提要：阻燃（FR）塑料對于我們每天使用的設備必不可少，為防火提供了有價值的工具，但是它們的技術很復雜。盡管某些樹脂具有固有的阻燃性，但其他樹脂則需要特殊的添加劑，以最大程度地減少煙霧和火焰的傳播。

阻燃劑-作用機理與化學作用

阻燃劑（FR）是為了抑制/延緩塑料著火/燃燒而添加的化合物。為了防止燃燒，有必要設計一種熱穩定的聚合物，該聚合物在熱應力下分解為可燃氣體的可能性較小。

但是，熱穩定的聚合物可能表現出性能限制，并且通常太昂貴并且難以加工。因此，制造商添加了各種阻燃劑以賦予塑料阻燃性。

添加劑與反應性阻燃劑

與聚合物一起使用的阻燃劑 有幾種化學類別，包括溴化阻燃劑，有機磷阻燃劑，基于三聚氰胺的阻燃劑，金屬氫氧化物FR等。除這些化學類別外，還有其他阻燃劑可以摻入聚合物中。它們可用作添加劑和反應性阻燃劑。

兩種類別都可能在很大程度上影響不同聚合物的相似性能，例如粘度，柔韌性，密度等。下表中列出了反應性阻燃劑和添加劑阻燃劑的某些特性，以便更好地了解其各自的特性。

為什么要使用阻燃劑？阻燃劑直接有助于挽救生命

在大多數情況下，聚合物會引發或蔓延火災，因為作為有機化合物，當暴露于熱時，它們會分解為揮發性可燃產品。

但是，在許多領域，例如電氣，電子，運輸，建筑等，聚合物的使用受到其易燃性的限制，無論其使用帶來的好處的重要性如何。

目前合成聚合物的擴散大大增加了“火災危險 ”和“火災隱患 ”，分別是發生火災的可能性及其對人或建筑物的后果。

為了滿足這些法律要求，需要在聚合物中添加阻燃劑。為了增加人員的逃生時間，這些添加劑的作用是：減慢聚合物燃燒和降解（滅火）、減少煙霧排放、避免滴落。

法規的嚴格程度取決于逃避環境所需的時間！

使用阻燃劑的防火

阻燃劑的目標是通用的，可以在以下各項中簡單說明：防止火勢或阻止火勢蔓延，即閃光。控制可燃物品的著火性能，提供滅火。

隨時間閃光與阻燃用途

在著火的情況下，使用阻燃劑會大大增加可用的逃生時間。保護乘員免受火災影響，及時提供緊急通知，保護逃生路線，在必要和可能的地方提供避難所。

煙霧釋放與火勢蔓延

阻燃劑的使用減少了火焰的蔓延，因此產生煙霧的速率增加。更少的煙霧產生會增加可用的逃生時間。最小化火的影響，按租戶，入住人數或最大面積進行分隔。維護財產的結構完整性，提供共享屬性的繼續操作。

火災初期要維護的功能示例

支持消防業務

提供識別火災地點的信息，提供與避難區的可靠通信，提供消防部門的訪問，控制，通信和選擇。

為了防止火災或阻止火災的蔓延和蔓延，材料和產品性能測試用于對代表系統中主要燃料的物品的燃燒性能設置限制。大部分消防安全要求包括材料防火性能測試標準，以阻止其增長和擴散。基于評估單個材料著火性能的測試方法，測試方法通常基于火焰蔓延速度的測量。

下表簡要列出了阻燃和耐火特性：

阻燃劑作用機理

火災是三個因素的結果：熱、燃料、氧

熱量通過聚合物的熱解產生易燃氣體。然后，這些氣體和氧氣之間的適當比例導致聚合物著火。燃燒導致熱量散發出來（增量H1）并反饋（增量H2）。該熱反饋使聚合物熱解并保持燃燒。

為了限制該燃燒循環的建立，必須去除一種（或幾種）成分。為了打破這個燃燒循環，有幾種技術可用。

阻燃劑必須抑制甚至抑制燃燒過程。取決于聚合物和防火測試，阻燃劑會干擾燃燒過程的一個或幾個階段：加熱，分解，著火，火焰蔓延，冒煙過程。

阻燃劑的作用是: 在凝聚 / 氣相中發生化學反應，以及 / 或物理反應

但是，我們必須記住，它們都發生在一個復雜的過程中，同時發生了許多同時反應。讓我們深入了解它們的作用機理：

a.化學效應（凝聚相）在冷凝階段，可以發生兩種類型的反應：

阻燃劑可加速聚合物的分解。這導致聚合物明顯流動，從而減少了火焰的沖擊，火焰消失了。阻燃劑會在聚合物表面形成一層碳（炭化）。例如通過阻燃劑的脫水作用在聚合物中產生雙鍵而發生。這些過程通過環化和交聯過程循環形成碳質層。

