《阻燃材料與技術(shù)》課件 顏龍 第7、8講 阻燃橡膠材料、阻燃木質(zhì)材料

《阻燃材料與技術(shù)》第7章

阻燃橡膠材料第七章阻燃橡膠材料本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)：教學(xué)要求：橡膠的分子結(jié)構(gòu)、物化特性、熱解特性與燃燒過(guò)程、橡膠阻燃的途徑與橡膠阻燃配方設(shè)計(jì)的阻燃機(jī)理、阻燃橡膠制品制造方法及性能。重點(diǎn)與難點(diǎn)：橡膠的分子結(jié)構(gòu)和特性、橡膠的基本配合和加工工藝、橡膠的燃燒特性和阻燃技術(shù)7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀橡膠產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于日常生活（雨鞋、暖水袋、松緊帶等）、醫(yī)療衛(wèi)生（手套、醫(yī)用膠管、輸血管等）、交通運(yùn)輸（各種輪胎）、工業(yè)（傳送帶、運(yùn)輸帶、耐酸和耐堿手套等）、農(nóng)業(yè)（排灌膠管、氨水袋等）、國(guó)防（飛機(jī)、坦克、大炮、防毒面具等）、高精尖科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品（氣象測(cè)量用探空氣球、科學(xué)實(shí)驗(yàn)用的密封、防震設(shè)備等）等各行各業(yè)以及人民生活的各個(gè)方面。（1）考古發(fā)現(xiàn)人類(lèi)在11世紀(jì)就開(kāi)始使用橡膠。（2）1493~1496年哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸，歐洲人開(kāi)始認(rèn)識(shí)天然橡膠。（3）1735年，法國(guó)科學(xué)家Condamine等將當(dāng)?shù)鼐用袼葡鹉z制品帶回歐洲，引起進(jìn)一步研究和利用橡膠的興趣。（4）1823年在英國(guó)建立第一個(gè)橡膠工廠(chǎng)，將橡膠溶于苯中制成防水布生產(chǎn)雨衣。此為橡膠工業(yè)的開(kāi)始。（5）1826年Hancock發(fā)現(xiàn)了用機(jī)械使橡膠獲得塑性的方法，這一發(fā)現(xiàn)奠定了現(xiàn)代橡膠加工方法的基礎(chǔ)。7.1.1天然橡膠的發(fā)現(xiàn)和利用7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀（6）1830年至1876年英國(guó)人把橡膠樹(shù)種和幼苗從倫敦皇家植物園移植到印尼、新加坡、馬來(lái)西亞等地，完成了野生天然橡膠變成人工栽培種植的艱難工作。（7）1839年，C．Goodyear發(fā)明橡膠硫化法：將橡膠和硫磺共熱，特別是在鉛化合物存在下與硫磺共熱之后，橡膠就會(huì)變成堅(jiān)實(shí)而富有彈性的物質(zhì)，不再因溫度的改變而變硬發(fā)粘。（8）1888年英國(guó)醫(yī)生Dunlop發(fā)明了充氣輪胎。（9）1904年發(fā)現(xiàn)某些金屬氧化物有促進(jìn)硫化作用，但效果不十分明顯。1906年發(fā)現(xiàn)苯胺有促進(jìn)硫化作用，直到1919年才開(kāi)始大量應(yīng)用噻唑類(lèi)促進(jìn)劑。（10）1920年炭黑作為橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑大量使用。7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀7.1.1天然橡膠的發(fā)現(xiàn)和利用（1）合成橡膠的歷史一般認(rèn)為從1879年布卻特發(fā)現(xiàn)異戊二烯聚合試驗(yàn)開(kāi)始，直到1900年人們了解了天然橡膠分子結(jié)構(gòu)后，合成橡膠才真正成為可能。（2）在高分子鏈狀結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)和橡膠彈性分子動(dòng)力學(xué)理論指導(dǎo)下，

1914~1918年第一次世界大戰(zhàn)期間德國(guó)生產(chǎn)了甲基橡膠，開(kāi)了合成橡膠生產(chǎn)的新紀(jì)元。（3）1932年，前蘇聯(lián)大規(guī)模生產(chǎn)丁鈉橡膠后相繼生產(chǎn)的合成膠有氯丁、丁苯及丁腈橡膠。（4）50年代，Zeigler-Natta發(fā)現(xiàn)定向聚合法，導(dǎo)致了合成橡膠工業(yè)的新飛躍。（5）1965~1973年出現(xiàn)熱塑性彈性體，這是第三代橡膠。7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀7.1.2合成橡膠的工業(yè)化和發(fā)展概念發(fā)展概況命名

合成橡膠是由各種單體經(jīng)聚合反應(yīng)或縮合反應(yīng)而制成的高彈性聚合物。趨于按原料單體組成來(lái)命名,如由丁二烯聚合的叫丁二烯橡膠；由丁二烯和苯乙烯共聚的則叫丁苯橡膠。分類(lèi)初期研究→甲基工業(yè)化時(shí)期→1940~1954年間的進(jìn)展→工業(yè)化時(shí)期

分類(lèi)趨于按其性能和用途可分為：①通用合成橡膠：性能與NR相近，物機(jī)性能和加工性能較好。②特種合成橡膠：具有特殊性能合成橡膠的發(fā)展概況、命名及分類(lèi)7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀（1）我國(guó)從1904年開(kāi)始種植天然橡膠，并于20世紀(jì)50年代初將橡膠樹(shù)北移試種成功。在北緯18°~24°的廣西、云南等地大面積種植橡膠樹(shù)。（2）1915年在廣州建立了第一個(gè)規(guī)模甚小的膠鞋工廠(chǎng)。隨后，在上海、天津、青島等地相繼營(yíng)建了一些橡膠廠(chǎng)，早期以生產(chǎn)膠鞋為主。（3）新中國(guó)成立后，橡膠工業(yè)已建成為具有強(qiáng)大物質(zhì)基礎(chǔ)的完整工業(yè)體系。7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀7.1.3我國(guó)橡膠的發(fā)展印度尼西亞巴西7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀中國(guó)是最大的天然橡膠消費(fèi)國(guó)越南7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀目前整個(gè)東南亞為我國(guó)橡膠進(jìn)口的主要進(jìn)口國(guó)，泰國(guó)為我國(guó)橡膠進(jìn)口的第一大來(lái)源國(guó)，占進(jìn)口的65%，而馬來(lái)西亞、越南、印度尼西亞則承包了我國(guó)整個(gè)進(jìn)口來(lái)源的29%。緬甸7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀中國(guó)天然橡膠75%靠進(jìn)口，年產(chǎn)量在80萬(wàn)噸左右，自給率約25%。云南省年產(chǎn)量在全國(guó)占比超50%，年收獲面積與產(chǎn)量趨于穩(wěn)定；海南省年產(chǎn)量在全國(guó)占比目前仍在40%以上，其余產(chǎn)量主要分布在廣東、廣西、福建等地。7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀7.1.4橡膠的特性常溫下具有高彈性，是其它任何材料所不具備的。橡膠的高彈性本質(zhì)上是由大分子構(gòu)象變化而來(lái)的熵彈性。高彈性材料的表現(xiàn)是在外力作用下具有較大的彈性變形，最高可達(dá)1000％，除去外力后變形很快恢復(fù)。橡膠有良好的彈性、抗變形性、減震性和耐久性，可按照需求與其他材料并用得到特定性能。不可替代性。7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀高彈性抗變形性減震性不可替代性7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀7.1.5橡膠阻燃必要性建筑、電子、機(jī)車(chē)（動(dòng)車(chē)、高鐵、地鐵、汽車(chē)）等對(duì)橡膠配件阻燃性的要求越來(lái)越高。礦井下用的橡膠制品的火災(zāi)安全，如導(dǎo)風(fēng)筒、運(yùn)輸帶，電線(xiàn)電纜，以及醫(yī)院、車(chē)站、大型公寓等公共場(chǎng)所所使用的橡膠制品，其阻燃化的重要性是顯而易見(jiàn)的。天然橡膠和大多數(shù)合成橡膠都是可燃或易燃材料，提高橡膠材料的阻燃性，對(duì)火災(zāi)安全的需要具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。7.1橡膠的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀7.2橡膠的分類(lèi)分類(lèi)鞋類(lèi)各類(lèi)輪胎膠管膠帶類(lèi)工業(yè)制品（雜制品）按用途分類(lèi)7.2橡膠的分類(lèi)碳鏈橡膠雜鏈橡膠：按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)不飽和非極性：天然橡膠，丁苯橡膠，順丁橡膠不飽和極性：丁腈橡膠，氯丁橡膠飽和非極性：乙丙橡膠，丁基橡膠飽和極性：氟橡膠,丙烯酸酯橡膠，氯磺化聚乙烯氯化聚乙烯，乙烯-丙烯酸甲酯硅橡膠,聚氨基甲酸酯橡膠，聚醚橡膠，聚硫橡膠7.2橡膠的分類(lèi)易燃難燃按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)烴類(lèi)橡膠：括天然橡膠（NR）,丁苯橡膠（SBR）,聚丁二烯橡膠（BR）,丁基橡膠（IIR）,丁腈橡膠（NBR）和乙丙橡膠（EPR,EPDM）含有其它元素的橡膠，如硅橡膠、聚硫橡膠等含鹵素的橡膠，如氯丁橡膠（CR）、氯磺化聚乙烯橡膠（CSM）、氯化聚乙烯（CPE）、氟橡膠（FKM）等。7.2橡膠的分類(lèi)橡膠⑴生膠——原料橡膠，即沒(méi)有經(jīng)過(guò)加工和配合的未交聯(lián)狀態(tài)的橡膠。分子呈線(xiàn)型結(jié)構(gòu)。⑵硫化膠——生膠經(jīng)過(guò)加工和配合已交聯(lián)的橡膠。即交聯(lián)結(jié)構(gòu)的橡膠。按形態(tài)分固態(tài)生膠(干膠)膠乳或乳膠指高聚物的粒子分散在水介質(zhì)中所形成的具有一定穩(wěn)定性的膠體分散體系。彈性高聚物，是未交聯(lián)和已交聯(lián)兩種狀態(tài)的總稱(chēng)。按交聯(lián)狀態(tài)分類(lèi)7.2橡膠的分類(lèi)

