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汽车内饰材料阻燃机理与常见阻燃剂

  随着汽车的日益普及,人们在车内的驻留时间仅次于室内环境,汽车内室成为人们第二个重要的活动空间。为了营造良好的乘驾环境,汽车制造企业普遍选择使用多种多样的内饰材料以优化车内环境。据报道,一辆普通家用轿车耗用内饰材料大约为20~40g。为满足人们舒适性和安全性等多种要求,汽车内饰材料也朝着多功能化方向发展。内饰材料的阻燃整理就是其中非常重要的一部分。
  所谓“阻燃整理”,不是指整理后的材料在接触火源时不会燃烧,而是使材料在火焰中的可燃性降低,蔓延速度减缓,不形成大面积燃烧。离开火焰后能很快自熄,不再燃烧或阴燃阶段。
  汽车内饰材料的种类较多,大体可分为四种:纤维纺织与皮革类、塑料类、橡胶类、复合材料类。这些材料均属于易燃或可燃性材料。同时,内饰材料一般分布在汽车顶棚、地垫、车门内衬、座椅、安全带、行李舱等部位,与人体接触紧密,在发生火灾时,这些材料的燃烧可对人体造成较大的损伤。而车在行驶过程中由于电路短路、机械故障、交通事故等原因都易造成火灾。因此,汽车内饰材料的阻燃整理对提高汽车安全性具有较大的现实意义。
  一、阻燃机理:
  首先,材料的燃烧需要温度、可燃物和氧气三个条件,缺一不可。阻燃机理就是从这三个方面入手,阻断其中一个或多个条件,达到阻止燃烧的效果。目前已有研究的阻燃机理主要有:
  1、覆盖作用:在可燃物表面形成覆盖层,阻断其与外部空气的接触,达到阻燃效果。如,有机磷类阻燃剂,其受热产生稳定的交联物质或碳化层,起到覆盖作用。
  2、气体稀释作用:可燃物表面的阻燃剂分解产生不燃的气体,如氮气、二氧化碳、氨气等,稀释可燃物附近的氧气和可燃性气体。同时,分解产生的气体也可到达散热和降温的作用。
  3、吸热作用:一些阻燃剂在燃烧过程中分发生相变脱水、脱氢、脱卤等吸热分解反应,从而降低可燃物表面温度,减缓可燃物的分解燃烧进程,达到阻燃效果。如,Al(OH)3阻燃剂通过提高聚合物的热容,使其在达到热分解温度前吸收更多的热量,从而提高其阻燃性能。
  4、融滴作用:在阻燃剂的作用下纤维材料发生解聚,熔融温度降低。纤维发生软化、融滴,带走大部分热量,中断燃烧进程,达到阻燃效果。这种机理一般用于涤纶等化纤内饰材料的整理。
  5、终止自由基链反应:依据燃烧反应理论可知,燃烧过程需要大量自由基的参与,如OH-、H-等。一些阻燃剂在燃烧过程捕捉自由基,通过与自由基结合的方式降低可燃物附近自由基的数量,从而终止燃烧。一般含卤阻燃剂在燃烧时,分解出的卤素与热分解产物在处于同一相区时,卤素便可捕捉自由基干扰燃烧反应链的进程,达到阻燃的目的。
  二、常见阻燃剂:
  常见阻燃剂分类:阻燃剂的种类较多,分类方法也有很多。常见的分类方法是分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两大类。
  有机阻燃剂:主要包含卤素阻燃剂(分氯系和溴系两大类)和磷系阻燃剂。但卤素阻燃剂一般在热分解过程中会产生HCl、HBr等气体,造成污染。同时,有机阻燃剂的价格也较贵,使用成本高,目前开发出的品种也只有卤素和磷系两个大类。综上,有机阻燃剂虽然是使用较早的阻燃剂且阻燃效果较好,但是发展前景并不乐观。
  无机阻燃剂:无机阻燃剂指阻燃剂的主要成分为无机物,常用的有氢氧化铝Al(OH)3、氢氧化镁Mg(OH)2、三氧化二锑Sb2O3等。由于无机阻燃剂中只有无机粒子,缺少可交联的化学键,这给其使用带来了不便。而且这些无机阻燃剂基本上都是已粉末颗粒形式存在,生产过程一般将这些粉末直接喷洒在纺织品表面,或者借助粘合剂粘合。结合牢度不高,使用过程中易脱落。
  综上,阻燃剂的研究方向朝着液态无机阻燃剂的开发、有机/无机协同阻燃体系的开发发展。