣隔絕，達到阻燃效果。其次，有些阻燃劑含有大量結晶水，受熱時這些結晶水會以水蒸氣的形式釋放出來，釋放出來的水蒸氣會帶走大量熱量，這將延長材料達到著火點的時間。另外，一些阻燃劑可以在燃燒發生時釋放出具有阻燃作用的自由基，阻斷燃燒反應，從而達到了阻燃的目的。[2]

3 熱塑性聚合物復合材料阻燃研究進展

3.1 膨脹型阻燃體系

當材料燃燒時，膨脹型阻燃體系中的阻燃劑組分發生熱膨脹形成膨脹層，該膨脹層阻擋氧氣并阻止燃燒。李珊珊等人[3]在聚乙烯/木粉復合材料中加入了不同量的膨脹型阻燃劑，并測試了該材料的阻燃性能。隨著阻燃添加劑用量的增加，聚磷酸銨可與木粉形成協同作用，材料的極限氧指數顯著增加，有效地提高了阻燃性能。董潔等人[4]將聚磷酸銨、季戊四醇以及發泡劑等原料充分混合制備了一種膨脹型阻燃劑。燃燒實驗的結果表明，添加了聚磷酸銨和季戊四醇的聚丙烯/木粉復合材料比沒有添加阻燃劑時具有更好的阻燃性能。同時，復合材料的力學性能也有小幅提高。張道海等人[5]使用膨脹型阻燃劑對玻璃纖維/PP復合材料進行了阻燃實驗，通過氧極限以及垂直燃燒實驗測試其阻燃效果，實驗的結果表明該膨脹劑的添加可以有效地阻止材料燃燒的進行，大大提高防火等級。

3.2 無機阻燃體系

氫氧化鋁、硼酸鋅、氫氧化鎂等無機物具有良好的熱穩定性，受熱時不會釋放有害氣體，常以添加劑的形式用于各種聚合物復合材料中。

Baysal等[6]將硼酸鹽加入聚乙烯/木纖維復合材料中，經測試后發現，硼酸鹽的加入能明顯提升這種復合材料的阻燃性能。戴培邦等[7]制備了聚乙烯/氫氧化鎂阻燃復合材料。差示掃描量熱法的測試結果表明聚乙烯與氫氧化鎂存在某種相互作用，力學性能測試還表明，氫氧化鎂的加入并沒有對復合材料的綜合力學性能產生負面影響。鄒楠等人[8]將氫氧化鋁與花狀結構的磷酸鋁按照不同比例機械混合后添入聚乙烯中形成復合阻燃材料。結果顯示，適量的復合添加劑不僅可以大幅度降低熱釋放速率，起到阻燃作用，還可以提高復合材料的斷裂伸長率。

3.3 納米復合阻燃體系

由于納米材料本身具有小尺寸效應和表面效應，因此可以減少阻燃劑的用量并且可以改善阻燃效果。周鐵成等[9]分別研究了聚乙烯/納米SiO2復合材料的結構特征和熱穩定性。研究結果表明，納米SiO2可以明顯改善無鹵阻燃聚乙烯的阻燃性能，適量的納米SiO2的加入亦可獲得較佳的力學性能。曲銘海等[10]采用聚合法獲得了一種共聚酯與納米BaSO4顆粒復合的阻燃材料。研究發現，該體系中存在一定作用關系，可減少共聚酯的燃燒性和低落性，阻燃效果良好。

4 結語

近年來隨著熱塑性聚合物復合材料工業的快速發展，對材料的阻燃性能的要求也越來越高。未來的熱塑性聚合物復合阻燃材料將更加環保，更加低廉，新型納米阻燃添加劑也將被廣泛運用。

參考文獻：

[1]周穎，張道海，何敏，等.無鹵阻燃熱塑性聚氨酯彈性體復合材料研究進展[J].塑料助劑，2017（4）：1-4.

[2]陳南，鐘貴林，張國峰.石墨烯在聚合物阻燃材料中的應用及作用機理[J].應用化學，2018，35（3）：307-316.

[3]李珊珊，呂群，張清鋒，等.APP在PE基木塑復合材料中的阻燃作用研究[J].塑料工業，2009，37（12）：60-63.

[4]董吉，李斌.膨脹型阻燃劑對聚丙烯-木粉復合材料阻燃及性能的影響[J].化學與粘合，2007，29（4）：269-271.

[5]張道海，黃濤，何敏.PP/LGF復合材料的膨脹性阻燃與協效阻燃性能[J].工程塑料應用，2017，45（6）：29-34.

[6]Baysal E，Yalinkilic M K，Altinok M，et al.Some physical，biological，mechanical，and fire properties of wood polymer composite（WPC）pretreated with boric acid and borax mixture[J].Construction & Building Materials，2007，21（9）：1879-1885.

[7]戴培邦，彭華喬，蔡小霞，等.鋁酸酯偶聯劑對PE/Mg（OH）_2阻燃復合材料力學性能和熱穩定性的影響[C].2006中國阻燃學會年會，2006.

[8]鄒楠，龐洪昌，朱行坤，等.Al（OH）3@AlPO4多級結構復合阻燃劑及其阻燃PE的性能[J].工程塑料應用，2018（4）.

[9]周鐵成，周仕林，費秋英.改性納米二氧化硅對聚乙烯的熱性能及阻燃性能的影響[J].化學工程師，2008（7）：14-17.

[10]曲銘海，趙國明，楊冰，等.阻燃共聚酯/硫酸鋇納米復合材料的燃燒及熱性能研究[C].全國阻燃學術年會，2005.