通用塑料的应用领域极为广泛，涵盖了聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）以及聚氯乙烯（PVC）等关键材料，它们在包装、汽车工业、日常用品、电子电器部件、管道系统以及电线电缆等多个行业中发挥着重要作用。

 

       鉴于阻燃安全在各类环境中的重要性，高分子材料在高温条件下极易燃烧，并伴随大量有毒气体的释放，这不仅对自然环境构成了严重威胁，也极大地危害了人们的生命健康与生活质量。因此，解决高分子材料的阻燃安全问题成为了一个亟待攻克的关键议题。

 

       作为材料科学领域的专业人士，深入探索阻燃机制的奥秘，并致力于新型阻燃材料的研发与应用，不仅对于推动社会科技进步具有重要意义，更是保障国家经济安全、改善民众生活质量的必要之举。

 

       一、通用塑料燃烧特点及辨识：

 

       聚丙烯（PP）材料，无论是通过丙烯单体单独聚合形成的均聚 PP，还是丙烯与少量乙烯共聚生成的共聚 PP，均展现出高度规整的结构与显著的结晶特性。其熔点接近 167 ℃，且密度较小，堪称最轻盈的通用塑料之一。PP 以其卓越的表面刚性和抗弯曲疲劳性能，在家电外壳、汽车内外装饰件以及电子电气组件等制造领域得到了广泛应用。

 

       关于 PP 的燃烧特性，它属于高度易燃材料，氧指数较低，约为 17 %，这意味着它在燃烧时所需的氧气浓度不高。燃烧过程中，PP 释放大量热能，火焰蔓延迅速，且其化学结构中的 CH- 组分不易转化为炭，导致燃烧时材料会熔融并滴落。火焰外观独特，上端呈现黄色而下端则为蓝色，几乎不产生黑烟，并伴有一种淡淡的石油燃烧气味。尤为值得注意的是，PP 在离开火源后仍能持续燃烧，最终留下黑色的胶状残留物。

 

       聚乙烯（PE）是一种由乙烯单体聚合而成的典型结晶性聚合物，其结晶度差异造就了低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）以及含有少量 α-烯烃的线性低密度聚乙烯（LLDPE）等多种类型。PE 以其卓越的耐低温性能著称，即便在 -70 ℃ 以下的极端低温环境中也能保持稳定，同时展现出良好的化学稳定性和电绝缘性能，加工性能也十分优异。因此，PE 被广泛应用于塑料包装袋、农业地膜、中空吹塑及注塑制品等多个领域。

 

       在燃烧特性方面，PE 同样具有高度易燃性，其氧指数大约在 17 % 左右。在高温条件下，PE 会迅速裂解并燃烧，速度极快。与聚丙烯相似，PE 的 CH- 结构也难以形成炭层，导致燃烧过程中材料会熔融并滴落。火焰形态独特，上端为黄色而下端则转为蓝色，且燃烧过程中几乎不产生黑烟，散发出一种特有的石蜡燃烧气味。值得注意的是，PE 在离开火源后仍能持续燃烧，最终留下黑色的燃烧残渣。

 

       聚苯乙烯（PS）是一种由丁二烯与苯乙烯共聚而成的复合材料，其内部呈现出两相共存的体系，其中聚丁二烯的含量通常介于 5 % 至 15 % 之间。相较于 ABS 材料，PS 具有成本优势，同时展现出较高的强度、优异的刚性和良好的尺寸稳定性。这些特性使得 PS 在消费类包装材料以及家用电器外壳等注塑部件领域得到了广泛应用。

 

       在燃烧特性上，聚苯乙烯的热值较高，燃烧过程十分剧烈。一旦接近火源，PS 会迅速收缩，且由于其化学结构特点，难以形成炭层。燃烧时，PS 表面会软化并产生气泡，火焰呈现明亮的橙黄色，并伴随着浓厚的黑烟和炭灰飞扬，显示出较大的烟密度。此外，燃烧过程中还会散发出苯乙烯单体的特殊气味。即使离开火源，PS 仍能继续燃烧，并最终留下黑色的燃烧残渣。

 

       聚氯乙烯（PVC）是一种通过自由基聚合工艺，由氯乙烯单体精心构建而成的合成高分子材料。其分子链由连续的氯乙烯单元串联而成，每个单元独具一格，包含一个碳原子作为核心，辅以两个氢原子和一个氯原子作为侧翼。

 

       这种独特的化学结构赋予了 PVC 一系列引人注目的物理与化学特性，使其在多个领域大放异彩。PVC 不仅展现出卓越的机械强度和化学稳定性，能够抵御多种化学物质的侵蚀，还天然具备一定的阻燃性能，纯 PVC 的氧指数高达 45 %，展现出良好的自熄倾向。然而，值得注意的是，在加工过程中，为了改善其性能，往往会添加大量的增塑剂，这一做法在一定程度上牺牲了其原有的阻燃优势，使得可燃性有所增加。

 

