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耐燃级材料是阻燃的吗(上世纪的膨胀阻燃体系)

耐燃级材料是阻燃的吗(上世纪的膨胀阻燃体系)膨胀体系研究的主要重点是确定成分的组合,当系统暴露于火中时,这些成分会导致材料产生受控体积的粘结性绝缘炭。为了通过膨胀过程实现阻燃性,需要三种成分:酸源,焦炭形成剂和发泡剂。膨胀型炭 1971年,Vandersall率先发表了详细的论文,描述了膨胀体系的历史,机理和关键要素。膨胀体系在一个复杂的过程中会热量做出反应。在热塑性聚合物中形成膨胀炭通常认为膨胀过程可以描述如下:当材料表面的温度达到临界值时,膨胀体系各成分之间就会发生吸热反应,从而导致形成碳质且高粘度的液体材料。然后,发生惰性气体的释放,它们被困在粘性流体中(形成气泡)。结果是材料膨胀或起泡,有时达到其原始厚度的许多倍,形成保护性碳质炭。该炭表现出低密度和低热导率,因此充当火焰和基材之间的绝缘屏障。

约翰·韦伯斯特(John Webster,1580–1624年)在伊丽莎白时代使用了“膨胀”(来自拉丁语intumescere)两个含义:“在高温下生长并增加体积”或“在通过鼓泡显示出扩大的效果'',该定义更适合描述燃烧时膨胀材料发生的反应。

实际上,膨胀材料暴露于热或火时发生分解,随后在材料顶部形成大量的多孔炭化层。这种多孔结构可保护底层材料免受热量或火焰的作用。因此,膨胀材料作用方式本质上是凝聚相机制。

耐燃级材料是阻燃的吗(上世纪的膨胀阻燃体系)(1)

膨胀型系统可用于多种材料的阻燃,例如热塑性聚合物,热固性材料和纺织品涂层,以及用于各种基材(钢,木材,复合材料等)的防火。

膨胀系统的渊源流传

耐燃级材料是阻燃的吗(上世纪的膨胀阻燃体系)(2)

1971年,Vandersall率先发表了详细的论文,描述了膨胀体系的历史,机理和关键要素。膨胀体系在一个复杂的过程中会热量做出反应。

在热塑性聚合物中形成膨胀炭

耐燃级材料是阻燃的吗(上世纪的膨胀阻燃体系)(3)

通常认为膨胀过程可以描述如下:当材料表面的温度达到临界值时,膨胀体系各成分之间就会发生吸热反应,从而导致形成碳质且高粘度的液体材料。然后,发生惰性气体的释放,它们被困在粘性流体中(形成气泡)。结果是材料膨胀或起泡,有时达到其原始厚度的许多倍,形成保护性碳质炭。该炭表现出低密度和低热导率,因此充当火焰和基材之间的绝缘屏障。

膨胀型炭

耐燃级材料是阻燃的吗(上世纪的膨胀阻燃体系)(4)

膨胀体系研究的主要重点是确定成分的组合,当系统暴露于火中时,这些成分会导致材料产生受控体积的粘结性绝缘炭。为了通过膨胀过程实现阻燃性,需要三种成分:酸源,焦炭形成剂和发泡剂。

常用物质中的膨胀分子

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酸源是无机酸,其在加热过程中是从前体中游离出来的或就地形成的。

焦炭形成剂或碳化剂对应于富含碳的化合物,例如淀粉,多元醇或其他在酸存在下会发生脱水或脱氨反应的物质。通常,这种形成炭的物质释放出水或其他形成C = C双键的消除副产物。炭化剂中的碳数会影响形成的炭量,而羟基,胺,酰胺或酯基的数量将决定炭形成的速率。

发泡剂会释放出大量的非易燃气体。有机胺或酰胺可以起到这种作用,因为这些组分在降解过程中会释放出不可燃的气体,例如CO2和NH3。

补充一些

(i)酸源的释放必须在相对较低的温度下发生,尤其是在多元材料的分解温度以下;

(ii)碳源与酸源或其降解产物的反应温度必须低于发生热分解的温度;

(iii)发泡剂必须在适当的温度下分解,并释放出大量的气态物质。

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