天然橡膠

合成橡膠

按來(lái)源與用途分類(lèi)通用橡膠：丁苯橡膠，順丁橡膠，異戊橡膠，丁腈橡膠，氯丁橡膠，丁基橡膠，乙丙橡膠特種橡膠：氟橡膠，丙烯酸酯橡膠，氯磺化聚乙烯，氯化聚乙烯，乙烯-丙烯酸甲酯，丁吡橡膠，硅橡膠，聚氨基甲酸酯橡膠，聚醚橡膠，聚硫橡膠天然橡膠與合成橡膠的比較7.2橡膠的分類(lèi)天然橡膠加工流程7.2橡膠的分類(lèi)7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性天然橡膠(NR)主要由97%以上的順-1,4-聚異戊二烯和2%~3%的3,4-鍵合結(jié)構(gòu)構(gòu)成。天然橡膠因其特性，生長(zhǎng)在赤道南北緯15%以?xún)?nèi)，最主要的生產(chǎn)區(qū)域在東南亞，約占全球產(chǎn)量的91%左右，主要生產(chǎn)國(guó)泰國(guó)、印尼、越南、中國(guó)、馬來(lái)西亞和印度；非洲地區(qū)約占全球銷(xiāo)量的7%左右，美洲為2%。2020年我國(guó)天然橡膠自給率約為13.70%，連續(xù)7年自給率不足20%。1、天然橡膠天然橡膠的結(jié)構(gòu)式NR的結(jié)晶結(jié)構(gòu)NR結(jié)晶度與伸長(zhǎng)率（1）天然橡膠的結(jié)構(gòu)7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性天然橡膠中的順-1,4-聚異戊二烯可發(fā)生結(jié)晶，其自補(bǔ)強(qiáng)性大。天然橡膠具有二烯類(lèi)高分子化合物的一切化學(xué)反應(yīng)特性。如反應(yīng)速度慢，反應(yīng)不完全、不均勻，并具有多種反應(yīng)并存的現(xiàn)象，如氧化裂解反應(yīng)和交聯(lián)結(jié)構(gòu)化反應(yīng)并存等，發(fā)生氫化、氫鹵化及鹵化等加成反應(yīng)。天然橡膠具有高彈性、彈性模量很小，為2~4MPa，約為鋼鐵的1/30000；伸長(zhǎng)率很大，可達(dá)1000%以上，為鋼鐵的300倍。天然橡膠具有良好的耐屈撓疲勞性能，動(dòng)態(tài)滯后損失小，生熱量低，并具有良好的氣密性、防水性、電絕緣性和隔熱性及耐寒性。天然橡膠主要用于輪胎，特別是子午線(xiàn)輪胎、管帶和膠鞋等各類(lèi)橡膠制品，以及各種不要求耐油、耐熱等特殊要求的橡膠制品。（2）天然橡膠的結(jié)構(gòu)2、丁苯橡膠7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（1）丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)

丁苯橡膠（SBR）是丁二烯和苯乙烯的共聚物，是應(yīng)用最廣泛的合成橡膠，依據(jù)聚合方法不同，丁苯橡膠分乳聚丁苯橡膠和溶聚丁苯橡膠兩類(lèi)。乳聚丁苯橡膠分子中兩種單體之間的結(jié)合順序有多種形式，丁二烯的加成位置既有1,4加成又有1,2加成；1,4加成中又有順、反兩種結(jié)構(gòu)存在。丁苯橡膠大分子的結(jié)構(gòu)不規(guī)整，有無(wú)極性取代基，屬于不能結(jié)晶的非極性橡膠。丁苯橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)淺黃顏色的彈性體，微有苯乙烯氣味，雜質(zhì)少，質(zhì)量比較穩(wěn)定。不飽和橡膠，不飽和度比天然橡膠低，其化學(xué)性質(zhì)與天然橡膠相似，是一種綜合性能比較好的通用橡膠。與天然橡膠相比，丁苯橡膠的耐磨耗性，耐熱性，耐氧老化，耐光老化和耐油性比天然橡膠好，硫化曲線(xiàn)平坦，加工中不易焦燒和過(guò)硫。丁苯膠生熱大，在高溫時(shí)強(qiáng)度下降較大，塑混煉時(shí)動(dòng)能消耗量大，硫化速度較慢，混煉膠的收縮率大，粘著性較差，貼合成型困難。丁苯膠的缺點(diǎn)可以通過(guò)與天然膠并用，改進(jìn)工藝操作和配方來(lái)彌補(bǔ)。7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）丁苯橡膠的特性3、順丁橡膠7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（1）順丁橡膠的結(jié)構(gòu)順丁橡膠（BR）是順式-1，4-聚丁二烯橡膠的簡(jiǎn)稱(chēng)，是丁二烯單體在專(zhuān)門(mén)的催化劑作用下通過(guò)溶液聚合制得的高分子彈性體。依據(jù)所用催化劑類(lèi)型不同，可分為鈷型、鎳型、鈦型和鋰型四種依據(jù)順式-1,4結(jié)構(gòu)含量的多少，可分為高順式（含量在96%~98%）、中順式（含量在85%~95%）)和低順式（含量在32%~40%）三種目前生產(chǎn)和使用最多的是高順式順丁橡膠，

其分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖所示：順丁橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)順丁橡膠的化學(xué)組成是聚丁二烯，在每個(gè)丁二烯鏈節(jié)中都包含有一個(gè)不飽和雙鍵，但雙鍵活性比天然橡膠低，故硫化反應(yīng)速度較慢。順丁橡膠是一種通用橡膠，它有突出的耐磨性、高彈性，低的生熱、耐疲勞性能及耐低溫性能好，而且順丁橡膠可以與天然橡膠、丁苯膠、氯丁膠、丁腈膠等以任意比例混合，與其他橡膠取長(zhǎng)補(bǔ)短。順丁橡膠廣泛應(yīng)用于輪胎，摻用順丁膠的輪胎胎面在苛刻的行駛條件下(車(chē)速高、路面差、氣溫低)可以顯著的改善耐磨性和使用壽命，提高輪胎行駛里程。除輪胎外，還用于膠管、膠帶、膠輥、模壓和壓出制品，鞋底、膠布等，也常用于耐寒橡膠制品。7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）順丁橡膠的特性4、丁腈橡膠7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（1）丁腈橡膠的結(jié)構(gòu)丁腈橡膠（NBR）是丁二烯和丙烯腈兩種單體共聚的高分子彈性體，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下圖所示。丁二烯與丙烯腈是無(wú)規(guī)共聚的，其聚合溫度分高溫（25~50℃）和低溫（5~10℃）按用途不同，丁腈橡膠可分為通用型和特種類(lèi)型兩大類(lèi)。按丙烯腈含量不同，丁腈橡膠分為極高含量（43%以上）、高含量（36%~42%）、中高含量（31%~35%）、中等含量（25%~30%）和低含量（24%以下）五個(gè)等級(jí)。丁腈橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)丁腈橡膠（NBR）是丙烯腈和丁二烯的乳液共聚物，丙烯腈含量為18%～50%。分子鏈上含有極性基團(tuán)（—C≡N）因而使其具有許多優(yōu)良性能，如耐油性能優(yōu)良、氣透性小、耐熱性能好、耐磨性好。丁腈橡膠可與其它橡膠并用，以改善其加工性和使用性能，還可與聚氯乙烯以任意比例共混，改善膠料的耐老化及阻燃性能等。丁腈橡膠主要用于耐油橡膠制品，其中高丙烯腈含量的丁腈橡膠，使用于直接接觸油類(lèi)的密封墊圈，輸油管。氫化丁腈橡膠（HNBR），為丁腈橡膠氫化后其不飽和度降低。氫化后可以極大地提高材料的耐老化性能和耐熱性能，同時(shí)可保持很高的耐油性。HNBR特別適合于加工油田機(jī)械配件，在很高溫度下的耐油（烴類(lèi)油）性也非常好。7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）丁腈橡膠的特性5、硅橡膠7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性硅橡膠是指主鏈由硅和氧原子交替構(gòu)成，硅原子上通常連有兩個(gè)有機(jī)基團(tuán)的橡膠，結(jié)構(gòu)式如下圖所示，普通的硅橡膠主要由甲基和少量乙烯基的硅氧鏈節(jié)組成。硅橡膠主鏈?zhǔn)怯伞猄i—O所組成，鍵能大，兩個(gè)甲基對(duì)稱(chēng)分布在Si—O的兩邊，硅原子的體積比碳原子的大，從而使兩個(gè)甲基之間的距離增大。由于Si—O鍵的鍵長(zhǎng)比C—C鍵的大，減弱了甲基之間的相互作用，使得硅橡膠的柔順性好。硅橡膠產(chǎn)品硅橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）硅橡膠的結(jié)構(gòu)硅橡膠（MQ）是二甲基硅氧烷與其他有機(jī)硅單體，在酸或堿性催化劑存在下，聚合制成的一種線(xiàn)性高分子彈性體。硅橡膠是由彼此相間的硅原子和氧原子組成硅氧結(jié)構(gòu)。硅橡膠的主鏈?zhǔn)怯晒柩蹑I而不是碳－碳鍵組成的，因此MQ的主鏈柔順性非常好，彈性好，玻璃化溫度很低，如常見(jiàn)的聚二甲基硅氧烷，玻璃化溫度為-127℃。硅氧鍵鍵能較高，因此硅橡膠具有優(yōu)異的耐候性和熱穩(wěn)定性，在200℃條件下可以長(zhǎng)期使用。另外硅橡膠電絕緣性?xún)?yōu)良，因此常用于電器、電子元器件及電子設(shè)備上的橡膠制品，還可用于墊圈、密封件和O形圈等。7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）硅橡膠的特性6、聚氨酯橡膠7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（1）聚氨酯橡膠的結(jié)構(gòu)聚氨酯橡膠是聚合物主鏈上含有較多的氨基甲酸酯基團(tuán)的系列彈性體材料，實(shí)為聚氨基甲酸酯橡膠，簡(jiǎn)稱(chēng)為聚氨酯橡膠或氨酯橡膠或聚氨酯彈性體，代號(hào)UR。聚氨酯橡膠通常是由低聚物多元醇、多異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑反應(yīng)而成，聚合物鏈除含有氨基甲酸酯基團(tuán)外還含有酯基、醚基、脲基、芳基和脂肪鏈等。聚氨酯橡膠分子主鏈由柔性鏈段和剛性鏈段鑲嵌組成，軟鏈段所占比例比硬鏈段多。柔性鏈段又稱(chēng)軟鏈段，由低聚物多元醇（如聚酯、聚醚、聚丁二烯等）構(gòu)成；剛性鏈段又稱(chēng)硬鏈段，由二異氰酸酯（如TDI、MDI等）與小分子擴(kuò)鏈劑（如二元胺和二元醇等）的反應(yīng)產(chǎn)物構(gòu)成?；鞜捫途郯滨ハ鹉z（PU）有聚酯和聚醚兩種類(lèi)型，后者具有較好的水解穩(wěn)定性，但物理性能較差。用硫黃或過(guò)氧化物進(jìn)行交聯(lián)，硫化膠具有拉伸強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率大、彈性好、撕裂強(qiáng)度高、優(yōu)異的耐候性、耐磨性和耐油溶脹性。具有優(yōu)良的物理性能和特殊的加工性能，廣泛用于需要特別耐磨、溫度高、耐油性好的制品，如實(shí)心輪胎、膠輥、墊圈、鞋底和輸送帶及各種模制品，利用其耐輻射作用作為宇宙航行和原子能工業(yè)用的防護(hù)制品。利用異氰酸酯與水反應(yīng)能放出CO2的特點(diǎn)，可制比水輕30多倍的聚氨酯泡沫橡膠，它有良好的機(jī)械性能和絕緣性能，主要用于絕熱、隔音和防震等。7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）聚氨酯橡膠的特性7、乙丙橡膠7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（1）乙丙橡膠的結(jié)構(gòu)乙丙橡膠是以乙烯和丙烯為主要單體的定向共聚高分子彈性體，包括二元乙丙橡膠（EPM）和三元乙丙橡膠（EPDM）兩類(lèi)。二元乙丙橡膠是由乙烯和丙烯兩種單體共聚而成。由于分子結(jié)構(gòu)完全飽和，二元乙丙橡膠不能用硫磺體系進(jìn)行硫化，只能用過(guò)氧化物硫化。三元乙丙橡膠是在二元乙丙橡膠的分子結(jié)構(gòu)中引入少量二烯烴類(lèi)第三單體制得的低不飽和性三元共聚物。三元乙丙橡膠使用的第三單體種類(lèi)主要有乙叉降冰片烯、雙環(huán)戊二烯和1,4-己二烯。二元乙丙橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)乙叉降冰片烯（ENB）雙環(huán)戊二烯（DCPD）1,4-己二烯（HD）三元乙丙橡膠的第三單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（1）乙丙橡膠的結(jié)構(gòu)三元乙丙橡膠分子中第三單體的含量很少，只有2%~5%。依第三單體種類(lèi)不同，三元乙丙橡膠又分為三種，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖所示。三元乙丙橡膠中乙烯與丙烯共聚結(jié)構(gòu)不規(guī)整，不能結(jié)晶；三元乙丙橡膠雖引入了不飽和基團(tuán)，但雙鍵不在呈飽和狀態(tài)的大分子主鏈上，活性也較低，對(duì)主鏈性質(zhì)無(wú)多大影響；分子鏈中沒(méi)有極性取代基團(tuán)，空間位阻小，分子鏈比較柔順。三元乙丙橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)乙丙橡膠是一種鏈烷烴，烷烴是非常穩(wěn)定的，在常溫下不與強(qiáng)氧化劑、還原劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng)，只有在某種必要的條件下才發(fā)生取代、氧化、裂解和異構(gòu)化反應(yīng)。乙丙橡膠的飽和性和非極性賦予其優(yōu)異的性能，分別為：耐老化性耐化學(xué)性耐水性（耐熱水和耐水蒸汽）優(yōu)異的電絕緣性能7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）乙丙橡膠的特性8、丁基橡膠7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（1）丁基橡膠的結(jié)構(gòu)丁基橡膠具有密集的側(cè)甲基，主鏈上每隔一個(gè)碳原子就有兩個(gè)側(cè)甲基，丁基橡膠的主鏈不飽和度與異戊二烯含量有關(guān)，其結(jié)構(gòu)式如下圖所示。主鏈上有78~331個(gè)碳原子才有一個(gè)雙鍵，故丁基橡膠的不飽和度是很低的，在非常遠(yuǎn)的雙鍵距離之間是鏈烷烴，因此表現(xiàn)出鏈烷烴的特征，故其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且為非極性的飽和橡膠。丁基橡膠是可結(jié)晶的，結(jié)晶中分子主鏈排列是螺旋狀的，結(jié)晶對(duì)溫度不太敏感，只有高度拉伸才有結(jié)晶。丁基橡膠的結(jié)構(gòu)丁基橡膠產(chǎn)品7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）丁基橡膠的特性氣密性和耐熱穩(wěn)定性好

