高耐热PC

高耐热PC聚合物的燃烧：

        所有聚合物的燃烧都是从一个“点燃事件”开始的，即热源引燃聚合物热分解产生的可燃物。随后一系列的可燃烧性降解产物相继被引燃，这些可燃物可与空气中的氧气反应放出热量，其中一部分热量反馈到可燃物表面，维持着可燃烧性挥发降解产物的生成量旧o。降低聚合物的易燃性是提高材料阻燃性的首要方法；尽管所有聚合物都可燃，但燃点越高其**性就越好。大多数聚合物的燃点为275't2～475。C。高耐热PC材料的易燃性可通过点燃时间或点燃所需的*少热量来评估，其中任何一个的提高都将改善材料的阻燃性能。高耐热PC材料的易燃性在很大程度上取决于材料表面温度上升到燃点的速度。人们异常关注熔融温度低于热降解温度的聚合物。通常暴露于较小热源时，如果材料在被点燃之前为熔融态，则可通过流动和产生融滴来降低表面热量。这十分有益于非成炭类聚合物的阻燃。相反，暴露于较大热源时，材料在可为熔融流动态之前即被点燃，该类聚合物则相对易燃。高聚物泡沫体材料的易燃性和火焰传播性较为特殊。研究表明，发泡聚合物表面积的差异性和小尺寸效应比密度或化学结构差异性对材料可燃烧性的影响更大。当然，化学结构决定了发泡材料的表面积或多孔性。例如，阴燃的香烟即可引燃软质聚氨酯(PU)泡沫体材料。如果通常用于包装泡沫体材料的纺织材料(常见于家居装潢和床垫材料)未经适当的阻燃改性，实际则会起“助燃”作用。 

      锥形量热仪(Cone)测试法是美国国家标准及技术研究院(NIST)¨4 o制定与规范的一个中等规模实验室测试法，它很快就得到了学术界的普遍认可，并为其制定了相关标准(如ISO 5660—1、ASTM E一1354)。因该法所得数据与大规模测试所得数据具有一定的相关性，故它也是研究火**防护工程的重要方法。Cone法可测试面积为100mm×100mm、厚度不超过50ram试样的燃烧耗氧量，并由耗氧量计得样品的释热量。Cone法测试中，圆锥状的热辐照源可使样品暴露于一定热流并模拟多种火情，燃烧由一个小型电火花点火器点燃样品热分解产生的气体引发。除可计得释热速率以外，Cone仪器还可测得材料的点燃时间、燃烧时样品的失重、生烟速率以及CO、CO：的量(也可选择性地测定一些腐蚀性气体，如HCl、HBr)。

      一般而言，高耐热PC主链上含芳环或杂环基团的聚合物比脂肪族聚合物更为难燃心1|。芳环问较短的柔性键可发生交联并成炭，此类聚合物往往具有较好的热稳定性和阻燃性。例如在UL94测试中，双酚A型聚碳酸酯、苯酚甲醛树脂、聚酰亚胺都可自熄并达到V-2或V—l级。但是，含有较长柔性键(脂肪链)的聚合物，虽主链上有芳环却仍相对易燃；例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、PU、双酚A型环氧树脂。    聚合物的成炭分为多个步骤，依次为：①交联；②芳构化；③芳族稠环化；④石墨化¨8|。聚合物的成炭性主要取决于其结构，但同时也可通过使用阻燃剂来获得提高，这将在后续章节讨论。尽管多种聚合物在热分解初始阶段就趋于交联，但这并不足以导致成炭。炭层的形成条件是：热分解过程中，交联聚合物含有芳环碎片及／或共轭双键，并趋于芳构化心。

      炭层中的芳香族稠环趋于形成小型堆叠结构，称为石墨化前体。这些前体嵌于无定形化炭层中形成“无规炭层”，该结构通常于聚合物表面温度为600。C，900℃间时形成。炭层中含有的石墨化前体越多，其热氧稳定性就越好，因此似乎也较难燃尽，并降低聚合物表面暴露于火焰热流中的概率。但另一方面，高度石墨化的炭层十分坚硬且可能存在裂缝，导致元法有效阻止可燃材料暴露于火焰。因此，性能*为优异的炭层应是含有适量石墨化前体的无定形无裂缝炭层。是其化学作用机理。另一类阻燃剂可产生大量的不可燃气体以稀释可燃气体，有时也可通过吸热来降低材料表面温度。这有效降低了材料的可燃烧性，也可致其自熄。这是阻燃剂于气相中的物理作用机理。高耐热PC凝聚相作用机理比气相作用机理更为常见。前面简要讨论过的成炭是*为常见的凝聚相作用机理。提高材料的成炭性有多种途径：聚合物和阻燃剂的反应型成炭、聚合物在凝聚相滞留成炭及催化或氧化脱氢成炭。 

        有些阻燃剂几乎是通过单一的物理作用机理阻燃的，例如氢氧化铝(ATH)和氢氧化镁(MH)。然而，没有一种阻燃剂是可通过单一的化学作用机制而阻燃的。化学作用机理通常伴随着一种或多种物理机理(如吸收热量或稀释可燃气体)发挥阻燃效用。多种阻燃机理配合发挥效用，称之为协效阻燃。各类阻燃机理。卤系阻燃剂指代品种繁多的一类阻燃剂‘22 J。简言之，卤系阻燃剂即是可在聚合物降解温度范围内或低于降解温度时释放出卤素自由基或卤化物的阻燃剂心3’241。理论上说，含氟、氯、溴或碘的化合物都可作为卤系阻燃剂使用。含氟有机物通常比任何聚合物都稳定，极难释放出氟自由基或氟化氢。不过，现已有一些与所有其他卤系阻燃剂的作用机理截然不同的工业化氟系阻燃剂，这将在下面讨论。与氟化物不同的是，含碘有机物的热稳定性极差，不能与大多数工业聚合物一起加工。再者，氟或碘比溴或氯价格昂贵，这也极大限制了氟系与碘系阻燃剂的发展。