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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。
z$ ~1 P# h e" W) n一、橡胶的燃烧过程和机理6 d1 n4 d" X h3 j5 X, g# _2 k: e
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。
1 ^9 F) j# x" m* l②燃烧条件。氧气作为助燃剂,是不可或缺的条件,8 |( n c1 \: s5 Z7 F
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。
; I& u/ D. J: S" \9 U L% b1.橡胶的燃烧
: k0 U+ G: P% ~+ g3 a5 G橡胶比较难燃,需要较高的温度、
. m9 X& a* S* [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:4 c$ f3 a* ]! O/ k5 x3 W
(1)升温。这一步通过热传导、
; ~0 ^0 |# O6 l! \( d2 v, \6 L; _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。. ]3 \/ `+ Y E0 O4 ^; i2 A/ }: }6 W
(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。1 \# l2 s& ]2 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。- m, e# x# R9 I
(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。
( S$ W$ Z9 J8 T" K2.橡胶的耐燃等级5 t+ l; V- w1 Y4 J
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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