丁基橡膠分子鏈中側(cè)甲基排列緊密，限制了聚合物分子的熱運(yùn)動(dòng)，因此透氣率低，氣密性好，可在100℃或稍低溫度下于空氣中長(zhǎng)期使用。阻尼性

丁基橡膠分子結(jié)構(gòu)中缺少雙鍵且側(cè)鏈甲基分布密度較大，因此具有良好的吸收振動(dòng)和沖擊能量的特性，表現(xiàn)出較好的阻尼性。耐候性和耐化學(xué)性

丁基橡膠的高飽和結(jié)構(gòu)使其具有很高的耐臭氧性、耐天候老化性和化學(xué)穩(wěn)定性，可暴露于動(dòng)物或植物油或是可氧化的化學(xué)物中。9、氯丁橡膠7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（1）氯丁橡膠的結(jié)構(gòu)

氯丁橡膠（CR）是2-氯-1,3-丁二烯的乳液聚合物，其中2-氯-1,3-丁二烯有四種鍵合方式，分別為反-1,4-聚合、順-1,4-聚合、1,2-聚合和3,4-聚合。氯丁橡膠的結(jié)構(gòu)式如右圖所示。氯丁橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）氯丁橡膠的特性

氯丁橡膠具有良好的物理機(jī)械性能，耐油，耐熱，耐燃，耐日光，耐臭氧，耐酸堿，耐化學(xué)試劑，常被用作傳送帶、運(yùn)輸帶、電線(xiàn)電纜、粘合劑、耐油膠板等產(chǎn)品。易結(jié)晶氯丁橡膠是反-1,4-聚合鏈結(jié)晶，結(jié)晶性大于NR，可結(jié)晶的溫度為35~32℃，硫化膠為5~21℃，100℃下結(jié)晶完全熔化。力學(xué)性能好氯丁橡膠（CR）比NR容易結(jié)晶，有良好的自補(bǔ)強(qiáng)性，再加上它的極性分子間的作用力較大，所以CR的力學(xué)性能比較好。反應(yīng)活性低、耐候性好氯丁橡膠雖然屬碳鏈不飽和橡膠，但97%以上的氯原子是連在雙鍵碳原子上的，為乙烯基氯的結(jié)構(gòu)，這種氯不易被取代，雙鍵也失活，致使CR的反應(yīng)活性下降。阻燃性氯丁橡膠因含有氯原子而具有阻燃性，極限氧指數(shù)達(dá)到38~41%。10、氟橡膠7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（1）氟橡膠的結(jié)構(gòu)氟橡膠（FPM）是由含氟單體（通常是含氟烯烴）通過(guò)聚合或縮合而制成的。目前氟烯烴單體聚合的氟橡膠有兩種，一種是三氟氯乙烯與偏二氟乙烯在20℃~50℃的共聚物，稱(chēng)為凱爾型氟橡膠，其含氟量一般不大于50%，結(jié)構(gòu)式如下圖所示。從結(jié)構(gòu)上看，凱爾型氟橡膠分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，且極性強(qiáng)，容易形成結(jié)晶，但分子鏈中引入氯原子后，可減輕結(jié)晶傾向，提高分子鏈的柔順性，從而改善橡膠的彈性。氟橡膠的分子結(jié)構(gòu)氟橡膠產(chǎn)品

氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐高真空及耐酸堿、耐多種化學(xué)藥品的特點(diǎn)，已應(yīng)用于現(xiàn)代航空、導(dǎo)彈、火箭、宇宙航行、艦艇、原子能等尖端技術(shù)及汽車(chē)、造船、化學(xué)、石油、電訊、儀器、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）氟橡膠的特性高度的化學(xué)穩(wěn)定性

其中26型氟橡膠耐石油基油類(lèi)、雙酯類(lèi)油、硅醚類(lèi)油、硅酸類(lèi)油，耐無(wú)機(jī)酸，耐多數(shù)的有機(jī)、無(wú)機(jī)溶劑、藥品等，23型氟橡膠耐強(qiáng)氧化性的無(wú)機(jī)酸如發(fā)煙硝酸、濃硫酸。優(yōu)秀的耐高溫性能23型氟橡膠可以在200℃下長(zhǎng)期使用，250℃下短期使用；26型氟橡膠在250℃下可長(zhǎng)期使用，300℃下短期使用。優(yōu)良的物理機(jī)械性能26型氟橡膠和23型氟橡膠都有較高的橡膠彈力、拉斷伸長(zhǎng)率和抗撕裂強(qiáng)度。11、特種橡膠（1）碳鏈飽和極性橡膠

碳鏈飽和極性橡膠包括氟橡膠、丙烯酸酯橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、乙烯和丙烯酸甲酯再加上少量硫化點(diǎn)單體的共聚物等五類(lèi)。它們碳鏈都是飽和和極性的，極性是由鹵素（氯或氟）和酯基兩類(lèi)側(cè)基提供，其極性的強(qiáng)弱取決于極性側(cè)基的品種和濃度。它們的耐熱120℃或以上，耐老化、耐非極性油類(lèi)，均能用過(guò)氧化物硫化處理。特種橡膠用量?jī)H占全部橡膠的1%左右，往往是用于苛刻或特殊環(huán)境條件，使用價(jià)值高特種橡膠包括兩類(lèi)：分別為碳鏈飽和極性橡膠和雜鏈橡膠。7.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性（2）雜鏈橡膠雜鏈橡膠的分子鏈上有諸如?Si?O?、?C?O?、?C?N?O?、?C?S?的結(jié)構(gòu)，主要有聚氨基甲酸酯橡膠、聚醚橡膠和聚硫橡膠等。

①聚氨基甲酸酯橡膠聚氨基甲酸酯橡膠分子鏈中含有?N?C?O?結(jié)構(gòu)。聚氨基甲酸酯橡膠具有最高的拉伸強(qiáng)度（28~42MPa）、最好的耐磨性、廣泛的硬度范圍以及優(yōu)異的黏著性和氣密性。

②聚醚橡膠聚醚橡膠分子鏈中有?C?O?結(jié)構(gòu)，包括氯醚橡膠和環(huán)氧丙烷橡膠。氯醚橡膠中有環(huán)氧氯丙烷均聚物、環(huán)氧氯丙烷和環(huán)氧乙烷的共聚物，氯醚橡膠老化后都變軟，因此其加工性能和力學(xué)性能都不夠好。

③聚硫橡膠聚硫橡膠分子鏈上有?C?S?鍵，有液體、固體、膠乳三種形式。液體聚硫膠使用比較多，其耐溶劑及化學(xué)藥品、氣密性、耐候、耐臭氧性良好，主要用于密封劑、膩?zhàn)拥取?.3橡膠的結(jié)構(gòu)與特性一、橡膠的基本配合組分7.4橡膠的基本配合與加工工藝生膠硫化體系補(bǔ)強(qiáng)與填充體系老化與防護(hù)體系增塑體系其它配合體系，如阻燃體系取得工藝性能的配方設(shè)計(jì)原理可塑度（粘度）

