不同阻燃體系在使用不同燃燒測試方法總的差異現象解析
- 發(fā)布時(shí)間：2019-05-28 05-28 08:57 作者：阻燃劑材料
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不同體系在UL垂直燃燒測試常見(jiàn)的現象
一般會(huì )發(fā)現，添加相同分數的氮磷膨脹型阻燃劑在聚乙烯和聚丙烯中，UL94的級別為會(huì )存在明顯差異，阻燃聚丙烯更容易達到 UL94 V0，而阻燃聚乙烯可能僅僅才為 UL94 V2，只有加入更多的阻燃劑，阻燃聚乙烯才能夠達到 UL94 V0。 出現上述情況是由于聚乙烯和聚丙烯的降解機制所引起的，聚乙烯大約在 335～450℃之間分解，其燃燒熱值為 45.9MJ／kg；而聚丙烯分子結構中與叔碳原子相連的 H 活潑性大，與聚乙烯相比，降低了其熱穩定性，熱分解過(guò)程中，聚丙烯的分子量降低首先出現在 227～247℃之間，在 302℃以上時(shí)，分解變得顯著(zhù)，其燃燒熱值為 44.0MJ／kg。氮磷系膨脹型阻燃劑大約在 250℃左右開(kāi)始發(fā)揮效果，其與聚丙烯的匹配效果更好；而在聚乙烯中，在聚乙烯降解前，已經(jīng)消耗更多的阻燃劑；同時(shí)聚乙烯的燃燒熱也是大于聚丙烯的，從而最終導致上述區別。
阻燃制品通過(guò)UL 94V-0 標準并不能代表阻燃劑能夠滿(mǎn)足最終的阻燃要求。這除了燃燒法測試不全面有關(guān)，更重要的是該方法測試條件過(guò)于簡(jiǎn)單，應用考察單一 一般來(lái)說(shuō)，我們測試制品的阻燃可以通過(guò) UL 94V-0，并不能說(shuō)這個(gè)阻燃制品一定具備阻燃效果。根據 UL746C 標準， 制品通過(guò) 70℃×168h 浸水后阻燃依然保持 UL94 V0 的標準， 才具有真正的阻燃意義。如果制品不能夠通過(guò) UL746C 標準，則表明制品內的阻燃劑可能存在析出以及不耐水，不能夠滿(mǎn)足長(cháng)期使用的要求。
經(jīng)?？吹接腥酥苯佑么蚧饳C測試擠出的樣條來(lái)判斷材料的阻燃性，其存在一定的合理性，也存在一定的局限性，為什么？ 直接用打火機對制品進(jìn)行阻燃測試，對于鹵素體系，比較容易判斷，因為其體系的機制決定了產(chǎn)品的密實(shí)程度對于阻燃效果影響不大；同樣氫氧化物體系也是這樣；但是對于氮磷系成炭阻燃體系，由于依靠成炭機制，產(chǎn)品的密實(shí)程度對阻燃影響比較大，如剛擠出的條子，其密實(shí)程度有限，內部可能存在一些氣泡，對于成炭有副作用，而經(jīng)過(guò)注塑后的制品其密實(shí)度大大加強，成炭效果也更加的迅速。
不同體系在灼熱絲測試中的異?，F象
不同的環(huán)境下是否要求不同程度的灼熱絲標準？ 普通情況下的灼熱絲標準如前所述。
目前，電器對阻燃方面的要求越來(lái)越高，IEC60335 灼熱絲（即無(wú)人看管電器標準）要求是灼熱絲溫度 750℃，2S 熄滅。
許多阻燃劑不能夠穩定地做到上述阻燃，特別是傳統溴系阻燃體系，由于作用機理是氣相法，阻燃體系終止自由基的效率往往與種類(lèi)、用量和分散掛鉤，阻燃結果波動(dòng)變化大，不易通過(guò)高的灼熱絲溫度。
