
聚磷酸铵（APP）是一种无机高分子聚合物，早期的 APP 聚合度普遍偏低（少于 20），作为肥料中的一种应用在农业领域中，后来又作为水溶性阻燃剂用于木材和纸张的阻燃浸渍处理。但低聚的 APP 容易吸潮，而且耐水性差，最初在涂料中应用效果并不理想，后来人们发现，高聚合度的 APP 能够很好的改善这些问题，对 APP 进行了各项深入研究，经过几十年的发展，作为高效无卤阻燃剂在涂料领域中有着不可替代的作用，大量应用于膨胀型钢结构防火涂料和纺织品阻燃涂层。

![](/images/news/241226/641.webp)
_**CAS 号：68333-79-9**_

![](/images/news/241226/642.webp)

二、不同类型 APP 的应用

根据不同的性能需求，APP 可以分为基础款、改性款和包覆款。

(1)基础款聚磷酸铵。EPFR-APP 224 是一款未经表面处理的聚磷酸铵，具有聚合度高，产品稳定的特点，通常推荐用于钢结构防火涂料；EPFR-APP224 基础物性如下：

![](/images/news/241226/643.webp)
室内水性钢结构防火涂料参考配方：

![](/images/news/241226/644.webp)
(2)表面改性聚磷酸铵。EPFR-APP 241 是一款硅烷改性的聚磷酸铵，具有相容性佳，粘度低的特点，用于纺织品阻燃涂层，其基础物性如下：

![](/images/news/241226/645.webp)
纺织品阻燃涂层参考配方：

![](/images/news/241226/646.webp)
（3）包覆款聚磷酸铵。EPFR-APP 262 是一款 MF 树脂包覆的聚磷酸铵，具有耐水好，耐候佳的特点，特别适用于室外防火涂料及阻燃涂层。

![](/images/news/241226/647.webp)
室外油性防火涂料参考配方：

![](/images/news/241226/648.webp)
三、APP 部分物性对涂料/涂层的性能影响。

<strong>粒径：</strong>常规的 APP 产品粒径在 15 微米左右，粒径越粗，分散越容易，但用在纺织品上可能会有更粗的手感，相反粒径越细，手感细腻，但是不好分散，而且容易出现团聚。

<strong>水溶性：</strong>水溶性是区分聚合度高低的指标之一，通常水溶性越大，聚合度就越低。APP 本身不耐水，除包覆型产品外，一般产品的出厂指标都控制在 0.5%以内，经过 MF 或其它树脂包覆后，耐水性可以降至 0.05%，且耐析出性能更佳，如 EPFR-APP 262。

<strong>pH 值（25℃ 10%悬浊液）：</strong>pH 值可以大致反馈出 APP 在合成过程中的反应完全程度，基础款产品应该是中性或者弱酸性，若太低，可能是反应完全程度不够，直接在水性涂料中使用可能会出现破乳现象；而有些产品为实现更高的性价比，会使用三聚氰胺对 APP 进行处理（例如 EPFR-APP216），pH 值会偏高，但并不影响其在涂料中的使用。

<strong>粘度（25℃ 10%悬浊液）：</strong>粘度也是区分聚合度高低的指标之一，通常低聚合度产品会因为吸水溶胀导致涂料成品粘度增大的问题。反之，高聚合度而且分子链排列规整的产品粘度会偏低。但是，通过对 APP 进行表面改性，也能够大幅度的降低粘度，例如纺织品涂层对产品的分散性和粘度要求较高，一般会使用硅烷改性的产品（例如 EPFR-APP241）。

<strong>聚合度：</strong>APP 通常情况下可以根据聚合度高低来区分用途，例如聚合度少于 20 的可以作为水溶性阻燃剂或者农业肥料，在涂料中应用的产品聚合度普遍都在 500 以上，但聚合度并非是越高越高，还有综合其它性能进行选择，如粒径、粘度、分散性、成本等等。


聚磷酸铵在涂料中的应用


> 本章讨论纺织品在建筑领域的应用，不涉及在增强塑料中使用的天然纤维和在复合材料中使用的织物。

## 01#

## 纺织品与消防安全

一般来说，纺织品重量轻，在火灾中贡献的燃料量（“火灾荷载”）比其他有机材料的更少。然而，大部分纺织品造成其他火灾风险，例如，易着火，可传播火焰，尤其能熔融并产生滴落物。

