阻燃剂类型及其机制：技术深度分析
创建于2025.12.11
阻燃剂被广泛应用于许多物品中，如电子产品、建筑材料、汽车以及我们日常使用的产品。全球的消防安全法规越来越严格。因此，工程师需要真正了解不同阻燃剂的工作原理。这样，他们才能选择那些真正能提高安全性而不引发其他问题的阻燃剂。
本文为您详细介绍了阻燃剂的类型及其工作原理。我们将重点关注方法，而不仅仅是列出事实。
为什么阻燃剂和消防安全比以往更重要
有机聚合物最大的弱点之一是它们易燃。无处不在的材料——聚丙烯、聚乙烯、尼龙和类似塑料——都能意外地容易着火。一旦燃烧，它们往往会释放出高热、浓烟和有害气体。这些副产品通常是火灾中造成最严重伤害和死亡的原因，而不是火焰本身。
如果没有合适的阻燃剂，我们日常使用的许多塑料将无法通过今天的安全检查，例如UL94 V-0 评级。例如：
- 电动汽车组件和充电设备
- 高速电力和数据电缆
- 电子设备和适配器的外壳
- 建筑面板和绝缘材料
- 公共汽车、火车和飞机的内部部件
这些将无法通过防火测试。
阻燃剂通过改变材料燃烧的方式来阻止火灾。对于某种塑料，一个好的系统可以：
- 使火灾更难以开始。
- 减缓火势蔓延的速度。这非常有用。
- 阻止火焰在表面扩散。
- 产生更少的烟雾，以便人们可以更容易地逃生而不吸入有害物质。
- 提高继续燃烧所需的氧气量。
- 让事物不会过快崩溃，给人们更多时间逃离。
但重要的是要理解，每种塑料的燃烧方式不同，对阻燃剂的反应也不同。选择合适的阻燃剂需要深入了解化学物质的工作原理，它们是否与塑料良好混合，以及当前的规则是什么。
主要阻燃剂类型和机制
阻燃剂根据其成分和阻止火焰的方式进行分类，既可以在空气中也可以在材料本身上。以下是主要类型的简单分类：
1. 卤素阻燃剂（溴和氯）
这些阻燃剂即使在用量不大的情况下也能有效工作，这有助于降低成本并保持材料的正常功能。
它们的工作原理如下：
它们主要在空气中发挥作用。当它们燃烧时，会分解并释放卤素自由基（如溴或氯）。这些自由基可以阻止高能自由基（OH•和H•）的产生，从而使火焰无法继续燃烧。当这个循环被停止时，火焰就无法继续。
优点：
- 非常擅长扑灭火焰。
- 适用于需要满足严格安全标准（UL94 V-0）的塑料，通常用量不需要太多。
- 适合薄部件，无法添加大量填料。
缺点：
- 燃烧时可以产生腐蚀物体的烟雾和气体（氢卤酸气体）。
- 一些旧类型正在受到限制（REACH、RoHS 和 WEEE），因为人们担心环境问题。
常见用途：ABS外壳、连接器以及在使用少量时很重要的电子产品。
2. 磷基阻燃剂
这一组相当多样，包括液体有机磷酸酯和磷酸盐，以及固体三聚氰胺盐和金属磷酸盐。
它们的工作原理：
它们主要作用于材料本身。当加热时，它们反应并形成聚磷酸（PPA）结构。这个PPA有助于使表面的聚合物干燥，从而形成一个稳定的富碳层，而不是转化为可燃气体。
所产生的炭像盾牌一样，保持热量远离材料，并阻挡氧气和可燃气体。一些有机磷酸酯，如三芳基磷酸酯，也可以通过释放磷自由基在空气中工作，提供更多保护。
工程师喜欢它们的原因：
- 它们通常不含卤素，这有助于满足当前的环境法规。
- 通常比卤素化选项毒性更低，产生的烟雾也更少。
- 适用于电气材料，通常提供良好的电气性能。
局限性：
- 某些液态类型可能会软化聚合物。
- 对于某些聚合物，可能对加工方式或湿气敏感。
- 在高温加工过程中，可能需要抗氧化剂以防止聚合物降解。
用途：电线和电缆、PC/ABS混合物、柔性聚氨酯泡沫和热固性树脂。
3. 基于氮的阻燃剂