混煉性焦燒性噴霜壓延、擠出粘著性7.4橡膠的基本配合與加工工藝硬度和定伸應(yīng)力

彈性

拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率撕裂強(qiáng)度

耐磨性耐疲勞性

取得硫化膠性能的配方設(shè)計(jì)原理7.4橡膠的基本配合與加工工藝?yán)鞆?qiáng)度達(dá)15MPa的配方①NR100②SBR100③BR100S3S1.8S1.5ZnO5ZnO3ZnO3硬脂酸0.5硬脂酸1硬脂酸1.5促M(fèi)0.7促CZ1.2促CZ1HAF50HAF50

石油系軟化劑107.4橡膠的配合與加工（1）硫化體系硫化體系是與橡膠大分子起化學(xué)作用，使橡膠線(xiàn)性大分子交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高性能，穩(wěn)定形狀。硫化劑是橡膠分子間交聯(lián)的助劑，一般采用硫黃及含硫化合物，部分合成橡膠也采用金屬氧化物、過(guò)氧化物、合成樹(shù)脂、胺類(lèi)及皂鹽類(lèi)等。硫化促進(jìn)劑可加快硫化速度，縮短硫化時(shí)間，提高物理機(jī)械性能，一般按照硫化速度快慢分為氨基甲酸鹽類(lèi)、秋蘭姆類(lèi)、噻唑類(lèi)、次磺酰胺類(lèi)和胍類(lèi)等。硫化促進(jìn)助劑亦稱(chēng)為活性劑，常用有氧化鋅和脂肪酸等。硫化遲延劑又稱(chēng)為防焦劑，是防止膠料在加工和儲(chǔ)存過(guò)程中產(chǎn)生焦燒的助劑，常用的防焦劑有芳香族有機(jī)酸及N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰亞胺（CTP）等。7.4橡膠的配合與加工（2）補(bǔ)強(qiáng)填充體系補(bǔ)強(qiáng)填充體系提高膠料物理機(jī)械性能，改善膠料加工性能，降低成本。炭黑是典型的橡膠用補(bǔ)強(qiáng)劑。其主要成份為碳的微小顆粒。炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果很明顯，是橡膠在使用中不可缺少的材料。炭黑粒子形成鏈狀的聚集體結(jié)構(gòu)，在氧等介質(zhì)存在的情況下，與橡膠分子鏈形成二次交聯(lián)鍵，起到補(bǔ)強(qiáng)作用。白炭黑為超微細(xì)粒子的二氧化硅，外觀(guān)呈白色?？捎糜诎咨破坊驕\色制品。一般以含水硅酸鈣、含水硅酸鋁、高價(jià)無(wú)水硅酸鹽等作原料進(jìn)行制備。

碳酸鎂可提高橡膠的硬度、模量，也適用于透明橡膠制品。常用有機(jī)補(bǔ)強(qiáng)劑為酚醛樹(shù)脂、高苯乙烯樹(shù)脂等。

7.4橡膠的配合與加工⑥填充劑可起到增大體積、降低成本，改善加工工藝性能。傳統(tǒng)的填充劑主要為無(wú)機(jī)填料，包括硅酸鹽類(lèi)、硫酸鹽類(lèi)、金屬氧化物及氫氧化物等。⑦無(wú)機(jī)填料具有親水性，與橡膠的親合性不好，因此經(jīng)常采用表面活性劑或偶聯(lián)劑對(duì)無(wú)機(jī)填料進(jìn)行表面改性，常用的表面活性劑和偶聯(lián)劑有脂肪酸、鈦酸脂及硅烷偶聯(lián)劑等。7.4橡膠的配合與加工（3）老化及防護(hù)體系橡膠老化是因受外部環(huán)境因素的影響和作用，出現(xiàn)性能逐漸變壞，直至喪失使用價(jià)值，橡膠老化形式可分為氧老化、熱氧老化、臭氧老化、日光龜裂、屈撓龜裂及金屬催化老化等。防護(hù)劑能起到抑制或遲延老化的作用，按照防老劑防護(hù)效能有效性保持時(shí)間的長(zhǎng)短，可將防老劑劃分為普通防老劑和長(zhǎng)效性防老劑。普通橡膠防老劑按照它們的防護(hù)功能，可劃分為抗氧劑、抗臭氧劑、抗屈撓-龜裂（或疲勞）劑、金屬離子鈍化劑、光穩(wěn)定劑和防霉防蟻劑等六大類(lèi)。7.4橡膠的配合與加工（4）增塑體系增塑劑通常是一類(lèi)分子量較低的化合物，加入膠料中能降低橡膠分子鏈間的作用力，使粉末狀配合劑與生膠很好地浸潤(rùn)，從而改善了混煉工藝，使配合劑分散均勻，混煉時(shí)間縮短，節(jié)約能耗，并能降低混煉過(guò)程中的生熱現(xiàn)象，同時(shí)它能增加膠料的可塑性、流動(dòng)性、粘著性，便于壓延、壓出和成型等操作。增塑劑按其來(lái)源不同分為如下五類(lèi)：①石油系增塑劑，常用的增塑劑有石蠟烴、環(huán)烷烴及芳香烴類(lèi)；②煤焦油系增塑劑，常用的增塑劑有古馬隆及煤焦油；③松油系增塑劑，常用的增塑劑有松焦油、松香和妥爾油；④脂肪油系增塑劑，常用的增塑劑有硬脂酸和油膏；⑤合成增塑劑常用的增塑劑有鄰苯二甲酸脂類(lèi)、脂肪酸脂類(lèi)、脂肪二元酸脂類(lèi)、聚酯

類(lèi)、環(huán)氧類(lèi)、含氯類(lèi)和磷酸酯類(lèi)，后兩種為耐燃性增塑劑。7.4橡膠的配合與加工塑煉—降低橡膠分子量，增加膠料塑性，提高加工性的工藝過(guò)程。常用開(kāi)放式煉膠機(jī)、密閉式煉膠機(jī)和擠出機(jī)?；鞜挕古浜蟿┗烊氲侥z料中，并且均勻分散，制成混煉膠的加工過(guò)程。常用開(kāi)放式煉膠機(jī)、密閉式煉膠機(jī)。壓延—混煉膠或與紡織物經(jīng)過(guò)壓片、壓型、擦膠、貼膠等操作制成一定規(guī)格的半成品的工藝過(guò)程。壓出—混煉膠通過(guò)擠出機(jī)壓出口型壓出各種斷面的半成品，如電線(xiàn)電纜、膠管、輪胎內(nèi)胎及外胎胎面、胎側(cè)膠等。硫化—是橡膠加工的最后一道工序，在一定的溫度、壓力和時(shí)間的作用下，橡膠大分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成交聯(lián)的工藝過(guò)程。塑煉混煉壓出硫化7.4橡膠的配合與加工二、橡膠的加工工藝壓延不同橡膠的制品，加工工藝過(guò)程不相同。均必須經(jīng)過(guò)煉膠及硫化兩個(gè)加工過(guò)程。塑煉、混煉、壓延、壓出及硫化這五個(gè)工藝過(guò)程就是橡膠加工中最基礎(chǔ)最重要的加工過(guò)程。

7.4橡膠的配合與加工檢驗(yàn)儲(chǔ)存阻燃劑的種類(lèi)和用量對(duì)膠料的物性和加工性影響較大。阻燃劑呈現(xiàn)酸性或堿性對(duì)膠料的硫化工藝影響較大，酸性填料延遲硫化時(shí)間，而堿性填料則加速硫化；阻燃劑的極性大小影響阻燃劑與橡膠的相容性，在極性橡膠中添加極性的阻燃劑，非極性橡膠中添加非極性阻燃劑，否則會(huì)造成膠料表面噴霜或噴油和物性較差等現(xiàn)象。因此在阻燃膠料配方設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮到膠料的加工工藝性。7.4橡膠的配合與加工一、橡膠的熱解特性（1）烴類(lèi)橡膠

烴類(lèi)橡膠受熱后，在大多數(shù)情況下從300℃時(shí)開(kāi)始失重。熱失重是由于熱分解造成的，熱分解使橡膠分子量降低，一般條件下烴類(lèi)橡膠發(fā)生無(wú)規(guī)降解，聚合物主鏈發(fā)生斷裂，橡膠分子量迅速下降，產(chǎn)生大量的鏈狀化合物和少量單體。7.5橡膠的熱解與燃燒特性