本质上，纺织品的燃烧性能取决于纤维（天然或合成纤维）的化学组成。因此，在暴露于点火源时，未经阻燃剂处理的纺织品的燃烧性能差异很大（表 1 和表 2）。

纤维类材料可能具有固有的阻燃性（例如，聚四氟乙烯纤维），或者，可以通过如下方式获得阻燃性：

<strong>1/</strong> 在纤维内添加反应型阻燃剂

<strong>2/</strong> 在纤维上喷涂阻燃剂

<strong>3/</strong> 通过熔融在纤维内混入阻燃添加剂

![](/images/news/241120/641.webp)
_**表 1： 各种纤维的燃烧性能**_

© 1986 TEXTIL PRAXIS INTERNATIONAL

![](/images/news/241120/642.webp)
_**表 2： 根据德国 DENKENDORFER 研究所纤维燃烧性能表总结的聚合物易燃性参数**_

## 02#

## 建筑施工行业用纺织品概述

纺织品用于装饰和/或功能性用途，表 3 总结了纺织品的最常见应用。

![](/images/news/241120/643.webp)
_**表 3： 建筑施工行业用纺织品概述**_

## 03#

## 纺织品阻燃剂的耐洗性

## 及纺织品阻燃处理方法

不同的纺织品可能需要在不同的条件下洗涤，具体取决于产品的最终用途。阻燃剂可以实现不同程度的耐洗性（相对于阻燃处理的永久性）：

- 非耐久性：阻燃剂根本不耐洗

- 半耐久性：纺织品经过有限次数洗涤或浸泡后失去阻燃性

- 耐久性：纺织品在经过沸水洗涤至少 50 次后仍保持阻燃性能

采用不同的方法应用阻燃剂可以实现上述不同程度的耐久性。

### a 非耐久性阻燃处理

在连续工艺中，将纺织品浸入含阻燃剂溶液的水浴，然后，在压力受控的条件下，在两个辊子之间将纺织品挤压。这种工艺可以将预定数量的阻燃剂沉积于纺织品上。沉积的阻燃剂量必须足以达到防火性能要求。然后，继续采用连续工艺，在 100°C-160°C 温度范围烘干纺织品，具体温度取决于材料。

### b 半耐久性阻燃处理

可以采用两种方法进行处理：

− 在特殊阻燃剂盐与纤维之间实现弱交联：这种方法通常限于少数几种纺织纤维与阻燃剂的组合，例如，棉纤维与特定阻燃剂的交联。在浸渍后，烘干织物并聚合物固化。

− 在背面涂层中应用阻燃剂：一般来说，这种方法适用于所有纺织品，只有在织物表面结构敏感并且表面在阻燃处理过程中可能被损坏时才限制这种方法的使用。可以用涂辊或刮刀系统将阻燃剂膏体或泡沫以及粘接剂涂布在纺织品的背面，涂布厚度确保达到防火性能要求。然后，烘干涂层，粘接剂发生交联反应，使阻燃涂层具有必要的耐久性，而耐久性实质上取决于粘接剂的类型和特性。

### a 耐久性阻燃处理

通过以下 6 种技术和工艺可以达到耐久性阻燃处理的目的：

− 反应物交联：在基材与阻燃剂之间，实现稳定的化学交联，例如，纤维素纤维的阻燃处理。在处理工艺中，先以溶液形式应用阻燃剂，然后，干燥和固化。在最后干燥织物之前，中和没有反应的分子，然后洗涤。

![](/images/news/241120/644.webp)

− 自交联：阻燃剂在基材上聚合或缩聚，例如，针织或机织织物的阻燃处理。

− 热固定：阻燃剂沉积于纤维内，例如，聚酯纤维的后处理。

− 转移涂布：在纸张表面涂覆阻燃剂，形成一层含阻燃剂的聚合物膜。在烘干室内固化之前，将聚合物膜层压到织物上。阻燃剂被永久地包裹在聚合物内，不会因洗涤而被去除。使用这种工艺时，可以在纺织品内增加其他功能（例如，防水性），也可以改变表面特性，例如，制造人造革。