这些物质，如三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐和三聚氰胺硼酸盐，通常不单独使用，但它们的协同性能非常出色，尤其是与磷结合时。
它们的工作原理：
它们主要释放惰性气体并冷却材料。这些气体减少了火焰中的可燃气体和氧气的数量，提高了LOI。当暴露于火焰时，这些化合物迅速分解并释放出非可燃气体，主要是氮（N）和氨（NH）。分解过程使温度降低。它们在膨胀炭系统中起着关键作用，与磷的PPA一起工作，形成强大、发泡的保护层。
优点：
- 无卤素。
- 与磷一起使用时具有出色的协同性能。
- 有助于减少烟雾。
缺点：
- 在某些聚合物中单独使用时可能需要较高的用量。
- 某些盐可能对湿气敏感或影响部件的形状。
用途：聚丙烯、涂料、柔性泡沫和膨胀系统。
4. 矿物阻燃剂（ATH和MDH）
矿物水合物，如三水铝石（ATH）和二水氢氧化镁（MDH），因其非常安全而常用于电线和电缆。
它们的工作原理：
这些通过分解冷却并物理稀释。当加热时（ATH约200℃，MDH约330℃），它们吸收热量并释放水蒸气。简而言之，氢氧化铝或氢氧化镁吸收热量并分解成金属氧化物和水蒸气。
优点：
- 无毒且无卤素。
- 在减少烟雾方面表现出色。
- 在聚烯烃和橡胶中稳定。
缺点：
- 需要高含量（按重量计算40-65%）才能发挥作用。
- 这可能会影响强度、柔韧性以及聚合物的加工难易程度，除非经过处理。
应用：低烟无卤电缆护套、建筑材料和橡胶。
凝聚态与气相中的机械化学
阻燃剂类型 | 主要作用阶段 | 主要机制 | 对火三角的影响 |
卤素阻燃剂 | 气相 | 自由基淬灭 | 中断化学反应 |
矿物水合物 | 凝聚相（初始） | 吸热冷却 | 降低温度（热量） |
磷/IFR | 凝聚相 | 字符形成 | 去除燃料源（通过固化它） |
氮基 | 气相（次级） | 气体稀释 | 减少氧气和燃料浓度 |
最佳的防火材料可以同时以多种方式工作。例如，可以将产生保护层的材料与阻止火势蔓延的材料混合。这种混合效果远胜于单独使用任何一种材料。
基于这种多阶段防御原则，我们的专有FR3025和FR3040H解决方案利用这种精确的协同化学。这些先进的氮-磷系统旨在主导凝聚相——通过形成致密、稳定的膨胀炭障碍物——以及气相——通过释放惰性气体来稀释燃料。联系我们 如果您需要这种基于N-P的阻燃产品，请今天联系我。
常见问题解答
1. 世界上使用最广泛的阻燃剂是什么？
矿物阻燃剂（ATH和MDH）占据优势，因为它们成本不高，没有卤素，并且能有效阻止烟雾。这对于电线和电缆尤其重要。
2. 哪些阻燃剂对地球最好？
含磷、氮和矿物质的阻燃剂（称为无卤系统）非常适合希望环保并达到绿色标准的用户。
3. 我们还可以在新产品中使用卤素阻燃剂吗？
是的，但人们在密切关注。像RoHS、REACH和WEEE这样的规则限制了一些持久性材料。因此，行业正在提出更好的卤素化选项，这些选项不易释放或在生物体内积累。
4. 哪种阻燃剂最适合聚丙烯（PP）？
膨胀型阻燃剂（IFR）通常对聚丙烯（PP）效果最佳。它们帮助其获得UL 94 V-0评级，并保持良好的强度平衡，优于矿物水合物。
5. 阻燃剂如何改变塑料的强度？
这取决于阻燃剂。如果添加大量填料（40%或更多），例如矿物阻燃剂，塑料的弯曲性会降低，抗冲击能力也会下降。但液体或低含量的磷阻燃剂通常能保持良好的强度平衡，尽管它们可能会改变塑料对热的反应。
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