根據(jù)結(jié)構(gòu)特性和易燃程度，橡膠可分成烴類(lèi)橡膠、含鹵橡膠和主鏈除碳原子外還含有其他元素的橡膠三大類(lèi)。橡膠名稱(chēng)Td/℃橡膠名稱(chēng)Td/℃天然橡膠260丁基橡膠260順丁橡膠350丁腈橡膠380丁苯橡膠378乙丙橡膠415各種烴類(lèi)橡膠的熱分解溫度（2）含鹵素的橡膠屬于這類(lèi)橡膠的有氯丁橡膠、氯化順丁橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯和氟橡膠，含鹵素的橡膠一般是較難燃燒的。橡膠種類(lèi)分解溫度/℃主要分解產(chǎn)物鹵素含量/%電線(xiàn)用橡膠的氧指數(shù)/%氯丁橡膠180氯化氫，氯丁二烯，氯乙烯4032（一般用）45（阻燃用）氯磺化聚乙烯橡膠200氯化氫，乙烷，甲烷28～4028（一般用）34（阻燃用）氯化聚乙烯橡膠200氯化氫，低級(jí)碳化物，芳香族化合物30～4028氟橡膠250氯化氫，碳氟化物6765以上7.5橡膠的熱解與燃燒特性7.5橡膠的熱解與燃燒特性在一定范圍內(nèi)，含氯素橡膠的鹵素含量越高，其氧指數(shù)也越高。含鹵素橡膠一般難燃，氧指數(shù)值較高（見(jiàn)下頁(yè)表格），熱釋放速率較低；但一旦燃燒，發(fā)煙量很大，且毒性和腐蝕性都較強(qiáng)。橡膠名稱(chēng)氧指數(shù)/%橡膠名稱(chēng)氧指數(shù)/%天然橡膠19～21硅橡膠21～23順丁橡膠19～21氯化聚乙烯26～30丁苯橡膠19～21氯磺化聚乙烯橡膠26～30丁基橡膠19～21丁腈橡膠20～22氯丁橡膠38～41乙丙橡膠19～21氟橡膠65以上各類(lèi)橡膠燃燒的氧指數(shù)7.5橡膠的熱解與燃燒特性二、橡膠的燃燒過(guò)程橡膠作為高分子材料其燃燒過(guò)程也比較復(fù)雜，整個(gè)燃燒過(guò)程比較長(zhǎng)，可以分為四個(gè)階段：升溫階段、點(diǎn)燃階段、燃燒階段和熄滅階段。7.5橡膠的熱解與燃燒特性1）升溫階段。升溫是通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流或熱輻射的方式。溫度上升的快慢通常取決于熱傳導(dǎo)的速度和燃燒對(duì)象（橡膠）的比熱，如有的填充劑（如氫氧化物類(lèi)）在加熱過(guò)程中會(huì)因吸熱導(dǎo)致溫度升高推遲。2）點(diǎn)燃階段。當(dāng)周?chē)沫h(huán)境溫度達(dá)到特定膠種的燃燒點(diǎn)，橡膠首先開(kāi)始變軟、熔化、分解成低分子物和可燃?xì)怏w。當(dāng)可燃?xì)怏w達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，會(huì)有火焰燃燒。3）燃燒階段。橡膠熱分解的產(chǎn)物與大氣中的氧劇烈反應(yīng)出現(xiàn)火焰，橡膠開(kāi)始正式燃燒，并伴隨著光和熱的釋放，形成新的低分子可燃物（如CO）、不燃物（如CO2、HCl）。4）熄滅階段。延續(xù)到可燃燒物體燃燒殆盡，或因燃燒中產(chǎn)生過(guò)多的鹵化氫氣體抑制燃燒，使燃燒無(wú)法繼續(xù)而熄滅。7.5橡膠的熱解與燃燒特性橡膠受熱后狀態(tài)變化過(guò)程一、橡膠阻燃的主要途徑①加入可以捕捉HO·的物質(zhì)，使燃燒停止。②加入可改變橡膠熱分解過(guò)程，促進(jìn)形成三度空間炭質(zhì)層，減少焦油、可燃?xì)怏w產(chǎn)生的物質(zhì)。③加入受熱分解吸收熱量并產(chǎn)生不燃?xì)怏w的物質(zhì)。④加入能受熱分解產(chǎn)生粘稠物質(zhì)，覆蓋在橡膠表面，使橡膠與空氣中的氧隔離并起到絕熱保護(hù)作用的物質(zhì)。⑤加入可使橡膠線(xiàn)性大分子交聯(lián)或增加其交聯(lián)密度，從而提高其熱穩(wěn)定性的物質(zhì)。⑥在橡膠大分子鏈上接入鹵素、磷、氮等阻燃元素（但此法成本較高，僅在少數(shù)情況下使用）。7.6橡膠阻燃原理與配方設(shè)計(jì)①含鹵素阻燃劑與Sb2O3復(fù)合體系阻燃（鹵銻協(xié)效）②含磷有機(jī)阻燃劑阻燃③氫氧化鋁（氧化鋁三水合物）阻燃④硼酸鋅阻燃⑤磷-鹵協(xié)效阻燃7.6橡膠阻燃原理與配方設(shè)計(jì)二、橡膠阻燃的基本方法含磷阻燃劑的阻燃過(guò)程7.6橡膠阻燃原理與配方設(shè)計(jì)橡膠名稱(chēng)阻燃劑體系天然橡膠氯化石蠟-70、Sb2O3、氫氧化鋁氯化橡膠氯化石蠟-70、四溴雙酚A(三溴苯酚)、磷酸三（2,3-二氯丙基）酯、Sb2O3、氫氧化鋁、氯化石蠟-70、Sb2O3、三(2,3-二溴丙基)三異氰酸酯、磷酸三（2,3-二氯丙基）酯乙丙橡膠Sb2O3、Al(OH)3、CaCO3、十溴聯(lián)苯醚、聚氯乙烯、三(2,3-二溴丙基)三異氰酸酯、硼酸鋅氯丁橡膠Sb2O3、硼酸鋅、Al(OH)3、氯化石蠟-70、三(2,3-二溴丙基)三異氰酸酯氯磺化聚乙烯Sb2O3、全氯戊環(huán)癸烷、Al(OH)3氯化聚乙烯Sb2O3、磷酸三(2,3-二氯丙基)酯、Al(OH)3、十溴聯(lián)苯醚、三(2,3-二溴丙基)三異氰酸酯丁腈橡膠Sb2O3、硼酸鋅、磷酸三甲酚酯(磷酸三甲苯酯)、氯化石蠟-70硅橡膠銅及銅化物、鉑及鉑化物、硅酸鋁、四溴雙酚A、十溴聯(lián)苯醚一些橡膠及其適用的阻燃劑體系三、橡膠阻燃的配方設(shè)計(jì)

7.6橡膠阻燃原理與配方設(shè)計(jì)

一般橡膠的阻燃工藝是根據(jù)橡膠種類(lèi)及橡膠制品的用途不同，選擇一種或多種阻燃劑，或選擇合適的復(fù)合阻燃劑體系，與其他配合劑同時(shí)或分別加入。

近年來(lái)，采用常規(guī)硫化和電子輻射交聯(lián)方式相結(jié)合，用以提高阻燃橡膠制品的抗臭氧能力及其他性能，尤其在制造阻燃電纜護(hù)套及絕緣材料方面取得了良好的效果。無(wú)鹵、低毒、低煙阻燃體系是阻燃橡膠的發(fā)展方向之一，并取得了一些重要進(jìn)展。下面分別以烴類(lèi)橡膠、鹵素橡膠、主鏈含雜元素的橡膠來(lái)綜述阻燃技術(shù)的運(yùn)用。三、橡膠阻燃的配方設(shè)計(jì)

7.6橡膠阻燃原理與配方設(shè)計(jì)1、烴類(lèi)橡膠（1）生膠選擇

選用門(mén)尼黏度較大的生膠，因?yàn)榉肿恿看蟮哪z料耐熱性能比較好。烴類(lèi)橡膠可與含鹵素橡膠如氯丁橡膠、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯等共混改性，含鹵聚合物與乙丙橡膠、丁苯橡膠均有良好的相容性，含鹵聚合物一般加入15%~40%或再多一些。（2）硫化體系選擇

硫化體系的選擇應(yīng)考慮提高膠料的耐熱性，防止低分子可燃性物質(zhì)的早期析出。交聯(lián)結(jié)構(gòu)耐熱性的順序?yàn)椋篊?C>C?S?C>C?S?C。隨交聯(lián)劑用量的增加，膠料的交聯(lián)密度增大，有利提高膠料的阻燃性。三、橡膠阻燃的配方設(shè)計(jì)

7.6橡膠阻燃原理與配方設(shè)計(jì)1、烴類(lèi)橡膠（4）各種復(fù)合阻燃劑體系選擇

烴類(lèi)橡膠的阻燃很少單獨(dú)使用一種阻燃劑，往往是使用兩種以上的復(fù)合阻燃劑、阻燃填料體系。常用的阻燃劑及阻燃填料有三氧化二銻、含鹵阻燃劑（如全氯環(huán)戊癸烷、十溴二苯醚等）、硼酸鋅、氫氧化鋁、磷酸酯類(lèi)。（3）填充體系選擇

添加阻燃性無(wú)機(jī)填料。氫氧化鋁和氫氧化鎂是阻燃橡膠中常用的阻燃填料，它不僅具有受熱分解放出結(jié)晶水以及冷卻并稀釋可燃?xì)怏w等阻燃作用，還有消煙、捕捉有害氣體的作用。另外，用它填充制作的阻燃橡膠運(yùn)輸帶和阻燃膠板還分別具有抗打滑作用和減少余燼時(shí)間的作用。三、橡膠阻燃的配方設(shè)計(jì)

7.6橡膠阻燃原理與配方設(shè)計(jì)2、含鹵素橡膠

含鹵素橡膠的阻燃處理要比烴類(lèi)橡膠相對(duì)容易些。因?yàn)樗鼈儽旧砗幸欢康柠u族元素，受熱分解脫出的鹵化氫既具有隔絕氧氣的作用，又能稀釋可燃性氣體，從而抑制放熱量的繼續(xù)增大。脫氯化氫后的聚合物向石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，最后形成炭化層，同樣也起隔氧和絕熱作用。

含鹵素橡膠的阻燃工藝過(guò)程中，必須注意它們?cè)谑軣岱纸夥懦鋈缏然瘹涞扔泻怏w的吸收或消除問(wèn)題。在氯磺化聚乙烯的阻燃工藝中，常以ZnO、MgO、PbO和CaCO3等作為氯化氫的捕捉劑，這主要捕捉劑的化學(xué)反應(yīng)式如下所示。三、橡膠阻燃的配方設(shè)計(jì)

7.6橡膠阻燃原理與配方設(shè)計(jì)3、主鏈含雜元素的橡膠

這類(lèi)橡膠包括硅橡膠、氯醇橡膠、1,2-環(huán)氧丙烷橡膠和硝基橡膠。這類(lèi)橡膠以二甲基硅橡膠應(yīng)用最多，實(shí)現(xiàn)硅橡膠阻燃化的主要手段是提高其熱分解溫度、增加熱分解時(shí)殘?jiān)p緩產(chǎn)生可燃?xì)怏w的速度，因此常采用反應(yīng)型阻燃劑。

例如在其分子主鏈上引入對(duì)亞苯基，使其成為具有對(duì)亞苯基鏈節(jié)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性高的硅橡膠，如右圖所示，以提高其熱分解溫度，賦予其阻燃性。

硅橡膠也可以通過(guò)加入添加劑型阻燃劑來(lái)實(shí)現(xiàn)其阻燃化。常用的有銅及銅化合物、鉑及鉑化合物、硅酸鋁、芳香族溴化物等。具有對(duì)亞苯基鏈節(jié)結(jié)構(gòu)的硅橡膠1、阻燃運(yùn)輸帶

7.7阻燃橡膠制品的制造方法

運(yùn)輸帶是由多層掛膠帆布黏結(jié)在一起或用其他骨架材料作帶芯，外貼覆蓋膠層，經(jīng)成型硫化而制成的橡膠制品。

阻燃橡膠運(yùn)輸帶按用途分類(lèi)，可分為一般用途阻燃運(yùn)輸帶和煤礦井下用阻燃運(yùn)輸帶。在傳統(tǒng)的阻燃運(yùn)輸帶領(lǐng)域，常用的阻燃體系主要包括無(wú)機(jī)阻燃劑、膨脹型阻燃劑（如芳香族磷酸酯和聚磷酸銨）和層狀硅酸鹽（如蒙脫土和高嶺土）。橡膠運(yùn)輸帶的基本生產(chǎn)工藝流程2、阻燃電線(xiàn)、電纜護(hù)套層和絕緣層

7.7阻燃橡膠制品的制造方法

電線(xiàn)電纜按照用途大致劃分為輸送電力能源的電線(xiàn)、輸送信息的高頻同軸電纜和光纜等通信電纜，常見(jiàn)的電纜包括單芯、雙芯、三芯等，如右圖所示。

以阻燃三元乙丙橡膠電纜為例簡(jiǎn)單介紹阻燃電線(xiàn)電纜料的加工工藝。具體工藝如下：使用開(kāi)煉機(jī)先將EPDM生膠塑煉均勻，薄通3-5次，當(dāng)生膠包后加入阻燃劑，混煉20min；再加入硫化劑，混煉均勻，打三角包，薄通出片；放置24h后，返煉并薄通5次排出氣體。最后在溫度為160℃，壓力為25MPa的條件下用平板硫化機(jī)將生膠硫化成片材待用，正硫化時(shí)間由無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀測(cè)定。常見(jiàn)電纜截面示意圖3、阻燃膠布制品