− 离子交联：带负电荷的络合物与带正电荷的碱性基团键合，例如，羊毛的阻燃处理。

− 从大浴比酸化母液中提供阻燃剂，使阻燃剂与纤维进行离子交换。结果，带负电荷的络合物流出，粘附于带正电荷的碱性基团上，最终实现了离子交联。

− 生产具有固有阻燃性的纤维：这类纤维通过如下方式生产：

i. 在聚合反应期间，添加一种阻燃剂共聚单体，即可生产出阻燃纤维，例如，聚酯纤维。

ii. 设计具有高耐热性和高阻燃性聚合物骨架，例如，基于聚亚苯基异邻苯二甲酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚亚苯基对苯二甲酰胺、聚四氟乙烯（PTFE）以及其他少数几种聚合物的聚芳酰胺纤维。

上述与固有阻燃性纤维相关的技术与其说是纺织品阻燃处理，更确切的说是聚合物化学反应。

通过熔融混入阻燃添加剂

在熔体纺丝之前，在聚合物中加入阻燃剂（单独加入或通过母料加入），是一项提高纺织品材料耐火性能的众所周知的技术。

## 04#

## 纺织品用磷氮无机阻燃剂

下面的表 4 列出了在建筑用纺织品中最常使用的阻燃剂。除了少数例外，必须将不同的阻燃剂结合使用，才能达到各种要求，包括燃烧性能要求，以及其他性能要求，例如，阻燃处理后的纺织品的功能性、耐洗性、手感（软质、硬质）等。

![](/images/news/241120/645.webp)
_**表 4： 纺织品用阻燃剂**_


PIN无卤阻燃改性材料在建筑行业中的应用——纺织品


> 在建筑物和构筑物中，使用涂料和密封材料能提高建筑材料的耐火性能。因此，涂料和密封材料是必不可少的，既能提高建筑物和构筑物的安全性，又能维持这些设施的外形美观。钢材不燃烧，但当温度超过 500°C 时，钢材会丧失强度。因此防火工作的主要任务是，确保建筑结构件和防火区域达到建筑规范和技术标准规定的耐火时间要求，从而达到被动防火要求的相关防火等级。现在，建筑规范和技术标准变得越来越严苛，需要给予认真考虑。与此同时，具有高阻燃性能的涂料和密封材料使建筑设计变得非常灵活自由，机场、超市、剧院等大型空间的现代设计尤其如此。
>
> 各个国家的建筑施工规范对消防安全提出了严格要求，这推动了世界各地阻燃性涂料和密封材料需求的增长。另外，如果建筑物业主要求降低保险费，保险公司可能会对消防安全提出更高的要求。涂料和密封材料的需求也与建筑施工的作业实践相关，涂料尤其如此，涂料的需求取决于建筑物的钢材用量。例如，英国是在建筑物内使用钢结构和实施建筑物消防安全法规的先行国家之一。但在法国和美国，仍然盛行钢筋混凝土结构件，也就是说，钢结构的应用会有新的市场机会，这是因为，有证据显示钢筋混凝土的耐火性能测试中，混凝土会出现了剥落或开裂。建筑师的美学要求越来越高，这将促进可见钢结构在现代建筑中的应用，从而推动膨胀型阻燃涂料的消费增长，同时中国等新兴经济体对建筑施工用钢材的需求也在日益增长。与此同时，这些国家的安全标准需要进一步完善和修正，使之与国际水平接轨。提高消防安全的一个重要因素是，不仅要制定更严格的安全标准，而且更要严格执行这些标准。通常，只有由第三方在相关建筑物内进行消防安全检查以及检测使用的涂料和密封材料的质量水平，才能确保安全标准的执行。

## 01 反应型涂料

### 01 技术与应用

反应型涂料的主要用途是使钢结构具有耐火性能，在某些情况下，也改善装饰性木质基材的燃烧性能。大部分反应型涂料基于所谓膨胀技术（化学发泡方法），也有少数反应型涂料基于烧蚀隔热技术（物理发泡）。

![](/images/news/241101/641.webp)
_**图 1：希思罗机场钢结构反应型（膨胀型）涂料应用实例**_

膨胀型涂料被广泛用作钢结构的耐火和耐高温防护涂料。顾名思义，膨胀型涂料在暴露于约 250°C 以上的温度时发生膨胀，在钢梁的周围形成一个厚的隔热层（焦炭）。在按照 ISO 834 标准燃烧测试升温曲线进行测试时，将钢材达到临界温度（500°C）需要的时间作为评判膨胀型涂料阻燃效率的依据。含保护涂层和不含保护涂层的钢试件的升温曲线示例如图 2 所示。

![](/images/news/241101/642.webp)
_**图 2- 当暴露于 ISO 834 标准加热速率的火源时不含保护涂层和含保护涂层的型钢的时间-温度曲线（资料来源：Budenheim）**_

