阻燃剂类型及其机制：技术深度分析
创建于12.11
阻燃剂被广泛应用于许多领域，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会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于着火。无处不在的材料——聚丙烯、聚乙烯、尼龙和类似的塑料——可以意外地轻易着火。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主要原因，而不是火焰本身。
没有合适的阻燃剂，我们每天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. 事情像：
- 电动汽车组件和充电设备
- 高速电力和数据电缆
- 电子产品和适配器的外壳
- 建筑面板和绝缘材料
- 公交车、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的燃烧方式来阻止火灾。某种塑料的良好系统可以：
- 使火灾更难发生。
- 减缓火势蔓延的速度。这非常有用。
- 阻止火势在表面蔓延。
- 减少烟雾，以便人们能够更容易地逃生，而不吸入有害物质。
- 提高其继续燃烧所需的氧气量。
- 保持事物不会过快崩溃，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，并且对阻燃剂的反应也不同。选择合适的阻燃剂需要对化学物质的工作原理、它们与塑料的混合效果以及当前的规定有透彻的了解。
主要阻燃剂类型及其机制
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：
卤化阻燃剂（溴和氯）
这些在你不使用很多时也能很好地工作，这有助于降低成本并保持材料正常运作。
它们是如何工作的：
它们主要在空气中工作。当它们燃烧时，会分解并释放卤素自由基（如溴或氯）。这些自由基会阻止高能自由基（OH• 和 H•）继续维持火焰。当这个循环被停止时，火焰就无法继续燃烧。
积极点：
- 真的很擅长扑灭火焰。
- 非常适合需要满足严格安全规则（UL94 V-0）的塑料，而且通常不需要太多。
- 适合薄的部分，无法添加大量填充物。
缺点：
- 可以在燃烧时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），因为人们对环境感到担忧。
常见用途：ABS外壳、连接器和电子产品，在使用少量材料时非常重要。
2. 磷基阻燃剂
这个组别相当多样，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膦酸盐。
它们是如何工作的：
它们主要作用于材料本身。当加热时，它们会反应并形成聚磷酸（PPA）结构。这个PPA有助于干燥表面的聚合物，因此它形成了一个稳定的富碳层，而不是转化为易燃气体。
生成的碳材料像一个屏障，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发挥作用，提供更多的保护。
工程师为什么喜欢它们：
- 它们通常不含卤素，这有助于符合当前的环境法规。
- 通常比卤素选项毒性更低，产生的烟雾也更少。
- 适合电气材料，通常提供良好的电气性能。
限制：
- 某些液体类型可以软化聚合物。
- 对于某些聚合物，它们可能对加工方式或湿度敏感。
- 可能需要一种抗氧化剂，以防止聚合物在高温加工过程中降解。
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. 氮基阻燃剂
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，但它们在协同性能方面表现出色，尤其是与磷的结合。
它们是如何工作的：
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非可燃气体，主要是氮（N）和氨（NH）。分解过程使物体降温。它们在膨胀炭系统中起着关键作用，与来自磷的PPA一起工作，形成强大的泡沫保护层。
好点：
- 无卤素。
- 与磷一起使用时表现出色的协同效果。
- 帮助减少烟雾。
坏点：
- 在某些聚合物中单独使用时可能需要高剂量。
- 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，如三水铝土矿（ATH）和二水氢氧化镁（MDH），因其非常安全而常用于电线和电缆中。
它们是如何工作的：
这些通过分解和物理稀释冷却。当加热时（ATH约200℃和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。
优势：
- 无毒且无卤素。
- 擅长减少烟雾。
- 在聚烯烃和橡胶中稳定。
缺点：
- 需要高含量（40–65% 以重量计）才能发挥作用。
- 这可能会影响聚合物的强度、柔韧性以及加工的难易程度，除非经过处理。
应用：低烟零卤素电缆护套、建筑材料和橡胶。
凝聚相与气相中的机械化学
阻燃剂类型 | 行动的初级阶段 | 主要机制 | 火三角的影响 |
卤素阻燃剂 | 气相 | 激进淬火 | 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 | 去除燃料来源（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发挥多种作用。例如，您可以将某种能形成保护层的材料与某种能阻止火势蔓延的材料混合。这种混合效果远远优于单独使用任何一种材料。
基于这种多阶段防御的原则，我们的专有FR3025抱歉，您没有提供需要翻译的内容。请提供具体的文本，我将为您进行翻译。FR3040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、稳定的膨胀炭障壁——以及气相——通过释放惰性气体来稀释燃料。联系我们今天如果您需要这样的基于N-P的阻燃产品。
常见问题
全球使用最广泛的阻燃剂是什么？
矿物阻燃剂（ATH和MDH）之所以受欢迎，是因为它们成本不高，不含卤素，并且在抑制烟雾方面表现良好。这一点在电线和电缆中尤为明显。
2. 哪些阻燃剂对地球最有利？
含有磷、氮和矿物质的阻燃剂（称为无卤素系统）非常适合希望环保并达到绿色标准的您。
3. 我们还可以在新产品中使用卤化阻燃剂吗？
是的，但人们正在密切关注。像RoHS、REACH和WEEE这样的规则限制了一些持久性物质。因此，行业正在提出更好的卤素化选择，这些选择不会轻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。它们帮助聚丙烯获得UL 94 V-0等级，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。如果添加了大量填料（40%或更多），例如矿物阻燃剂，塑料的弯曲性会变差，抗冲击性也会降低。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处理方式。
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