但是氮磷系膨脹型阻燃劑往往能夠很輕松的通過(guò)上述測試，由于其作用機理是形成連續的多孔碳層，正是依靠密閉的碳層，高效將火焰隔氧熄滅?？赏ㄟ^(guò)高的灼熱絲溫度，且延續時(shí)間往往較低，滿(mǎn)足無(wú)人看管電器標準要求。而磷系阻燃劑由于作用機理是凝固相機理，在熱絲與樣件表面易形成致密的碳層和耐燃層，也有利于隔絕熱氧熄滅，通過(guò)較高的灼熱絲溫度測試。
不同體系在UL94V-0與灼熱絲的測試的異?，F象的解析
在溴系阻燃 PP（十溴阻燃或八溴）中，在UL 94 垂直燃燒測試中能夠滿(mǎn)足標準，達到離火即熄的水平；即使添加過(guò)量的阻燃劑，灼熱絲依然不能夠達到標準；而氮磷系列膨脹型阻燃劑添加量越多，其灼熱絲和UL94 V0 測試的阻燃效果都是越好；
上述情況的出現是由于阻燃劑的阻燃機理不同造成的。 溴系阻燃PP是氣相法阻燃機理，通過(guò)溴系阻燃劑產(chǎn)生活性基團滅自由基，以及熔滴帶走熱量的機制實(shí)現阻燃，因此體系要達到一定溫度，使阻燃劑分解，才能順利滴落把熱量帶走或產(chǎn)生足夠活性基團去滅自由基，所以體現在 850℃灼熱絲比 750℃灼熱絲反而更好通過(guò)；同樣由于滴落因素的存在，所以通過(guò)測試的偶然性也要大很多
采用膨脹型成碳阻燃劑卻沒(méi)有上述異?，F象，因為阻燃體系是成碳的原理，灼熱絲插入制品后，灼熱絲周?chē)商?，阻燃劑的添加量越多，其成碳效果越好，可以達到完全沒(méi)有延燃時(shí)間。所以其灼熱絲測試效果與UL94 V0燃燒測試方向是一致的，不存在異常。
不同阻燃體系在氧指數和燃燒法方面的異?，F象解析
氫氧化物用于 PE 能夠擁有非常高的氧指數（一般都38以上） ，但是其比較難通過(guò) UL 94 V0 或者 VW-1。氮磷系列膨脹型阻燃劑用于 PE 氧指數不算太高（一般僅僅32 左右） ，但是其較易通過(guò) UL94 V0 或者VW-1。這種現象現象的存在，常常使一些習慣于參考LOI指標的研發(fā)人員感到很困惑。其實(shí)，這種異?，F象的存在，這一方面是由于氫氧化物和氮磷系膨脹型阻燃劑阻燃機理造成的，另外一方面是由于燃燒檢測方法的不同所造成的。
氫氧化物由于依靠釋放結晶水吸熱阻燃，其能夠降低體系的溫度，從而抑制燃燒過(guò)程，但是如果氫氧化物的量不夠的話(huà)，不能夠熄滅火焰，所以其正好符合氧指數的測試標準，降低溫度的過(guò)程，延遲了燃燒的進(jìn)行，導致其有較高的氧指數，但是由于其不能完全熄滅火焰，導致其不能滿(mǎn)足 UL94 垂直燃燒的要求。
氮磷系膨脹阻燃劑完全依靠成炭達到阻燃的目的，如果不能夠完全結炭覆蓋塑料表面，火焰傳遞速度不會(huì )變慢，所以其氧指數相對要低些，但是，一旦碳層形成，火焰就會(huì )立刻熄滅，表現 出 UL94 V0輕松達到。
了解產(chǎn)品的實(shí)際使用環(huán)境，了解產(chǎn)品阻燃的檢測方法和標準，并配合了解材料的燃燒特點(diǎn)及阻燃劑的阻燃機制，可以幫助我們更方便的制造出符合實(shí)際要求的阻燃高聚物。
特別是對于習慣于依賴(lài)一種測試方法來(lái)判定產(chǎn)品的阻燃效能的人們而言，充分了解上述不同阻燃體系和不同測試方法的異常問(wèn)題，對正確判定配方設計是否達到用戶(hù)要求有很大的幫助。
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