       正是基于这些优势，PVC 在建筑建材、包装材料、电线电缆绝缘层以及人造革制造等多个行业中占据了举足轻重的地位，成为不可或缺的材料之一。

 

       谈及 PVC 的燃烧特性，其自熄性和一定的成炭能力使得燃烧过程既具挑战性又具独特性。燃烧时，PVC 会逐渐软化，火焰展现出独特的色彩变化，上端为黄色而下端转为绿色，同时伴有黑烟的生成。此外，燃烧过程中还会释放出具有刺激性的氯化氢气体，但一旦离开火源，PVC 往往会自行熄灭，留下黑色的燃烧残渣。

 

       二、通用塑料阻燃剂的应用技巧：

 

       卤素阻燃剂，尽管面临着环保关切和较高的烟密度挑战，其凭借高效的阻燃性能、丰富的品种选择以及广泛的适用性，仍稳居全球阻燃剂市场前列，尤其是溴系阻燃剂，作为卤素系列中的佼佼者，其高效性与重要性无可替代。

 

       溴系阻燃剂的典型代表包括十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、四溴双酚 A、溴代三嗪、溴化环氧树脂及溴化苯乙烯等，这些成分在阻燃技术中扮演着至关重要的角色。

 

       而出于对环境保护的日益重视，无卤阻燃剂正逐渐成为行业的新宠。它们涵盖了无机阻燃剂如氢氧化镁和氢氧化铝，磷系阻燃剂（涵盖红磷、二乙基次磷酸铝、无机次磷酸铝及磷酸酯等多种形态），磷氮协同阻燃剂（如多聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐）以及氮系阻燃剂（如三聚氰胺及其氰脲酸盐等）。

 

       通过灵活应用这些单一或复合配方的阻燃剂，塑料材料能够实现多样化的阻燃级别与性能要求，满足不同应用场景下的安全标准。

 

       1、聚丙烯阻燃剂的应用

 

       阻燃 PP —— UL 标准 V2 级，方案选择如下：

 

       八溴醚（亦称八溴硫醚）配合体系中，引入三氧化二锑作为协同阻燃剂，两者总添加比例控制在 6 % 至 8 % 之间，能有效实现材料的离火自熄功能，尽管在燃烧过程中会有熔融滴落现象，但材料的力学性能依然保持在一个相对稳定的水平。

 

       在磷氮溴复配体系中，针对均聚 PP，其阻燃剂添加量设定在 1 % 至 2 % 之间，而对于共聚 PP，则提高到 4 % 至 6 % 的添加量。此体系同样能实现材料的离火自熄，但需注意燃烧时伴随的滴落现象以及脱脂棉的点燃现象。尽管如此，该体系下的材料在力学性能上几乎与未添加阻燃剂的纯 PP 保持一致，保持了良好的物理性能。

 

       阻燃 PP —— UL 标准 V0 级，方案选择如下：

 

       溴锑协同体系（DBDPE + Sb₂O₃）在总添加量约为 25 % 时，能够赋予材料 UL-94 V0 级别的阻燃性能。然而，这一高比例的添加量不仅推高了材料成本，还不可避免地影响了其力学性能。为了缓解这一问题，通常需要引入相容剂和增韧剂来优化材料的物理特性，或者通过添加滑石粉等填充物来寻求成本效益的平衡。

 

       对于 IFR 无卤体系，即磷氮膨胀型阻燃体系，其添加量在 25 % 至 30 % 范围内同样能达到 UL-94 V0 的阻燃标准。但类似地，高添加量对材料的力学性能构成了显著影响。因此，也需要借助增韧剂和其他辅助添加剂来增强材料的综合性能，以满足实际应用需求。

 

       另一方面，无机氢氧化镁（MDH）体系作为一种传统的无卤阻燃方法，虽然可以通过大量添加（至少 50 – 60 %）来显著提升 PP 的阻燃性能和氧指数，但这样的高添加量无疑会严重损害材料的力学性能。为了减轻这一副作用，可以采取的策略是与其他阻燃剂进行复配使用，通过减少无机阻燃剂的用量来保持材料的力学性能在可接受范围内。

 

 

 

       2、聚乙烯阻燃剂的应用

 

       聚乙烯阻燃剂方案选择：

 

       红磷（RP）阻燃解决方案：在 PE 材料的阻燃处理中，红磷体系被公认为最为高效的阻燃剂之一。然而，出于安全性的考虑，实际应用中多采用经过改性包覆的红磷母粒形式，其添加量大约在 15 % 时，即可使材料达到 UL-94 标准中 1.6 mm 厚度下的 V0 阻燃等级。

 

       溴锑（DBDPE/Sb₂O₃）协同阻燃体系：该体系通过大约 25 % 的总添加量，同样能使材料满足 UL-94 标准中 1.6 mm 厚度下的 V0 阻燃要求。为了进一步优化成本，可适量加入矿物填充物。此外，通过添加增韧剂，可以有效减轻对材料冲击强度的负面影响，确保材料在阻燃的同时保持良好的物理强度。

