【知识】关于阻燃剂在 PVC里的种类·阻燃等级·作用机理·应用场景

阻燃剂在 PVC 塑料里的种类都有什么？阻燃等级的标准有哪些？它的作用机理是什么？都有什么应用场景？以及经典案例分析，下面给您来个详细的介绍：

一、PVC 塑料的阻燃特点和难题

PVC（聚氯乙烯）自身含氯的量能高达 56%呢，燃烧的时候会放出氯化氢（HCl）气体，有一定的自己熄灭的能力（极限氧指数 LOI 大概是 45%）。不过在实际运用里有下面这些难题：

软质 PVC：加了增塑剂（像 DOP、DINP 这些）后，LOI 明显降低了（能降到 20%以下），就得额外添加阻燃剂。烟和毒性：燃烧的时候会放出 HCl、二噁英，还会冒出浓烟。热稳定性：在高温加工的时候容易分解，得配上热稳定剂和阻燃剂一起发挥作用。

二、PVC 塑料里阻燃剂的种类

卤系阻燃剂氯系阻燃剂：比如说氯化石蜡，含氯量 50%的主要是给 PVC 塑料当辅助的增塑剂，含氯量 70%的主要拿来当阻燃剂。溴系阻燃剂：像四溴双酚 A 这种，可以当成添加型或者反应型的阻燃剂，能用到好多塑料材料里，包括 PVC。磷系阻燃剂无机磷系阻燃剂：比如红磷、聚磷酸铵（APP）等等。红磷阻燃的效率挺高，可跟树脂的相容性不太好，得做微囊化处理。有机磷系阻燃剂：像磷酸酯、磷杂菲这类。磷酸酯既能阻燃又能增塑，经常用在软质 PVC 里。氮系阻燃剂：像三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）这些，常常和磷系阻燃剂一起用。无机阻燃剂：比如铝三水合硫酸盐、纳米氧化硅之类的。

三、常用的协助阻燃的东西

三氧化二锑阻燃剂：一般和卤素阻燃剂一起干活，燃烧刚开始的时候，三氧化二锑先融化，在 PVC 材料的表面形成一层保护膜把空气隔开；通过内部吸收热量的反应，让燃烧的温度降低；在温度特别高的时候，三氧化二锑变成气体，把空气中氧气的浓度冲淡了，这样就起到阻燃的作用；跟 PVC 里因为燃烧产生的氯化物一起用的时候，生成的氯锑在气态的时候能抓住自由基，对阻燃有帮助。比如说在 PVC 电缆料里加三氧化二锑，能让氧指数增加，让它有更好的阻燃能力。经过特殊工艺处理的三氧化二锑不光有阻燃的效果，还能消烟，特别适合用在 PVC 电缆料里。氢氧化铝：能让 PVC 冒烟的量减少，提高阻燃的性能。受热分解的时候会吸收好多热量，生成的氧化铝能在材料表面弄出一层保护膜，把氧气和热量隔开。同时，分解出来的水蒸气能把可燃气体和氧气的浓度冲淡。氢氧化镁：它分解以后会产生氧化镁和水，消烟的效果挺不错的。而且呀，它的粒径变小的时候，PVC 的氧指数能提高，最大烟气释放量和烟密度等级会降低，对 PVC 力学性能的影响也不大，能满足一定的使用需要。红磷：一般用的是微胶囊化的红磷，有添加量少、阻燃效率高、烟少、毒性低这些优点。它在燃烧的时候会形成偏磷酸，接着聚合成稳定的多聚态，变成塑料的保护层把氧气隔开。同时呢，红磷还能和其他无机阻燃剂一起用，减少阻燃剂的使用量，让 PVC 的加工性能和物理机械性能变好。硅系阻燃剂：用有机硅和有机硼当载体，把好多官能基团给螯合起来。和各种阻燃体系一起用的时候，在燃烧的过程里能形成一些隔绝氧气的小分子气体，把可燃气体稀释了，还能吸热降温，能让高分子基材燃烧以后变成碳膜，提高阻燃的效果，还能不让有熔滴的情况出现，也能让复合材料里各组分和高分子基质的相容性变好，提升材料的力学性能。氮系阻燃剂：像三嗪及其衍生物、三聚氰胺这些，单独用效果不太好，不过和磷系阻燃剂一起用的时候，能有协同的效果。那种复合型的阻燃剂，比如三聚氰胺和多聚磷酸酯组成的阻燃剂，能让 PVC 的阻燃性能提高。

四、PVC 塑料的阻燃等级标准

常见的标准有 UL94 标准，分成 V - 0、V - 1、V - 2 和 HB 这几个级别。V - 0 级的要求是最高的，试样得在 10 秒内自己熄灭，而且不能有滴落物把脱脂棉之类的东西引燃；HB 级的要求是最低的，这是水平燃烧试验，得根据燃烧的速度来评定。

五、阻燃剂的作用原理

吸热的作用：阻燃剂在温度特别高的时候会有吸热的反应，能让可燃物表面的温度降低，让可燃性气体产生得少一些，这样就能抑制燃烧啦。覆盖的作用：阻燃剂在燃烧的过程里会生成固态或者液态的覆盖层，把氧气隔开，不让燃烧继续。抑制链反应：卤素化合物分解出来的卤素离子会和燃烧里的自由基反应，让自由基的浓度降低，这样就能让燃烧的速度变慢。不燃气体的窒息作用：比如说氮系阻燃剂分解以后会生成不能燃烧的气体，把可燃性气体稀释了，让燃烧的速度降下来。成炭的作用：磷系阻燃剂在燃烧的时候会生成磷酸、偏磷酸这些东西，能促使塑料表面炭化，形成炭层来隔热、隔氧。

六、阻燃剂的应用

PVC-U 型材：在 PVC-U 型材里面，加上氯氨磷酸酯能明显让它的阻燃性能变好，同时像纳米氧化硅和铝三水合硫酸盐这类无机阻燃剂也能拿来提高它的隔热效果和热稳定性。PVC 电缆料：一般会用氯化石蜡、磷酸酯这些阻燃剂，来让电缆的阻燃性能和耐热性变得更好。PVC 管材：在建筑用的 PVC 管材里，用无机阻燃剂比如纳米氧化硅，能有效地不让燃烧过程里的火焰蔓延。

七、经典案例分析

PVC 电缆料的阻燃改进：在 PVC 电缆料里加了适量的氯化石蜡和磷酸三苯酯（TPP），大大提高了电缆的阻燃性能，让它能达到 UL94 V0 级别。通过这样的改进，电缆在燃烧的时候产生的热量和烟雾少了好多，同时还保持着不错的机械性能。PVC-U 型材的阻燃使用：在建筑用的 PVC-U 型材里，加了氯氨磷酸酯和纳米氧化硅。氯氨磷酸酯在燃烧的时候会放出氮气和氯气，形成炭层来阻止燃烧蔓延；纳米氧化硅是通过它小小的颗粒特点来不让火焰蔓延和热传导。这种复合的阻燃体系明显让 PVC-U 型材的阻燃性能提高了，让它在建筑使用里更安全。

通过上面这些分析能看出来，PVC 的阻燃得根据它自己的特点（含氯量高、加工比较敏感），通过把阻燃剂搭配着用（像磷-金属氢氧化物-抑烟剂一起协同）来实现高效、毒性低、成本低。阻燃剂在 PVC 塑料里的应用特别重要，不光让材料防火更安全了，还能让它保持不错的物理和机械性能。