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做塑料阻燃配方設(shè)計(jì)，真的有那么難嗎？
????????前幾天，一位朋友老王跟我嘮嗑兒，聊到家里的小孩剛剛進(jìn)入國(guó)內(nèi)某知名塑料改性公司從事阻燃方向改性配方設(shè)計(jì)工作。初入職場(chǎng)的小王，總是抱怨感覺(jué)要做完美的阻燃塑料配方設(shè)計(jì)，有那么一點(diǎn)點(diǎn)“難”。
????????其實(shí)，日常生活中我們會(huì)遇到很多的塑料產(chǎn)品，他們大部分采用的樹(shù)脂都屬于易燃或可燃材料。
????????為了減少和降低聚合物燃燒引起的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，通常我們需要對(duì)塑料產(chǎn)品進(jìn)行阻燃改性處理。所謂阻燃，實(shí)質(zhì)上就是延緩、抑制燃燒的傳播，減少熱引燃出現(xiàn)的頻率。
????????阻燃處理方法，一種是在合成樹(shù)脂時(shí)選用含有鹵、磷、氮等阻燃元素的原料，從而使樹(shù)脂本身具有阻燃性能，即本質(zhì)阻燃，但由于阻燃元素的含有量通常不會(huì)太多，因而阻燃效果有限;另一種簡(jiǎn)單易行的方法則是在樹(shù)脂中直接加入阻燃劑。
本質(zhì)阻燃含磷共聚酯合成示意圖(歐育湘 教授)
????????材料的燃燒特性與材料的比熱容、熱導(dǎo)率、熱分解溫度、熱分解產(chǎn)物、燃燒熱等都有很大的關(guān)系。下面我來(lái)跟大家分享下塑料改性如何選擇阻燃劑以及添加量的問(wèn)題。
????????首先，針對(duì)改性塑料阻燃，基本以添加型阻燃劑為主，主要因?yàn)槠渚哂信浞届`活，產(chǎn)品種類(lèi)多樣的特點(diǎn)。因此，選擇合適的阻燃劑也就成了比較重要的問(wèn)題。
????????通常，可以用四步法來(lái)完成。
????????第一步：確認(rèn)是何種材料：PP / PA6 / PA66 / PC / ABS等。
????????第二步：阻燃等級(jí)的確認(rèn)：5VA，5VB，V0，V1，V2，HB，是否可以滴落、氧指數(shù)的要求。
????????第三步：是否有無(wú)鹵的要求。(鹵素含量<500ppm，還是=0?)
????????第四步：除阻燃性能外，其他性能的要求，如力學(xué)性能 、電氣特殊性能等。
????????下表是比較常見(jiàn)改性材料常用阻燃劑。當(dāng)然，除了表格中列出的，許多新的磷氮系阻燃劑都已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)或正在開(kāi)發(fā)中。雖然很多新產(chǎn)品有著各種各樣的問(wèn)題，但是隨著研究人員的研究不斷深入，我們相信這些新產(chǎn)品會(huì)很快應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。
????????了解常用的阻燃改性添加劑之后，我們?cè)賮?lái)聊聊配方設(shè)計(jì)中阻燃劑的添加量，一般可以依據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定。通常認(rèn)為，氧指數(shù)在22-27之間屬于自熄性材料，能在火焰中燃燒，但離火自熄。
????????氧指數(shù)
????????氧指數(shù)指的是剛好維持某塑料材料燃燒所需氧/氮混合氣體中最低氧含量的百分?jǐn)?shù)，所以氧指數(shù)也被稱(chēng)為極限氧指數(shù)。氧指數(shù)越小，說(shuō)明這種塑料材料更易燃，反之則不易燃燒。空氣中的氧含量維持在21%左右，所以通常認(rèn)為大于22%的才具有阻燃性。
????????下表是各塑料達(dá)到自熄時(shí)阻燃元素的含量。
????????根據(jù)表格中阻燃元素的含量與離火自熄的關(guān)系，我們可以推算阻燃劑的用量。式中，x為上表中阻燃元素的含量值;n為阻燃元素的個(gè)數(shù)。
????????舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)：不飽和聚酯玻璃鋼阻燃配方如何設(shè)計(jì)?
????????不飽和聚酯的氧指數(shù)為20.6，為易燃材料，選用六溴苯和三氧化二銻為阻燃劑。六溴苯的分子量為551.49，溴的相對(duì)原子質(zhì)量為 79.9，根據(jù)上表數(shù)據(jù)，x為8，n為6，根據(jù)上面公式：
????????即100份材料中所需的六溴苯阻燃劑為9.2份，同理，三氧化二銻需要的量也可以輕松地計(jì)算出為2份。怎么樣，這樣一看，阻燃改性配方設(shè)計(jì)是不是沒(méi)有那么難了。
????????當(dāng)然，以上的配方設(shè)計(jì)僅僅只是作為阻燃材料開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一點(diǎn)參考，實(shí)際過(guò)程中的阻燃配方設(shè)計(jì)可能比上述過(guò)程復(fù)雜的多。應(yīng)用環(huán)境的不同對(duì)于阻燃劑的選型來(lái)說(shuō)也是一個(gè)重要的因素。此外由于樹(shù)脂和阻燃劑選擇的不同以及阻燃要求的不同，阻燃劑的添加量也要根據(jù)實(shí)際要求來(lái)設(shè)計(jì)。
