不同阻燃體系在使用不同燃燒測試方法總的差異現象解析
- 發布時間：2019-05-28 05-28 08:57 作者：阻燃劑材料
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不同體系在UL垂直燃燒測試常見的現象
一般會發現，添加相同分數的氮磷膨脹型阻燃劑在聚乙烯和聚丙烯中，UL94的級別為會存在明顯差異，阻燃聚丙烯更容易達到 UL94 V0，而阻燃聚乙烯可能僅僅才為 UL94 V2，只有加入更多的阻燃劑，阻燃聚乙烯才能夠達到 UL94 V0。 出現上述情況是由于聚乙烯和聚丙烯的降解機制所引起的，聚乙烯大約在 335～450℃之間分解，其燃燒熱值為 45.9MJ／kg；而聚丙烯分子結構中與叔碳原子相連的 H 活潑性大，與聚乙烯相比，降低了其熱穩定性，熱分解過程中，聚丙烯的分子量降低首先出現在 227～247℃之間，在 302℃以上時，分解變得顯著，其燃燒熱值為 44.0MJ／kg。氮磷系膨脹型阻燃劑大約在 250℃左右開始發揮效果，其與聚丙烯的匹配效果更好；而在聚乙烯中，在聚乙烯降解前，已經消耗更多的阻燃劑；同時聚乙烯的燃燒熱也是大于聚丙烯的，從而最終導致上述區別。
阻燃制品通過UL 94V-0 標準并不能代表阻燃劑能夠滿足最終的阻燃要求。這除了燃燒法測試不全面有關，更重要的是該方法測試條件過于簡單，應用考察單一 一般來說，我們測試制品的阻燃可以通過 UL 94V-0，并不能說這個阻燃制品一定具備阻燃效果。根據 UL746C 標準， 制品通過 70℃×168h 浸水后阻燃依然保持 UL94 V0 的標準， 才具有真正的阻燃意義。如果制品不能夠通過 UL746C 標準，則表明制品內的阻燃劑可能存在析出以及不耐水，不能夠滿足長期使用的要求。
經常看到有人直接用打火機測試擠出的樣條來判斷材料的阻燃性，其存在一定的合理性，也存在一定的局限性，為什么？ 直接用打火機對制品進行阻燃測試，對于鹵素體系，比較容易判斷，因為其體系的機制決定了產品的密實程度對于阻燃效果影響不大；同樣氫氧化物體系也是這樣；但是對于氮磷系成炭阻燃體系，由于依靠成炭機制，產品的密實程度對阻燃影響比較大，如剛擠出的條子，其密實程度有限，內部可能存在一些氣泡，對于成炭有副作用，而經過注塑后的制品其密實度大大加強，成炭效果也更加的迅速。
不同體系在灼熱絲測試中的異常現象
不同的環境下是否要求不同程度的灼熱絲標準？ 普通情況下的灼熱絲標準如前所述。
目前，電器對阻燃方面的要求越來越高，IEC60335 灼熱絲（即無人看管電器標準）要求是灼熱絲溫度 750℃，2S 熄滅。
許多阻燃劑不能夠穩定地做到上述阻燃，特別是傳統溴系阻燃體系，由于作用機理是氣相法，阻燃體系終止自由基的效率往往與種類、用量和分散掛鉤，阻燃結果波動變化大，不易通過高的灼熱絲溫度。
但是氮磷系膨脹型阻燃劑往往能夠很輕松的通過上述測試，由于其作用機理是形成連續的多孔碳層，正是依靠密閉的碳層，高效將火焰隔氧熄滅。可通過高的灼熱絲溫度，且延續時間往往較低，滿足無人看管電器標準要求。而磷系阻燃劑由于作用機理是凝固相機理，在熱絲與樣件表面易形成致密的碳層和耐燃層，也有利于隔絕熱氧熄滅，通過較高的灼熱絲溫度測試。
不同體系在UL94V-0與灼熱絲的測試的異常現象的解析
在溴系阻燃 PP（十溴阻燃或八溴）中，在UL 94 垂直燃燒測試中能夠滿足標準，達到離火即熄的水平；即使添加過量的阻燃劑，灼熱絲依然不能夠達到標準；而氮磷系列膨脹型阻燃劑添加量越多，其灼熱絲和UL94 V0 測試的阻燃效果都是越好；
上述情況的出現是由于阻燃劑的阻燃機理不同造成的。 溴系阻燃PP是氣相法阻燃機理，通過溴系阻燃劑產生活性基團滅自由基，以及熔滴帶走熱量的機制實現阻燃，因此體系要達到一定溫度，使阻燃劑分解，才能順利滴落把熱量帶走或產生足夠活性基團去滅自由基，所以體現在 850℃灼熱絲比 750℃灼熱絲反而更好通過；同樣由于滴落因素的存在，所以通過測試的偶然性也要大很多
采用膨脹型成碳阻燃劑卻沒有上述異常現象，因為阻燃體系是成碳的原理，灼熱絲插入制品后，灼熱絲周圍成碳，阻燃劑的添加量越多，其成碳效果越好，可以達到完全沒有延燃時間。所以其灼熱絲測試效果與UL94 V0燃燒測試方向是一致的，不存在異常。
不同阻燃體系在氧指數和燃燒法方面的異常現象解析
氫氧化物用于 PE 能夠擁有非常高的氧指數（一般都38以上） ，但是其比較難通過 UL 94 V0 或者 VW-1。氮磷系列膨脹型阻燃劑用于 PE 氧指數不算太高（一般僅僅32 左右） ，但是其較易通過 UL94 V0 或者VW-1。這種現象現象的存在，常常使一些習慣于參考LOI指標的研發人員感到很困惑。其實，這種異常現象的存在，這一方面是由于氫氧化物和氮磷系膨脹型阻燃劑阻燃機理造成的，另外一方面是由于燃燒檢測方法的不同所造成的。
氫氧化物由于依靠釋放結晶水吸熱阻燃，其能夠降低體系的溫度，從而抑制燃燒過程，但是如果氫氧化物的量不夠的話，不能夠熄滅火焰，所以其正好符合氧指數的測試標準，降低溫度的過程，延遲了燃燒的進行，導致其有較高的氧指數，但是由于其不能完全熄滅火焰，導致其不能滿足 UL94 垂直燃燒的要求。
氮磷系膨脹阻燃劑完全依靠成炭達到阻燃的目的，如果不能夠完全結炭覆蓋塑料表面，火焰傳遞速度不會變慢，所以其氧指數相對要低些，但是，一旦碳層形成，火焰就會立刻熄滅，表現 出 UL94 V0輕松達到。
了解產品的實際使用環境，了解產品阻燃的檢測方法和標準，并配合了解材料的燃燒特點及阻燃劑的阻燃機制，可以幫助我們更方便的制造出符合實際要求的阻燃高聚物。
特別是對于習慣于依賴一種測試方法來判定產品的阻燃效能的人們而言，充分了解上述不同阻燃體系和不同測試方法的異常問題，對正確判定配方設計是否達到用戶要求有很大的幫助。
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