 

       IFR 无卤阻燃体系：针对 PE 体系，需注意避免使用含 APP 的阻燃配方，以免对阻燃性能产生不利影响。相反，采用磷氮复配阻燃剂，在总添加量达到 25-26 % 时，能够实现 UL-94 标准下 1.6 mm 厚度的 V0 阻燃等级。值得注意的是，该体系通常不推荐加入矿物填充，以免对阻燃效果造成显著影响。

 

       无机氢氧化镁（MDH）与氢氧化铝（ATH）阻燃体系：这两种无机阻燃剂在大量使用（超过 60 %）时，能够显著提升材料的氧指数至 30 以上，并赋予其低烟密度的特性，适用于低烟无卤的阻燃材料需求。为了进一步提升阻燃效果，还可考虑与红磷（RP）或 IFR 体系进行复配使用。

 

 

 

       3、聚苯乙烯阻燃剂的应用

 

       阻燃剂方案选择：

 

       溴锑体系：一般溴锑比例按 3:1，适合聚苯乙烯用的溴类阻燃剂比较多，各有不同的优点和缺点，一般都可以达到阻燃要求，因此需要根据制品的特点来选择阻燃体系。

 

 

 

       IFR/可膨胀石墨体系：可膨胀石墨的层状结构可形成特殊类型的插层化合物。有研究表明，可膨胀石墨与磷、氮系阻燃剂复配使用可达到较好的阻燃效果。

 

       IFR + PPO 体系：选用 IFR 和聚苯醚作为复合阻燃体系复配阻燃PS，可以有效提高 PS 的阻燃性能，PPO 有非常好的成炭性能，和 IFR 有很好的协同阻燃作用。但由于 PPO 的抗 UV 性能比较差，流动性比较低，使得应用制品有局限场合。

 

       无机氢氧化镁阻燃体系：通过添加大量的氢氧化镁无机阻燃剂，可以达到阻燃效果，也可以复配红磷阻燃剂，得到更高的阻燃材料。但由于氢氧化镁的添加量大，材料的韧性有影响，需要通过增韧和相容改性，才能得到理想的力学性能。

 

 

 

       4、聚氯乙烯阻燃剂的应用

 

       阻燃剂选择方案：

 

       金属氧化物作为 PVC 的协同阻燃增强剂，鉴于 PVC 材料本身富含氯元素，其阻燃性能可通过在 PVC 基体中适量添加 CPE（氯化聚乙烯）及特定金属氧化物得到显著提升。在众多金属氧化物中，针对提升材料的氧指数能力而言，锡酸锌展现出最为优异的表现，紧随其后的是 Sb₂O₃（三氧化二锑）、八钼酸铵，以及硼酸锌，它们各自在阻燃效能上呈现出不同的梯度效果。

 

       无机氢氧化铝和氢氧化镁体系：

 

       氢氧化镁与氢氧化铝作为无机阻燃添加剂，不仅能够有效降低 PVC 材料在燃烧过程中的烟雾释放量，还显著增强了其阻燃性能，并允许减少其他阻燃剂的用量。这些无机矿物阻燃剂对硬质 PVC 的物理机械强度、阻燃级别以及消烟特性均产生深远影响。

 

       实验结果显示，硬石膏粉作为填充增强剂，相较于传统的重质碳酸钙，能显著提升 PVC 材料的氧指数，同时展现出更佳的环保特性。进一步地，当硬石膏粉与氢氧化镁及金属氧化物阻燃增效剂协同作用时，可制备出氧指数更高且更加环保的阻燃材料。

 

       为了进一步优化 PVC 的阻燃性能，采用阻燃增塑剂 TCPP 或四溴苯酐酯（B45-Z）部分替代可燃增塑剂是一种有效策略。B45-Z 由于其高溴含量，虽然会相应增加材料的硬度和密度，并带来一定的成本负担，但其阻燃效果尤为显著。相比之下，TCPP 虽然成本较低，但在阻燃效能上稍逊一筹。因此，在选择替代增塑剂时，需根据具体需求平衡成本与性能之间的关系。

 

 

 

       三、总结：

 

       通用塑料，由于其广泛的应用覆盖面，尤其在诸多关乎安全的关键领域占据重要位置，其阻燃性能的优化成为亟待解决的关键课题。在这一过程中，探索并应用最为适配的阻燃技术策略，对于保障材料的广泛应用安全至关重要。

 

       作为致力于阻燃安全材料研发的同仁，我们肩负着平衡经济成本与社会责任的双重使命。人民的生命安全至上，这是我们不容妥协的底线。同时，面对全球对绿色发展的迫切需求，我们应当积极响应，将环保理念融入每一个决策之中。优先选择那些环保友好型的阻燃剂，坚决淘汰那些可能对环境造成污染、释放有害气体的非环保材料，是我们对地球未来的庄严承诺。

 

       转自——爱脉脉公众号

 

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