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阻燃沥青的应用切勿忽视易燃性
产品介绍:
由于高聚物阻燃在国外发达国家已经发展成为一门比较成熟的科学,一些研究人员借鉴阻燃技术在高聚物领域应用的经验,把阻燃技术应用到沥青阻燃中,取得了一定的进展。

  现代沥青应用技术不断发展,应用领域不断拓宽,主要用途是作为基础建设材料、原料等,应用范围如交通运输(道路、铁路、航空等),建筑业、农业、水利工程、工业等各部门。但是很多应用,如交通隧道、防水卷材涂料电缆等都忽视了沥青的易燃性能。一旦沥青被引燃、燃烧时会产生大量的热和浓烟,其火灾的危险性非常大。

  下面介绍一下常用沥青阻燃技术。

  1.沥青的阻燃机理及阻燃剂

  沥青的阻燃机理主要有吸热、覆盖、抑制链反应及不燃气体窒息等几种作用。

   1.1 吸热作用

  在高温条件下,阻燃剂发生强烈的吸热反应,吸收燃烧放出的部分热量,降低可燃物表面的温度,有效地抑制可燃性气体的生成,阻止燃烧蔓延。

      1.2 覆盖作用

      阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层,隔绝氧气,具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用,从而达到阻燃目的。

      1.3 抑制链反应

      根据燃烧的链反应理论,维持燃烧所需的是自由基。含卤阻燃剂可作用于气相燃烧区,捕捉燃烧反应中的自由基,从而阻止火焰的传播,使燃烧区的火焰密度下降,最终使燃烧反应速度下降直至终止。

      1.4 不燃气体窒息作用

      阻燃剂受热时分解出不燃气体,如CO2、NH3、HCl、HBr等将可燃物分解出来的可燃气体的浓度冲淡到燃烧下限以下。同时也对燃烧区内的氧浓度具有稀释的作用,阻止燃烧的继续进行,达到阻燃的作用。

      2.沥青阻燃剂

      常用的沥青阻燃剂有卤系阻燃剂及其协效剂、镁铝阻燃剂、硼酸锌及消烟剂。

      2.1 卤系阻燃剂及其协效剂

      卤系阻燃剂的阻燃效应是通过气相机理实现的。其主要特点是阻燃效率高、用量少,对材料的性能影响小等,但在热裂及燃烧时生成大量的烟尘及腐蚀性气体。卤系阻燃剂常和协效剂一起使用。常用的协效剂是Sb2O4。

      有的研究发现十溴二苯醚(DBDPO)对沥青氧指数有很大的影响。DBDPO在初始受热状态下发生热分解吸收部分热量,同是释放出不燃气体HBr,起到了气相屏蔽的阻燃效果;HBr还捕获了沥青燃烧裂解时产生的活性很大的游离基HO?,切断了游离基HO?的连锁反应,使沥青的燃烧速度大大降低。

      2.2 镁铝阻燃剂

      此类阻燃剂主要指氢氧化铝(Al(OH3)、氢氧化镁M(OH2)。其阻燃机理为释水吸热和覆盖作用。镁铝阻燃剂的最大优点是低毒、低烟或抑烟、低腐蚀,且价格低廉,缺点是所需添加量较大,有时要达到基材的60%,因而一般常与卤系阻燃剂、红磷等一起使用,而不单独使用。

      2.3 硼酸锌

      硼酸锌主要用为Sb2O3的替代物使用,它价廉、无毒、无刺激,大约在300℃左右开始释放出结晶水。在卤素化合物存在下,生成卤化硼、卤化锌,抑制和捕获游离的羟基,阻止燃烧连锁反应;同时形成固相覆盖层,隔绝燃烧的表面空气,阻止火焰继续燃烧并能发挥消烟作用。

     2.4 消烟剂

      沥青在燃烧的过程中放出大量黑烟,使火灾现场的可见度大大降低,贻误灭火和抢救生命财产的时机。因而,对沥青而言,“阻燃”比“抑烟”更为重要,尤其是含卤素和锑化合物的阻燃剂是主要的发烟源。常用消烟剂有三氧化钼(MoO3)、二茂铁、硼酸锌和无机氢氧化物等。

      3.沥青阻燃性能的评价方法

      由于沥青材料阻燃性能的测试标准直至目前仍未制定,所以测试沥青的阻燃性能主要参照评价塑料材料阻燃性能的测试手段,如氧指数测定法、水平及垂直燃烧测定法、热重-动态热重法(TG-DTG)。