7.7阻燃橡膠制品的制造方法

膠布是由單層或多層織物表面及中間有橡膠薄膜的橡膠薄型制品。各種膠布按其性能和用途大體可分為防護(hù)類(lèi)膠布和工業(yè)類(lèi)膠布兩大類(lèi)。膠布除應(yīng)具備某些特殊性能外，還要求耐老化、厚度均勻、質(zhì)地強(qiáng)韌柔軟、表面平整光滑、膠層與布黏著良好，許多膠布制品還有阻燃性能的要求。各種膠布的基本生產(chǎn)工藝流程如圖所示。膠布制品基本生產(chǎn)工藝流程4、阻燃橡膠膠板

7.7阻燃橡膠制品的制造方法

阻燃橡膠膠板按用途分類(lèi)，可分為工業(yè)用膠板及橡膠地板和地磚兩大類(lèi)。工業(yè)膠板是指襯墊、零件用膠板，主要用作機(jī)器設(shè)備襯墊、密封墊片、緩沖墊板。阻燃橡膠地板一般要求減震、耐磨、防滑、阻燃和無(wú)異味，常用的生膠品種為天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠。所用的阻燃劑主要有氫氧化鋁、三氧化二銻、十溴二苯醚等。膠板基本生成工藝流程5、電器及電子零件阻燃橡膠制品

7.7阻燃橡膠制品的制造方法

諸如電源插頭、顯像管用高壓帽、絕緣子及電子輔助減震件等電器及電子零件上用的橡膠制品一般要求絕緣、耐熱氧老化及物性好，同時(shí)均有阻燃的要求，防止橡膠在受熱或有火星產(chǎn)生的時(shí)候燃燒造成損失。阻燃海綿橡膠制品多用于電器設(shè)備的配件，當(dāng)電器開(kāi)關(guān)產(chǎn)生弧光時(shí)，阻燃海綿橡膠可將其封閉，阻止電火蔓延，同時(shí)又起減震作用。

這類(lèi)橡塑制品的配方設(shè)計(jì)方法與電線(xiàn)電纜相近，常用的阻燃劑是溴化合物與三氧化二銻的協(xié)效體系。使用溴系阻燃劑時(shí)，如要求材料的物理機(jī)械性能盡量少受到阻燃體系的影響，宜采用十溴二苯醚；如要求材料具有良好的光穩(wěn)定性和較高的熱變形溫度，宜采用1,2-雙(四溴鄰苯二甲酰亞胺)乙烷；如要求材料具有較好的流性能和較優(yōu)的沖擊強(qiáng)度，則宜采用四溴雙酚A。謝

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!《阻燃材料與技術(shù)》第8章

阻燃木質(zhì)材料第八章阻燃木質(zhì)材料本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)：教學(xué)要求：了解木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成，掌握熱解與燃燒特性、阻燃基本方法和技術(shù)，熟悉阻燃纖維板、阻燃膠合板、阻燃刨花板和阻燃紙制品等木質(zhì)材料的生產(chǎn)工藝和應(yīng)用。重點(diǎn)與難點(diǎn)：木材的熱解和燃燒特性、阻燃木質(zhì)材料的生產(chǎn)工藝。第8章目錄木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成8.1木材阻燃技術(shù)8.3木材熱解與燃燒特性8.2阻燃纖維板8.4阻燃刨花板8.6阻燃膠合板8.5阻燃紙及其制品8.7木質(zhì)材料是由纖維素為基礎(chǔ)物質(zhì)所構(gòu)成的材料，通常包括木材、木制人造板、紙及紙制品，廣泛應(yīng)用于人類(lèi)生產(chǎn)和生活之中。第8章阻燃木質(zhì)材料作為天然有機(jī)材料，木質(zhì)材料具有可燃性，燃燒時(shí)釋放大量熱量，增大火災(zāi)荷載，加快火勢(shì)蔓延。第8章阻燃木質(zhì)材料木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)第8章阻燃木質(zhì)材料結(jié)論：有必要對(duì)木質(zhì)材料進(jìn)行阻燃處理?、诋a(chǎn)生大量的有害煙氣增加了人員疏散和滅火救援難度①木材升溫產(chǎn)生熱機(jī)械應(yīng)力表面起皺開(kāi)裂/力學(xué)性能降低熱機(jī)械應(yīng)力達(dá)到一定條件時(shí)，關(guān)鍵承重構(gòu)件破壞、失效8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成8.1.1木材的物理結(jié)構(gòu)從宏觀(guān)尺度到微觀(guān)尺度，天然木材均呈現(xiàn)多孔的分級(jí)結(jié)構(gòu)和明顯的各向異性。8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成8.1.1木材的物理結(jié)構(gòu)宏觀(guān)上，樹(shù)木是由樹(shù)皮、形成層、木質(zhì)部和髓心四大部分組成。8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成微觀(guān)上，木質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞壁也呈現(xiàn)出分級(jí)結(jié)構(gòu)：初生壁（簡(jiǎn)稱(chēng)P層）次生壁（簡(jiǎn)稱(chēng)S層，由S1、S2和S3共同組成）胞間層（簡(jiǎn)稱(chēng)ML層）復(fù)合胞間層(ML層和相鄰細(xì)胞的P層組合)木材細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)模型圖8.1.1木材的物理結(jié)構(gòu)8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成天然木材主要由軸向系統(tǒng)和徑向系統(tǒng)的細(xì)胞組成。徑向系統(tǒng)存在許多顏色較淺、從樹(shù)干中心向樹(shù)皮方向呈輻射狀排列的射線(xiàn)薄壁細(xì)胞構(gòu)成的組織，這些組織被稱(chēng)為木射線(xiàn)。軸向系統(tǒng)主要是與樹(shù)干中軸平行的細(xì)胞組成的垂直排列的微米級(jí)通道，該通道用來(lái)傳輸水分、離子和養(yǎng)分，賦予木材很高的孔隙率和較低的密度，這種主要與木材生長(zhǎng)方向一致的孔道結(jié)構(gòu)有利于增強(qiáng)木材的機(jī)械強(qiáng)度。8.1.1木材的物理結(jié)構(gòu)8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成木材主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，占木材總質(zhì)量的90%左右，其余為一些次要成分，如浸提物和灰分等。纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)組成8.1.2木材的化學(xué)組成8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成8.1.2木材的化學(xué)組成8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成8.1.2木材的化學(xué)組成8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成8.1.2木材的化學(xué)組成纖維素：地球上最豐富的天然聚合物，約占木材重量的40～50%。作用：長(zhǎng)鏈纖維素聚合物通過(guò)氫鍵和范德華鍵連接，這些內(nèi)部氫鍵使纖維素具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，難溶于水及許多常見(jiàn)溶劑。纖維素8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成8.1.2木材的化學(xué)組成半纖維素：約占木材重量的20～30%，具有由不同糖組成的短側(cè)鏈分支。作用：在植物細(xì)胞木質(zhì)化之前，把纖絲粘合在一起，使植物具有必要?jiǎng)偠纫员３种绷顟B(tài)。半纖維素8.1木材的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成8.1.2木材的化學(xué)組成木質(zhì)素：由三種醇單體（β-香豆醇、松柏醇和芥子醇）形成的一種復(fù)雜酚類(lèi)聚合物，約占木材重量的18～40%。作用：木質(zhì)素填充于纖維素構(gòu)架中能增強(qiáng)植物體的機(jī)械強(qiáng)度，利于水分運(yùn)輸并抵抗來(lái)自外界環(huán)境的干擾。β-香豆醇松柏醇芥子醇對(duì)羥苯基木質(zhì)素愈創(chuàng)木基木質(zhì)素紫丁香基木質(zhì)素8.2木材熱解與燃燒特性熱解是木材發(fā)生燃燒的第一步，主要熱解產(chǎn)物包括焦油、炭、惰性氣體和可燃?xì)怏w。木材熱解過(guò)程可分為兩個(gè)主要階段，對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)間分別是30~200℃和200~600℃。木材在氮?dú)鈿夥障碌腡G和DTG曲線(xiàn)8.2.1木材熱解特性8.2木材熱解與燃燒特性30~150℃：自由水蒸發(fā)，木材的化學(xué)組成沒(méi)有明顯變化；150~200℃：不穩(wěn)定小分子化合物開(kāi)始分解，產(chǎn)生CO2、水蒸氣和少量的可燃性氣體；220~350℃：半纖維素開(kāi)始發(fā)生熱解，主要熱解產(chǎn)物包括CO2、CO、CH4、C2H6、烯烴等氣體；280~350℃：纖維素發(fā)生熱解，生成以焦油成分形式存在的左旋葡萄糖，隨著溫度升高，左旋葡萄糖進(jìn)一步分解成200余種化合物；370~400℃：木質(zhì)素基本結(jié)構(gòu)單元苯丙烷之間的碳鍵斷裂，生成木炭；500℃及以上：木炭以生成CO和甲醛等形式脫除氫和氧，進(jìn)一步芳構(gòu)化。8.2.1木材熱解特性8.2木材熱解與燃燒特性木材著火現(xiàn)象通?？煞譃槊骰鹨?/p>

、

陰燃點(diǎn)燃

和

自燃

現(xiàn)象

明火引燃：材料在火源加熱作用下產(chǎn)生可燃熱解氣體，當(dāng)熱解氣體與空氣混合并達(dá)到一定濃度時(shí)，在外加點(diǎn)火源（電火花、火焰）的引燃下，發(fā)生連續(xù)的燃燒反應(yīng)過(guò)程。8.2.2

木材著火特性明火引燃的臨界條件包括：臨界點(diǎn)火熱通量：發(fā)生點(diǎn)燃所需的最低熱通量，一般為10~13kW/m2點(diǎn)火溫度：發(fā)生點(diǎn)燃所需的樣品表面最低溫度，在300~400℃臨界質(zhì)量通量：點(diǎn)火時(shí)的氣體燃料通量，隨含水率變化，1.1~4.9g/(m2·s)左右臨界質(zhì)量通量可用于區(qū)分瞬態(tài)點(diǎn)火（閃點(diǎn)）、持續(xù)點(diǎn)火（燃點(diǎn)）和熄火點(diǎn)低熱通量熱源加熱時(shí)，木材引燃時(shí)間較長(zhǎng)，點(diǎn)火時(shí)的表面溫度會(huì)更高。8.2木材熱解與燃燒特性8.2.2木材點(diǎn)火特性8.2木材熱解與燃燒特性木材點(diǎn)火現(xiàn)象通常可分為明火點(diǎn)燃、陰燃點(diǎn)燃和自燃現(xiàn)象

