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橡胶是可燃物,在特定条件下能燃烧和延燃。但当橡胶中添加某些物质后能使燃烧过程延缓、甚至终止,这些添加物被称为橡胶阻燃剂。本文对橡胶的燃烧过程、阻燃机理及橡胶专用阻燃剂进行了介绍。
4 Z/ K1 N; g/ s5 v1 S# H一、橡胶的燃烧过程和机理
4 ]8 }) s; U' ^! O燃烧必须具备三个先决条件:①一定的温度。任何物质必须待周围的环境温度达到该物质的燃烧点后才能起燃。由于不同物质的起燃温度高低不一,故有易燃和难燃之分,点燃橡胶需要较高的温度和较长的接触时间,属于可燃物中相当较难起燃的。
: E1 r- |3 T$ S% b/ K! L' t②燃烧条件。氧气作为助燃剂,是不可或缺的条件,
9 ^" s2 E& C1 U1 r要使燃烧得以继续,氧的供应不能中断。③对象物可燃。具备了上述两项之外,对象物的可燃性也是必不可少的。橡胶属于可燃物。5 \1 j% Q+ Z' {
1.橡胶的燃烧6 }" h' Q2 b+ l9 l% w3 C' ?
橡胶比较难燃,需要较高的温度、# N; s c- ~6 W: p8 i* q
较长的加(受)热过程。此外,橡胶作为高分子材料其燃烧过程也比较复杂,整个燃烧过程比较长,分为四个阶段:
" J# ~, r' \" U- \(1)升温。这一步通过热传导、
+ |: k0 |: U' j' I( h0 y1 Y热对流或热辐射来实现。温度上升的快慢通常取决于热传导的速度和燃烧对象(橡胶)的比热,如有的填充剂(如氢氧化物类)在加热过程中会吸热而推迟升温。
* J3 E0 Y- A+ X(2)热分解。当周围的环境温度达到特定胶种的燃烧点(如天然橡胶为NR620℃~670℃)后,橡胶首先开始变软、熔化,分解成低分子物。在此阶段无明火可见,可视为燃烧的前奏。但一旦升温到橡胶的燃烧分解点后,就会分解出可燃气体,其生成量的大小决定燃烧的速度、难易。8 E* c- ~9 w! {" D
(3)燃烧。上述从橡胶中热分解而得的产物与大气中的氧剧烈反应而出现火焰,这标志着橡胶燃烧的正式开始。伴随着光和热的释放,形成新的低分子可燃物(如CO)、不可燃物(如CO2)以及烟雾。
9 \; O7 a2 f1 n0 @1 ^( J(4)继续燃烧。延续到可燃烧物体燃烧殆尽。大部分橡胶燃烧时都要经过以上四步,但某些难燃胶种(如含卤胶种)经添加大量阻燃剂后,可能只进行到第三阶段即告终止,因为燃烧中产生过多的卤化氢气体能有效地抑制燃烧,使燃烧无法继续下去。- _+ y/ w4 H/ k( E3 B( f
2.橡胶的耐燃等级# y) k2 [0 t" e5 Z8 U: t% L" @3 z2 k+ U5 L
由于各胶种的化学成分以及添加物的品种和数量不同,它们的燃烧也有难易之分。这种难易程度一般用氧指数衡量。氧指数是指材料在氮/氧混合气体中实现燃烧所需的最低氧浓度(以%表示)。但即使对同一胶种而言,由于添加的阻燃剂品种不同和添加数量不等,生胶和硫化胶之间的氧指数往往有较大的差异。不同胶种的生胶、硫化胶的氧指数见表1 |
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