      3.1 极限氧指数法(LOI)

      氧指数可用于表征材料被点燃的难易程度,衡量材料的火灾危险性。ISO4589(1996)、ASTMD 2863及GB2406-1980都规定了标准测试方法。它是指在规定的试验条件下,试样在氧氮混合气流中,维持平稳燃烧(即进行有焰燃烧)所需的最低氧气浓度,以氧所占体积分数的数值表示,作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度。一般认为,氧指数小于7%者属易燃材料,氧指数大于等于7%而小于32%者属可燃材料,氧指数大于32%者属难燃材料。因此人们以通常依据氧指数来评价材料阻燃性的优劣。国内不少专家研究了沥青氧指数测试的有关影响因素,并重点对试样温度、试样量以及燃烧时总气流量等进行了分析和测试;采用极限氧指数法考察了十溴联苯醚、三氧化二锑、硼酸锌和氢氧化镁阻燃剂对基质沥青的阻燃效果以及它们之间的协同效应。测试了四种阻燃剂对沥青氧指数的影响进行了研究,结果发现单一阻燃剂可以提高沥青的氧指数,但效果不如协同阻燃剂的效果好。

      3.2 水平及垂直燃烧测定法

      UL94可燃性测试是美国安全保险材料研究室开发的方法,它是广泛使用和经常引用的塑料可燃性测试方法之一,用来初步评价被测塑料是否适合于某一特定应用场所。ANSIUL94、ISO12992(1995)、GB4608-1996都规定了测定塑料可燃性的标准方法。

      材料阻燃分类为94HB都一般采用水平燃烧测定方法,而分类为UL94-0、V-1及V-2者通常采用垂直燃烧测定方法。适用于塑料的UL94垂直燃烧实验,根据试样燃烧时间、熔滴是否引燃脱脂棉等结果,将阻燃为V-2、V-1、V-0、5-V 4个极别,其中V-2为最低阻燃级,5-V为最高阻燃级。采用垂直燃烧法对阻燃油毡的性能进行研究发现,随着阻燃剂的量的加入,沥青的垂直燃烧速度变大,阻燃性能有所改善。

      3.3 锥形量热仪法(CONE)

      同极限氧指数法相比,锥形量热仪法(CONE)试验更加接近材料的实际燃烧情况,ISO5660-1(1993)及ASTME1354(1990)规定的锥形量热仪法是目前采用最广泛的测定塑料燃烧热释放速度的方法。锥形量热仪可用于测定材料的引燃时间(Ti)、质量损失速率、有效燃烧热(EHC)、烟密度等很多有关材料的阻燃性能参数。此方法在阻燃塑料的应用很广泛,效果也很明显,但尚未有资料显示在阻燃沥青中得到应用。

      4.存在问题及建议

      由于对沥青所引起的火灾的的危害性缺乏认识,国内外对阻燃沥青的研究并不多,国内有武汉理工大学、辽宁石油化工大学、同济大学、克拉玛依石化公司等单位或个人对沥青的阻燃开展了一些研究。针对当前沥青研究所存在的问题,笔者提出以下几点建议。

      (1)目前,我国尚未制定阻燃沥青材料的统一的测试标准。研究者在对沥青进行阻燃研究时只能参照阻燃塑料或织物的测试标准;沥青在燃烧过程中存在软化变形和易流淌的性质,因而制作阻燃沥青试样的工艺就是一个很关键的步骤,样本制作工艺不同,所测结果必然在差异。笔者曾经采用五种不同的制样方法研究沥青的阻燃性能,研究结果显示,不同制样方法,所测得的氧指数均不同,有的相差达4个氧浓度。因而尽快制定我国的阻燃沥青材料的测试标准,统一阻燃沥青样本的制作方法就成为十分迫切的问题。

      (2)有些阻燃剂的使用会对人体和环境产生较大的危害,如十溴二苯醚(DBDPO)在燃烧过程中会产生疑似二口恶英类物质。因而在阻燃沥青的研究中应注意使用和开发低毒低烟、无污染的阻燃剂。同时也应避免沥青所获得的良好阻燃性能是以严重牺牲沥青的加工性能和物理性能为代价的。

      (3)目前的研究主要针对纯沥青的阻燃,而改性沥青由于物理性能较基质沥青好很多,所以阻燃改性沥青更能现代交通的要求,市场前景广阔

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