炭化膨脹形成

膨脹

通過膨脹的阻燃聚合物本質上是凝聚相機理的特例。在這種情況下，活性發生在冷凝相中，而氣相中的自由基捕集機理似乎不起作用。

在膨脹階段，產生的燃料量也大大減少，并形成炭而不是可燃氣體。然而，膨脹型炭在此過程中具有特殊的積極作用。它構成了雙向屏障，既阻止了可燃氣體和熔融聚合物通過到火焰中，又阻止了聚合物受到火焰熱的影響。

盡管在過去15年中開發了許多膨脹系統，但它們似乎都基于以下3種基本成分的應用：

一種“催化劑”（酸源），炭化劑和發泡劑（特殊）。

結合了導致膨脹作用的最后三種成分的添加劑是可商購的。但是，膨脹型制劑可以簡單地開發出來，并且比某些商業級產品更適合某些特定應用。下表1總結了常用的催化劑，炭化劑和發泡劑。

1. b.化學效應（氣相）

阻燃劑或其降解產物阻止了在氣相中發生的燃燒過程的根本機理。因此，在火焰中發生的放熱過程被停止，系統冷卻，可燃氣體的供應減少，最終被完全抑制。 高反應性自由基HO·和H·可以在氣相中與其他自由基發生反應，例如由阻燃劑降解導致的鹵化自由基X·。生成的反應性自由基較少，從而降低了燃燒動力學。（請參見下圖）

火焰抑制研究表明，其有效性降低如下：HI> HBr> HCl> HF

鹵代阻燃劑的作用機理

通常使用溴化化合物和氯化有機化合物，因為碘化物在加工溫度下是熱不穩定的，并且氟化物的有效性太低。選擇取決于聚合物類型。鹵化阻燃劑在加工條件下的行為（穩定性，熔融性，分布性等）和/或對所得材料的性能和長期穩定性的影響是必須考慮的標準。

此外，特別推薦使用在聚合物降解為可燃揮發性產品的相同溫度范圍內，能在火焰中產生鹵化物的添加劑。然后，燃料和抑制劑都將根據“在正確的時間在正確的位置”原則到達氣相。

最有效的阻燃（FR）聚合物材料是鹵素基聚合物（PVC，CPVC，FEP，PVDF ...）和添加劑（CP，TBBA，DECA，BEOs ...）。但是，防火性能的提高取決于防火測試的類型，即應用。

它們完美地說明了先前描述的化學作用方式。燃燒動力學機制的嚴重擾動導致不完全燃燒。

與三氧化二銻（Sb2 O 3）協同作用

為了有效捕獲自由基，需要以氣態氣相到達火焰。三氧化二銻的加入允許形成揮發性的銻物質（鹵化銻或鹵氧化銻），通過下面提出的一系列反應可通過抑制H *自由基來中斷燃燒過程。該現象解釋了鹵代化合物與Sb 2 O 3之間的協同作用。

對于大多數應用，這兩種成分均存在于配方中。

2.物理影響，形成保護層

這些添加劑可以通過外部熱流形成一個低熱導率的屏蔽層，從而減少熱源對材料的傳熱。然后降低聚合物的降解速率，減少“燃料流”(材料降解產生的熱解氣體) ，為火焰提供燃料。

磷添加劑的作用也是一樣的。它們的熱解產生熱穩定的多聚磷化合物，形成保護性玻璃屏障。使用硼酸基添加劑、硼酸鋅或低熔點玻璃也可以觀察到同樣的機理。

圖一: 形成保護層抑制，燃燒和揮發

冷卻效應

添加劑的降解反應會影響燃燒的能量平衡。該添加劑可以使內熱降解，使基材冷卻到低于維持燃燒過程所需的溫度。不同的金屬氫氧化物遵循這一原則，其效率取決于聚合物中的含量。

稀釋

加入惰性物質(例如滑石粉或白堊等填料)和添加劑(在分解過程中演變為惰性氣體) ，使燃料在固相和氣相中稀釋，使氣體混合物的點火下限未達到。在最近的工作中，大量灰分(由某些硅基填料產生)的隔離作用已經在阻燃體系中得到證實。

此外，它還突出了一個相反的效果，即填充材料的熱導率增加了本體中聚合物的熱降解。