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科技论文

聚合物材料阻燃技术

聚合物材料价格低廉,性能优异,在我们的日常生活中得到了广泛的应用。然而,聚合物材料也有明显的缺点。由于大多数聚合物材料燃点低,火灾不易熄灭,也对环境和人民生命财产安全构成一定威胁,也在一定程度上限制了聚合物材料的应用范围。因此,研究聚合物材料的阻燃机理,分析相关聚合物材料的阻燃技术,有助于更好地利用聚合物材料的性能,为社会经济发展服务。


1、聚合物材料阻燃机制


目前,聚合物材料在阻燃行业的应用过程中,主要采用添加方法,很少采用反应方法,因此添加剂在阻燃材料中的应用更为广泛,甚至决定了阻燃材料的性能,到目前为止,阻燃材料研究的重点仍然是添加剂的研究,好的添加剂就像化学反应酶,可以加速化学反应的速率。由于聚合物材料遇到明火点燃,会发生剧烈的氧化反应,在燃烧过程中,会释放大量的羟基,因为羟基非常活跃,容易与其他物质结合,结合后的产物是水和其他有机物。其他有机物和氧气的进一步结合会产生进一步的分解反应,并形成新的有机物。在这种循环反应中,燃烧将继续下去,这是聚合物阻燃过程中的机制。


1.1高分子材料的燃烧机理


由于热量的影响,聚合物材料的化学性质会发生很大的变化,可以分解和挥发许多可燃物质,热分解产物在固相和气相环境中迅速分解。如果燃烧不遵循热平衡原理,聚合物会随着热量和燃烧热量的变化而产生定性的变化。


1.2聚合物材料的阻燃机理


聚合物材料的阻燃技术是为其燃烧机制而开发的。如果聚合物材料燃烧稳定,则必须具有可燃性和稳定性,可以隔离重物质。因此,阻燃技术是冷却和稀释材料,然后达到阻燃的最终目的。目前聚合物材料阻燃技术的主要方法是添加,反应利用较少,因此在阻燃材料的研究过程中,添加剂的应用已成为首要任务。


2、聚合物材料阻燃技术


如今,聚合物材料的阻燃技术取得了相当大的进展,不断有新的阻燃技术来满足阻燃的需要。经研究,分析了微胶囊技术、纳米技术、膨胀技术等几种常用且有效的聚合物材料阻燃技术,PS/OMMT纳米复合阻燃技术、化学反应阻燃技术。


2.1CNT材料阻燃技术


PS/OMMT纳米复合阻燃技术是基于纳米技术开发的。纳米技术的诞生改变了许多行业的发展趋势。纳米技术的引入也为聚合物阻燃技术的研究带来了新的突破。经过准确的探索和研究,研究人员发现在聚合物材料中添加纳米结构会导致聚合物材料内部结构的相应变化,进一步实现阻燃的目的。目前,有许多材料被用作纳米添加剂,其中层状硅酸盐、石墨、碳纳米管和其他材料是最常用和最常见的纳米添加剂材料。基于笔者和其他专家学者的大量实践和研究,如果PS和有机蒙脱土(简称OMMT)元素能够适量添加到聚合物材料中,并将两种元素材料制成PS/OMMT复合材料,可以大大提高其阻燃效果。同时,在制备探索过程中,反复尝试添加比例,PS和OMMT合理比例,PS燃烧放热率迅速下降,避免部分热反馈现象,有效限制火焰扩散,最大限度地降低火灾扩散的可能性。目前,CNT材料阻燃技术在许多领域的应用越来越广泛,其中汽车制造业是CNT材料阻燃技术应用最广泛的行业。


2.2膨胀技术


聚合物阻燃技术中的膨胀阻燃材料由氮和磷组成,只有通过发泡剂、碳化催促剂和碳化剂的结合才能实现。其工作机制是在聚合物材料表面形成泡沫层,防止热源融化材料,以有效阻挡烟雾和氧气。该技术一般用于电缆外层和装饰材料外层的耐火层,毒性低,烟雾少,是聚合物材料阻燃技术未来的主要发展方向。


2.3微胶囊技术


阻燃剂微胶囊化是目前使用的主要阻燃剂技术之一。在微米测量的微容器中,将无机阻燃剂或有机阻燃剂包裹起来,实现阻燃剂微胶囊化。在容器材料的选择上,一种是蛋白质、纤维素、动物胶等天然聚合物材料,另一种是聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯等人工聚合物材料。这种胶囊材料不会与阻燃剂发生化学反应。当物体发生高热反应时,由于溶解,胶囊壁会破裂,阻燃剂会释放。该技术的重要环节是控制影响阻燃效果的各种因素,如微胶囊尺寸、胶囊壁厚度、强度和阻燃剂释放速度。微胶囊技术在改善阻燃剂的形状和效率以及环境保护方面可以产生更好的效果。


2.4纳米阻燃技术


纳米尺度结构融入易燃聚合物材料基体,改变了聚合物材料阻燃方法的研究模式和方向。由于纳米尺度的结构干预,聚合物易燃材料发生微观变化,形成无机化合物纳米复合阻燃材料和有机聚合物纳米复合阻燃材料。这种新的微观结构通过将碳纳米管、二氧化硅、多面体低聚倍半硅氧烷、石墨等纳米添加剂融入易燃聚合物材料。降低聚合物材料的燃烧性能,提高热分解能力,提高普通聚合物材料的阻燃性能,纳米技术在聚合物材料阻燃方法中的应用是我国科技领域领先的创新技术成果。


2.5接枝和交联改性技术


接枝和交联是使聚合物材料功能化的有效方法。近年来,该技术也被用于阻燃聚合物材料。接枝包括化学接枝和光敏接枝。通过接枝共聚,可以提高聚合物的热稳定性和阻燃性,即借助成炭实现多系凝聚相阻燃模式。由于接枝单体可以在聚合物表面形成粘附的绝缘层,特别是无机绝缘层,因此对提高聚合物的阻燃性特别有效。聚合物材料本身的交联,或聚合物材料的热裂解产物在凝聚相中交联,也可以减少可燃产物的产生,提高材料的阻燃性,主要是辐射交联。


3、结束语


一般来说,随着我国聚合物材料领域的深入挖掘,各种新兴聚合物材料出现在人们的视野中,阻断技术不断优化和完善,形成了一定的技术基础。近年来,我国消防工作的全面实施和相应要求的不断提高,使大量阻燃产品出现,并取得了一定的良好效果。但各种生产工艺仍存在各自的缺陷或实践不足,应进一步开发和探索。本文以此为基本背景,详细解释了聚合物材料阻燃的原理、各种技术的优缺点。并针对相应的技术,对该领域未来的发展进行了粗略的估计。


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