陰燃點(diǎn)燃：通常比明火點(diǎn)燃容易，不需要較強(qiáng)的加熱源和引火源，只需要相對(duì)較小的點(diǎn)火能或較低的點(diǎn)火溫度。8.2.2木材點(diǎn)火特性陰燃點(diǎn)火主要由炭氧化過(guò)程主導(dǎo)，很難通過(guò)該過(guò)程直接定義點(diǎn)火的起點(diǎn)，并獲得陰燃點(diǎn)火延滯時(shí)間。臨界點(diǎn)火熱通量：發(fā)生點(diǎn)燃所需的最低熱通量，一般為5~10kW/m2點(diǎn)火溫度：發(fā)生點(diǎn)燃所需的樣品表面最低溫度，略高于200℃或特征熱解溫度。8.2木材熱解與燃燒特性木材點(diǎn)火現(xiàn)象通常可分為明火點(diǎn)燃、陰燃點(diǎn)燃和自燃現(xiàn)象

明火引燃：材料在火源加熱作用下產(chǎn)生可燃熱解氣體，當(dāng)熱解氣體與空氣混合并達(dá)到一定濃度時(shí)，在外加點(diǎn)火源（電火花、火焰）的引燃下，發(fā)生連續(xù)的燃燒反應(yīng)過(guò)程。

陰燃點(diǎn)燃：通常比明火點(diǎn)燃容易，不需要較強(qiáng)的加熱源和引火源，只需要相對(duì)較小的點(diǎn)火能或較低的點(diǎn)火溫度。

自燃泛指無(wú)明確外加點(diǎn)火源時(shí)發(fā)生的點(diǎn)火現(xiàn)象，木材自燃主要取決于木材的儲(chǔ)存尺寸、環(huán)境溫度以及熱量傳導(dǎo)。8.2.2木材點(diǎn)火特性8.2木材熱解與燃燒特性自燃現(xiàn)象主要包括明火自燃、陰燃向明火轉(zhuǎn)變、熱自燃等明火自燃是指無(wú)外加點(diǎn)火源，熱解可燃?xì)忸A(yù)混誘發(fā)的氣相熱爆炸。木材明火自燃需要的臨界輻射熱通量是25~37kW/m2，樣品表面溫度在600℃左右。木材受熱表面炭氧化誘發(fā)熾燃，最高溫度可超過(guò)500～700℃，從而可以實(shí)現(xiàn)從陰燃向氣相明火的轉(zhuǎn)變。熱自燃也是常見(jiàn)的自燃現(xiàn)象，其本質(zhì)是炭氧化或陰燃反應(yīng)。8.2.2木材點(diǎn)火特性8.2木材熱解與燃燒特性8.2.3木材燃燒特性木材因樹(shù)種不同而呈現(xiàn)處不同的組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和密度等特性。這些因素又影響到燃燒過(guò)程中的氧化反應(yīng)和熱流動(dòng)，使木材的燃燒特性更加復(fù)雜。組織結(jié)構(gòu)：木材在宏觀(guān)上有早材、晚材、心材和邊材之分，在微觀(guān)上有細(xì)胞構(gòu)造的差異，這些會(huì)影響到木材加熱和燃燒時(shí)的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程；化學(xué)組成：木材主要元素C、H、O的比例分別是50%、6%和43%，且樹(shù)種間的差異較小。但構(gòu)成細(xì)胞壁、胞間層的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的比例則因樹(shù)種不同而不同，尤其是在針葉樹(shù)材與闊葉樹(shù)材之間的差異明顯，最終影響木材的燃燒特性。8.2木材熱解與燃燒特性8.2.3木材燃燒特性8.2木材熱解與燃燒特性不同輻射功率下松木的熱釋放速率

熱釋放速率：一定輻射熱流下，樣品燃燒后在單位面積上的熱釋放速率，單位kW/m2。

熱釋放速率和峰值熱釋放速率是評(píng)估火災(zāi)發(fā)生的重要參數(shù)。外部輻射熱流功率是影響木材燃燒特性的重要因素。8.2.3木材燃燒特性8.2木材熱解與燃燒特性8.2.3木材燃燒特性不同輻射功率下松木的熱釋放速率隨著外部輻射熱流增大，木材點(diǎn)燃時(shí)間縮短，HRR峰值增大木材在點(diǎn)火時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)尖銳的放熱峰；隨后表面炭化使熱量向內(nèi)部傳遞速度降低，木材內(nèi)部熱解生成的可燃?xì)怏w逸出受阻，HRR下降；隨著燃燒的持續(xù)進(jìn)行，木材表面因炭層縮裂出現(xiàn)裂紋，裂紋迅速向木材內(nèi)部發(fā)展，并成為內(nèi)部熱解氣體逸出和外界空氣進(jìn)入的新通道，從而產(chǎn)生第二個(gè)更寬、甚至數(shù)值更高的放熱峰；此后，HRR緩慢降低，明火熄滅，木材進(jìn)入陰燃階段。8.3木材阻燃技術(shù)木材的阻燃：木材通過(guò)特殊方法處理后，材料本身具有防止、減緩或終止燃燒的性能。實(shí)現(xiàn)方法：在物體中加入阻燃劑或者采用在木材表面涂覆難燃物質(zhì)（如防火涂料）。作用：延遲著火時(shí)間、降低熱釋放速率并減緩火焰蔓延，當(dāng)主要熱源被移除時(shí)木材可能發(fā)生自熄。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.1木材阻燃劑基本條件穩(wěn)定性：較高的熱穩(wěn)定性，以免其阻燃效果因受熱分解而降低，防止影響木材的加工工藝。吸濕性：取決于阻燃劑的類(lèi)型及吸收量、使用環(huán)境的溫度和濕度、木質(zhì)材料的種類(lèi)和尺寸等。酸堿性：強(qiáng)酸和強(qiáng)堿影響膠結(jié)質(zhì)量和材質(zhì)，宜選用中性的混合阻燃劑。毒性：阻燃劑在燃燒時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生有毒物質(zhì)。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.2木材阻燃劑分類(lèi)與特點(diǎn)8.3木材阻燃技術(shù)木材阻燃劑的作用機(jī)理主要概括為覆蓋、稀釋、吸熱、成炭和抑制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這些作用機(jī)理之間存在一定的協(xié)效關(guān)系。8.3.2木材阻燃劑分類(lèi)與特點(diǎn)8.3木材阻燃技術(shù)8.3.3

木材阻燃處理方法表面處理：在木材表面直接涂敷或沉積具有阻燃作用的高分子或單體物質(zhì)，并利用物理化學(xué)方法使其交聯(lián)固化，從而在木材表面形成保護(hù)層。貼面處理：通過(guò)將鐵皮、石膏板等不燃材料包覆在木材表面，從而實(shí)現(xiàn)木材的阻燃。深層處理：將含有阻燃劑的單體或樹(shù)脂溶液采用浸漬工藝注入到木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，以達(dá)到阻燃效果，主要包括常壓浸漬法和加壓浸漬法。8.3木材阻燃技術(shù)熱壓法：熱壓法將一定含水率的木材通過(guò)熱壓工藝制備成密度大、強(qiáng)度高、表面性能優(yōu)良的木材。方法1：將粉狀阻燃劑均勻撒在版面上，利用熱壓條件使阻燃劑熔融滲入板內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：避免了加壓浸注時(shí)板材表面的膨脹及處理后的干燥問(wèn)題缺點(diǎn)：難以施加足夠劑量，阻燃劑易停留在板面上方法2：在板面涂刷或噴涂液體阻燃劑，利用熱壓使阻燃劑滲入板內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：涂覆簡(jiǎn)單、加工方便缺點(diǎn)：極易導(dǎo)致板面表面鼓泡熱壓改性后的木材力學(xué)性能大幅提高適用于人造板材阻燃改性8.3.3

木材阻燃處理方法根據(jù)壓力不同可分為：（1）常壓浸漬法（2）分段浸漬法（3）加壓浸漬法浸漬法：在常壓或真空加壓條件下，將阻燃劑溶液注入木材或木質(zhì)人造板中。阻燃劑能否滲入木材取決于木材種類(lèi)、木材結(jié)構(gòu)和含水率。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.3

木材阻燃處理方法涂敷法：在木材表面涂刷或噴涂防火涂料，通過(guò)隔離熱源以及阻止木材表面接觸空氣，增強(qiáng)木材阻燃性能。優(yōu)點(diǎn)：采用的防火涂料多為膨脹型防火涂料，具有抗流失性好、涂敷工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。缺點(diǎn)：成本較高。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.3

木材阻燃處理方法貼面法：將石膏板、硅酸鈣板、鐵皮及金屬箔等不燃物覆貼在木材或木質(zhì)材料表面起到阻燃作用的方法。缺點(diǎn)：僅限于表面處理，且會(huì)覆蓋木材原有紋理結(jié)構(gòu)、失去木材質(zhì)感。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.3

木材阻燃處理方法超聲波法：將木材浸漬于含有阻燃劑的容器中，利用超聲波的機(jī)械振動(dòng)作用將阻燃劑壓入木材內(nèi)部的一種方法。超聲波作用于溶液時(shí)會(huì)產(chǎn)生“超聲空化”現(xiàn)象，產(chǎn)生大量微小氣泡，這些氣泡通過(guò)快速閉合形成微激波和局部壓強(qiáng)，對(duì)木材表面起到加壓浸注效果，進(jìn)而提升浸漬載藥量，實(shí)現(xiàn)木材阻燃性能的提升。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.3

木材阻燃處理方法復(fù)合法：在人造板生產(chǎn)過(guò)程中將粘結(jié)劑、刨花、木纖維與阻燃劑復(fù)合加工的方法，該方法具有節(jié)約木材、阻燃、防腐、價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，但阻燃劑加入后會(huì)影響粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.3

木材阻燃處理方法壓縮致密化法：將木材進(jìn)行水熱、微波、脫木素等預(yù)處理，然后在外力作用下將其沿徑向壓縮致密，減小木材孔隙度，從而提高木材的力學(xué)性能和阻燃性能。將阻燃浸漬與致密工藝相結(jié)合可制備出阻燃、隔熱和熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)異的阻燃木材。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.3

