热塑性聚合物复合材料阻燃机理及研究进展

罗静 仝艳民

摘 要： 热塑性聚合物复合材料在各领域的应用越来越广泛，因此其阻燃性能为重要。本文简要分析了热塑性聚合物的阻燃机理，介绍了不同类型的阻燃添加剂的阻燃性能和研究进展。

关键词： 热塑性聚合物;复合材料;阻燃机理;阻燃性能

1 绪论

热塑性聚合物（聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等）复合材料的特征在于高可塑性，低价格，抗腐蚀性，驱虫性和可回收性，常于建筑幕墙铝塑复合板的内芯填充材料，因此良好的阻燃性能是该材料广泛应用的必要前提。[1]本文简要分析了热塑性聚合物的阻燃机理，同时介绍了不同类型阻燃添加剂的阻燃性能和近年来的研究进展。

2 热塑性聚合物复合材料的阻燃机理

首先，热塑性聚合物复合材料在受热时，阻燃剂处于一种熔融状态，形成一种珐琅层或泡沫层，将聚合物与氧气隔绝，达到阻燃效果。其次，有些阻燃剂含有大量结晶水，受热时这些结晶水会以水蒸气的形式释放出来，释放出来的水蒸气会带走大量热量，这将延长材料达到着火点的时间。另外，一些阻燃剂可以在燃烧发生时释放出具有阻燃作用的自由基，阻断燃烧反应，从而达到了阻燃的目的。[2]

3 热塑性聚合物复合材料阻燃研究进展

3.1 膨胀型阻燃体系

当材料燃烧时，膨胀型阻燃体系中的阻燃剂组分发生热膨胀形成膨胀层，该膨胀层阻挡氧气并阻止燃烧。李珊珊等人[3]在聚乙烯/木粉复合材料中加入了不同量的膨胀型阻燃剂，并测试了该材料的阻燃性能。随着阻燃添加剂用量的增加，聚磷酸铵可与木粉形成协同作用，材料的极限氧指数显著增加，有效地提高了阻燃性能。董洁等人[4]将聚磷酸铵、季戊四醇以及发泡剂等原料充分混合制备了一种膨胀型阻燃剂。燃烧实验的结果表明，添加了聚磷酸铵和季戊四醇的聚丙烯/木粉复合材料比没有添加阻燃剂时具有更好的阻燃性能。同时，复合材料的力学性能也有小幅提高。张道海等人[5]使用膨胀型阻燃剂对玻璃纤维/PP复合材料进行了阻燃实验，通过氧极限以及垂直燃烧实验测试其阻燃效果，实验的结果表明该膨胀剂的添加可以有效地阻止材料燃烧的进行，大大提高防火等级。

3.2 无机阻燃体系

氢氧化铝、硼酸锌、氢氧化镁等无机物具有良好的热稳定性，受热时不会释放有害气体，常以添加剂的形式用于各种聚合物复合材料中。

Baysal等[6]将硼酸盐加入聚乙烯/木纤维复合材料中，经测试后发现，硼酸盐的加入能明显提升这种复合材料的阻燃性能。戴培邦等[7]制备了聚乙烯/氢氧化镁阻燃复合材料。差示扫描量热法的测试结果表明聚乙烯与氢氧化镁存在某种相互作用，力学性能测试还表明，氢氧化镁的加入并没有对复合材料的综合力学性能产生负面影响。邹楠等人[8]将氢氧化铝与花状结构的磷酸铝按照不同比例机械混合后添入聚乙烯中形成复合阻燃材料。结果显示，适量的复合添加剂不仅可以大幅度降低热释放速率，起到阻燃作用，还可以提高复合材料的断裂伸长率。

3.3 纳米复合阻燃体系

由于纳米材料本身具有小尺寸效应和表面效应，因此可以减少阻燃剂的用量并且可以改善阻燃效果。周铁成等[9]分别研究了聚乙烯/纳米SiO2复合材料的结构特征和热稳定性。研究结果表明，纳米SiO2可以明显改善无卤阻燃聚乙烯的阻燃性能，适量的纳米SiO2的加入亦可获得较佳的力学性能。曲铭海等[10]采用聚合法获得了一种共聚酯与纳米BaSO4颗粒复合的阻燃材料。研究发现，该体系中存在一定作用关系，可减少共聚酯的燃烧性和低落性，阻燃效果良好。

4 结语

近年来随着热塑性聚合物复合材料工业的快速发展，对材料的阻燃性能的要求也越来越高。未来的热塑性聚合物复合阻燃材料将更加环保，更加低廉，新型纳米阻燃添加剂也将被广泛运用。

参考文献：

[1]周颖，张道海，何敏，等.无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料研究进展[J].塑料助剂，2017（4）：1-4.

[2]陈南，钟贵林，张国峰.石墨烯在聚合物阻燃材料中的应用及作用机理[J].应用化学，2018，35（3）：307-316.

[3]李珊珊，吕群，张清锋，等.APP在PE基木塑复合材料中的阻燃作用研究[J].塑料工业，2009，37（12）：60-63.

[4]董吉，李斌.膨胀型阻燃剂对聚丙烯-木粉复合材料阻燃及性能的影响[J].化学与粘合，2007，29（4）：269-271.

[5]张道海，黄涛，何敏.PP/LGF复合材料的膨胀性阻燃与协效阻燃性能[J].工程塑料应用，2017，45（6）：29-34.

[6]Baysal E，Yalinkilic M K，Altinok M，et al.Some physical，biological，mechanical，and fire properties of wood polymer composite（WPC）pretreated with boric acid and borax mixture[J].Construction & Building Materials，2007，21（9）：1879-1885.

[7]戴培邦，彭华乔，蔡小霞，等.铝酸酯偶联剂对PE/Mg（OH）_2阻燃复合材料力学性能和热稳定性的影响[C].2006中国阻燃学会年会，2006.

[8]邹楠，庞洪昌，朱行坤，等.Al（OH）3@AlPO4多级结构复合阻燃剂及其阻燃PE的性能[J].工程塑料应用，2018（4）.

[9]周铁成，周仕林，费秋英.改性納米二氧化硅对聚乙烯的热性能及阻燃性能的影响[J].化学工程师，2008（7）：14-17.

[10]曲铭海，赵国明，杨冰，等.阻燃共聚酯/硫酸钡纳米复合材料的燃烧及热性能研究[C].全国阻燃学术年会，2005.