Page 73 - 《橡塑技术与装备》2024年1期

工艺与设备 李磊 等·高效膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯的阻燃机理

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表 2 35 kW/m 条件下 PP/APP/CFA 三元复合材料的燃烧参数
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TTI/s T PHRR /s PHRR/(kW m ) AHRR/(kW m ) av-EHC/MJ (kg) -1 av-SEA/m (kg) -1
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PP 72 212 924 367.22 55.04 542.12
PP/APP/CFA20 54 305 342 259.44 46.22 421.27
PP/APP/CFA24 49 400 256 164.42 42.17 300.79
PP/APP/CFA28 42 400 122 72.12 35.31 90.70
PP/APP/CFA32 47 420 88 42.18 30.15 50.01
注： TTI ：点火时间 ； TPHRR ：达到 PHRR 的时间 ； PHRR ：峰值热释放率 ； AHRR ：平均峰值放热率 ；
av-EHC ：平均有效燃烧热 ； FPI ： 防火性能指数。
而使热降解所需的时间变长，释放可燃性挥发物的时
间也变长，最终点燃时间也会变长。三元复合材料体
系(PP/APP/CFA) 受热时会在表面形成膨胀的炭层，
能够有效地阻止外部热量和氧气的传递，从而导致材
料表面温度迅速升高。这会导致材料表面的降解速
度更快，并产生可燃性挥发物，使得点燃时间缩短。
图 4 是 PP/APP/CFA 三元复合复合材料的释放热总
量（THR）曲线。与原料 PP 相 比，PP/APP/CFA 的
THR 明显减小，且随着阻燃剂的用量增加，阻燃材料
的 THR 下降幅度增大。燃烧结束时，原料 PP 的 THR
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为 213.02 MJ/m ，而阻燃剂用量为 32%( 质量分数 )
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时，PP/APP/CFA32 的 THR 降至 39.28 MJ/m ，是原
图 4 PP/APP/CFA 三元复合材料的总放热量
料 PP 的 18.43%。材料燃烧时释放的热量越少，反馈
给材料的热量就越少，这样就可以使阻燃材料热降解 炭层由于不够稳定而在燃烧过程中破坏，另外阻燃剂
速度降低，使火灾的传播速度延缓，从而降低火灾发 释放出来的不燃性气体和燃烧产生的水蒸气会使膨胀
生的危险性。 的炭层稳定性降低而破裂，使内部基体暴露在热辐射
之下，从而有热量再次放出，导致第二个峰出现。实
验证明 [7] ，当燃烧初期材料表面形成更高质量和更具
热稳定性的炭层时，其隔热隔氧作用会变得更加强大。
这将降低第一个热释放速率峰值，并延长第二个热释
放速率峰值的出现时间，从而防止内部材料发生热降
解并促进燃烧。图 5 展示了以 PP 为原料和不同材料
(PP、 APP 和 CFA24) 为原料的有效燃烧热 (EHC) 曲线。
EHC 曲线反映了可燃挥发性气体在气相火焰中的燃
烧程度，其值越大，火灾危险性越高。因此，在生产
和储存过程中应严格遵守相关的安全规定和标准，以
确保设备和人员的安全。由图 5 和表 2 可见，阻燃体
系有效燃烧热均明显低于原料 PP 的有效燃烧热，PP/
图 3 PP/APP/CFA 三元复合材料的热释放速率 APP/CFA32 的平均有效燃烧热（av-EHC）下降至原
从 HRR 曲线形状来看，原料 PP 的 HRR 呈现单 料 PP 的 54.77%。主要由于阻燃剂受热形成致密膨胀
峰状，而阻燃体系的 HRR 曲线为多峰状。原因是材 炭层起到了阻隔效作用，减缓基体树脂分解速率，导
料发生热氧化降解，开始燃烧，HRR 增大，出现第一 致易燃性挥发物质组分含量降低，并抑制其在一定程
个热释放速率峰值，此时阻燃剂受热会形成膨胀型炭 度上的逸出，进而减少了气相可燃性挥发性物质的生
层，该炭层能够有效延缓热释放速率的增长，使热释 成量，同时阻燃剂热降解过程中生成氨气、水等不燃
放速率放缓 ；随着燃烧的进行，热量逐渐增加，膨胀 性气体，稀释了可燃性气体在气相中的的浓度，从而

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2024 第 50 卷 ·27·