木材阻燃處理方法8.3木材阻燃技術(shù)阻燃性要求：①難燃性等級(jí)②發(fā)煙性要求：發(fā)煙量小，發(fā)出煙霧的毒性和腐蝕性都應(yīng)當(dāng)小。使用性要求：制品的吸濕性、強(qiáng)度、膠合性能、裝飾性和對(duì)金屬制品腐蝕性等方面。使用壽命要求：指阻燃材料在使用過(guò)程中發(fā)生的一系列化學(xué)降解反應(yīng)而導(dǎo)致阻燃性喪失或者力學(xué)性質(zhì)下降至不能使用的時(shí)間。（至少40年）8.3.4木材阻燃處理要求8.3木材阻燃技術(shù)使用性要求：吸濕性要求：《木家具通用技術(shù)條件》（GB/T3324）規(guī)定木制品的含水量應(yīng)為8%~（產(chǎn)品所在地區(qū)年平均木材平衡含水率+1%）。但阻燃木制品特別是用無(wú)機(jī)鹽改性的阻燃木制品，大多具有較高的吸濕性。強(qiáng)度要求：強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性的阻燃劑易引起半纖維素等木材組分發(fā)生分解，從而降低阻燃木制品的物理強(qiáng)度。阻燃處理后木材的強(qiáng)度下降幅度要求不超過(guò)10%，最好選用pH值與木材本身pH值相近的阻燃劑進(jìn)行改性。改性后的木材需要進(jìn)行再次干燥，干燥溫度不應(yīng)超過(guò)65℃，否則會(huì)引起木制品發(fā)生熱解。8.3.4木材阻燃處理要求8.3木材阻燃技術(shù)使用性要求：膠合性能要求：木材阻燃改性后的下一道工序是進(jìn)行膠合或刷涂等工作，要求木材應(yīng)有較好的加工性能，處理后木材表面不起白霜、顏色變化不大，但大多數(shù)無(wú)機(jī)阻燃劑較難達(dá)到這一要求。對(duì)金屬制品腐蝕性要求：阻燃處理后的阻燃劑易溶于吸收水中形成電解質(zhì)溶液，若阻燃木材制品與金屬連接件、緊固件、結(jié)構(gòu)件和建筑五金件等直接接觸，會(huì)造成這些設(shè)備和構(gòu)件的腐蝕。要求阻燃改性后的木制品對(duì)金屬（鋁、碳鋼、銅等）及其合金的腐蝕性與改性前相近。8.3.4木材阻燃處理要求8.3木材阻燃技術(shù)高效多功能化

協(xié)效阻燃微膠囊化納米化8.3.5木材阻燃劑發(fā)展趨勢(shì)8.3木材阻燃技術(shù)8.3.5木材阻燃劑發(fā)展趨勢(shì)高效多功能化：新型木材阻燃劑不僅需要綜合考慮生態(tài)環(huán)保、抑煙減毒、價(jià)格工藝和機(jī)械性能等因素，還要求具有優(yōu)良的耐水性、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性等功能。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.5木材阻燃劑發(fā)展趨勢(shì)協(xié)效阻燃：通過(guò)在阻燃劑中加入?yún)f(xié)效劑、偶聯(lián)劑、表面活性劑等實(shí)現(xiàn)協(xié)效增效作用，是未來(lái)阻燃劑發(fā)展的一種趨勢(shì)。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.5木材阻燃劑發(fā)展趨勢(shì)微膠囊化：微膠囊化阻燃劑可以屏蔽阻燃劑的刺激性氣味，減少阻燃劑中有毒成分在木質(zhì)材料加工過(guò)程中的釋放，并可以通過(guò)改變阻燃劑的密度和體積以適應(yīng)木質(zhì)材料不同加工工藝的要求。8.3木材阻燃技術(shù)8.3.5木材阻燃劑發(fā)展趨勢(shì)納米化：納米阻燃劑具有尺寸小、易在基材中分散、添加量少、阻燃效果好等優(yōu)點(diǎn)，還可以解決材料阻燃性能與力學(xué)性能之間的矛盾，是木材阻燃劑發(fā)展的另一大趨勢(shì)。8.4阻燃纖維板纖維板示意圖纖維板又名密度板，是以木質(zhì)纖維或其他植物素纖維為原料，施加脲醛樹(shù)脂或其他膠黏劑制成的人造板，具有材質(zhì)均勻、縱橫強(qiáng)度差小、不易開(kāi)裂等優(yōu)點(diǎn)。制備工藝具有自動(dòng)化程度高、規(guī)模化及集約化優(yōu)勢(shì)明顯等特性。8.4阻燃纖維板8.4.1纖維板阻燃處理技術(shù)1.

纖維板生產(chǎn)過(guò)程中阻燃處理：木纖維浸漬阻燃處理添加阻燃劑到膠黏劑中處理阻燃劑與木纖維及膠黏劑共混處理2.

纖維板成板阻燃處理：成板浸漬處理成板表面處理8.4阻燃纖維板8.4.1纖維板阻燃處理技術(shù)1.纖維板生產(chǎn)過(guò)程中阻燃處理：木纖維浸漬阻燃處理：將木纖維浸泡在混合均勻的阻燃溶液中，阻燃劑在濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下向木纖維擴(kuò)散，將浸泡后的木纖維進(jìn)行干燥處理，最終獲得阻燃纖維板。添加阻燃劑到膠黏劑中處理：在制板所用的膠黏劑中添加一定量的阻燃劑，攪拌均勻，可以達(dá)到阻燃目的。阻燃劑與木纖維及膠黏劑共混處理：木纖維在拌膠機(jī)中攪拌時(shí)加入阻燃劑，混合均勻后制備成阻燃纖維板。8.4阻燃纖維板8.4.1纖維板阻燃處理技術(shù)1.纖維板生產(chǎn)過(guò)程中阻燃處理特點(diǎn)：木纖維浸漬阻燃處理。優(yōu)點(diǎn)：載藥率高、阻燃效果較好；缺點(diǎn)：僅適合于溶液型阻燃劑，且需要干燥二次，工藝復(fù)雜、成本高。長(zhǎng)時(shí)間浸泡會(huì)降低木纖維強(qiáng)度，浸漬后的廢液排放會(huì)造成環(huán)境污染并增加成本。添加阻燃劑到膠黏劑中處理。優(yōu)點(diǎn)：此方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，易于操作；缺點(diǎn)：在膠黏劑中添加的阻燃劑需要有較好的適應(yīng)性，否則會(huì)對(duì)膠黏劑的固化造成影響，降低木材力學(xué)強(qiáng)度。阻燃劑與木纖維及膠黏劑共混處理。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，且不受阻燃劑形態(tài)影響，應(yīng)用較多；缺點(diǎn)：當(dāng)添加量過(guò)高時(shí)容易析出阻燃劑，需要限制阻燃劑的添加量。8.4阻燃纖維板8.4.1纖維板阻燃處理技術(shù)2.纖維板成板阻燃處理：成板浸漬處理：將纖維板在常壓或真空加壓條件下浸泡在阻燃溶液中，后取出干燥。

特點(diǎn)：幾乎沒(méi)有阻燃劑損失，但增加了工序，同時(shí)影響板材強(qiáng)度。成板表面處理：將阻燃劑噴灑或涂敷在纖維板表面，在表面增添了具有阻燃效果的保護(hù)層。特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單靈活，但生產(chǎn)效率較低，且影響纖維板表面形貌。8.4阻燃纖維板8.4.2阻燃纖維板生產(chǎn)工藝?yán)w維干燥施加阻燃劑、膠黏劑和防水劑鋪裝成型預(yù)壓熱壓鋸材測(cè)試阻燃纖維板生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，一般采取在生產(chǎn)過(guò)程中添加阻燃劑的方法進(jìn)行阻燃處理。阻燃纖維板生產(chǎn)工藝流程圖8.4阻燃纖維板8.4.3阻燃纖維板應(yīng)用1.船用配件：阻燃纖維板可作為大部分船用裝飾材料以及甲板、艙壁和結(jié)構(gòu)性配件的材料2.建筑裝飾：阻燃纖維板具有輕質(zhì)、隔音、防火和易加工等優(yōu)點(diǎn)，可作為建筑外墻、內(nèi)飾、梁柱和地板等材料廣泛應(yīng)用于賓館、影劇院、體育館和機(jī)場(chǎng)等建筑中建筑外墻內(nèi)墻裝飾梁柱吊頂8.5阻燃膠合板膠合板是由木段旋切成單板或由木方刨切成薄木，再用膠黏劑膠合而成的板狀材料。膠合板分類(lèi)：耐候、耐沸水、難燃膠合板

耐水阻燃膠合板耐潮阻燃膠合板

不耐潮阻燃膠合板8.5阻燃膠合板8.5.1膠合板阻燃處理技術(shù)固態(tài)阻燃劑阻燃技術(shù)：利用一定壓力將細(xì)粉末狀阻燃劑噴涂到膠合板表面，阻燃劑與木材表面纖維通過(guò)機(jī)械混合的方式結(jié)合。液態(tài)阻燃劑阻燃技術(shù)：可分為阻燃涂料表面涂敷和溶劑型阻燃劑浸漬處理。表面涂敷可通過(guò)刷涂、淋涂、噴涂或輥涂等方法進(jìn)行單面或雙面處理，在膠合板表面涂以防火涂料，達(dá)到隔熱、隔氧和降低燃燒速率等目的。氣態(tài)阻燃劑阻燃技術(shù)：將木材及木質(zhì)人造板置于硼蒸氣環(huán)境中，當(dāng)硼蒸氣進(jìn)入木材內(nèi)部后，與木材中水分結(jié)合，形成硼酸沉積在木材內(nèi)。膠合板的阻燃處理技術(shù)按照制造工藝可劃分為生產(chǎn)過(guò)程中阻燃處理技術(shù)和成品阻燃處理技術(shù)兩大類(lèi)。8.5阻燃膠合板8.5.1膠合板阻燃處理技術(shù)固態(tài)阻燃劑阻燃技術(shù)：阻燃效果不佳，只適合于刨花板和纖維板等成品膠合板的表面處理。液態(tài)阻燃劑阻燃技術(shù)：方法簡(jiǎn)單，涂料用量少，不產(chǎn)生廢液，對(duì)環(huán)境污染小，可以起到裝飾、防腐和防老化等作用。氣態(tài)阻燃劑阻燃技術(shù)：自動(dòng)化控制且不需要增添設(shè)備（可在干燥窯內(nèi)進(jìn)行），具有加工速度快、阻燃劑分布均勻、生產(chǎn)車(chē)間清潔、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的阻燃改性方法。8.5阻燃膠合板單板單板阻燃處理干燥涂膠組胚熱壓砂光鋸邊A阻燃劑調(diào)劑單板單板阻燃處理干燥涂膠組胚熱壓砂光鋸邊B阻燃劑調(diào)劑阻燃劑調(diào)劑膠合板成品阻燃浸漬或表面涂劑干燥鋸邊砂光C阻燃劑調(diào)劑8.5.2阻燃膠合板生產(chǎn)工藝8.5阻燃膠合板阻燃膠合板同時(shí)具備阻燃性、抑煙性、防腐性、防蟲(chóng)性和穩(wěn)定性五大特點(diǎn)，保持了傳統(tǒng)人造板的優(yōu)良物理性能、加工性能和裝飾功能。內(nèi)墻裝飾板門(mén)板家具8.5.3阻燃膠合板應(yīng)用場(chǎng)景8.6阻燃刨花板

刨花板也叫顆粒板，是將各種枝芽、小徑木、速生木材、木屑等切削成一定規(guī)格的碎片，經(jīng)過(guò)干燥，混合膠料、硬化劑和防水劑等試劑攪拌，再在一定溫度和壓力下壓