<strong style="color: #e3c84a">典型的膨胀型涂料体系主要含 5 种基本协同组分：</strong>

− 粘接剂/树脂体系，例如，聚丙烯酸酯树脂、聚乙烯醇树脂等；

− 碳源，即：一种能成炭的物质（多元醇、碳水化合物等）；

− 酸源，多聚磷酸铵，作为一种成炭催化剂，即脱水剂；

− 气源：一种释放不可燃气体的发泡剂，例如，三聚氰胺；

通过与多聚磷酸铵反应形成最终白色无机泡沫相的 TiO2。

![](/images/news/241101/643.webp)
_**图 3 膨胀型阻燃涂料配方中阻燃剂的作用是催化该配方中的成炭反应，结果是形成一个将钢构件与热源隔离的泡沫层。**_

在膨胀型涂料中，起防火作用的主要添加剂是多聚磷酸铵（APP）。根据最终应用的不同，多聚磷酸铵可以是任何不同的变体形式（包覆的或未包覆的形式）。如果膨胀型涂料与一个强烈的热源（例如，火焰）接触，粘接剂体系首先熔化，因此，在开始时，化学反应在一个非常粘稠的物相内发生。然后，多聚磷酸铵释放出多聚磷酸和氨，而多聚磷酸与任何合适的含碳化合物（例如，季戊四醇）反应，后者将脱水，变成一种已炭化的材料。接着，发泡剂发生分解生成气体，例如，三聚氰胺分解释放氨。此时，由已炭化的物料形成的熔融悬浮物发生膨胀，形成厚的固体状致密富炭泡沫体，从而保护基材，使其与热源隔离，并防止基材进一步分解。随着时间的推延，炭被氧化，膨胀体系的残留物变成化学结合的白色灰烬，这是多聚磷酸与 TiO2 反应生成的产物。

涂料主要有水性涂料和溶剂型涂料两种类型。水性涂料体系排放的挥发性有机化合物较少，在涂层固化时无污染物释放，涂装作业易受潮湿或下雨影响，主要用于室内涂装。溶剂型涂料主要用于室外涂装。包覆多聚磷酸铵有助于提高膨胀型涂料的耐水性，减少活性组分损失，减少表面缺陷，在施涂适合室外环境或湿润环境的涂料时尤其如此。通常，采用无气喷涂方法喷涂多层涂料，直至涂层达到指定的厚度以满足测试报告中规定的阻燃时间要求。FR60 阻燃等级的立柱的典型的干膜厚度（DFT）约 1000 微米（HB180）。

![](/images/news/241101/644.webp)
_**表 1： 溶剂型和水性膨胀型涂料的典型配方**_

### 02 标准测试方法

在世界各地使用的建筑材料测试标准中，最重要的标准是测量梁或柱在高温条件下的承载能力。根据各个国家情况的不同，钢结构的最高允许温度介于 350°C（例如，日本）至 650°C（例如，俄罗斯）之间。欧洲标准规定钢结构的平均最高允许温度为 500°C。规定钢结构最高允许温度的依据与当地的建筑规范相关，这些规范规定了结构件的安全系数。安全系数越高，最高允许温度也越高。在 500°C 时，典型型钢的承载能力下降 50%。但是，型钢的安全系数为 2 左右，因此，在 500°C 时，钢结构的刚度应该足以使其避免坍塌。在标准的燃烧测试中考虑的另一个因素是，梁在受载和高温条件下的弯曲。根据钢结构耐火性能测试标准 EN 13381/8，当梁的侧向挠度超过梁长度的 1/20 时，即使没有达到 500°C，也终止测试。无论测试标准如何，测试结果总是用极限耐火时间（分钟）表示。基于实际测得的极限耐火时间，按照一定的范围进行耐火等级分级。例如，极限耐火时间为 33 分钟的耐火等级与极限耐火时间为 55 分钟的耐火等级属于同一个等级，都是 FR30。某些标准（例如，欧洲标准）避免了这个问题，适当编制一个表格表示测试结果，然后，通过数据插值，减小涂层厚度，使结构件具有精确的极限耐火时间。例如，减小干膜厚度，使耐火性能达到真正的 30 分钟极限耐火时间。世界各地使用的许多标准的另一个共同点是炉温，炉温是根据 ISO 834 标准描述的固体燃料时间-温度曲线（纤维素材料燃烧性能曲线）确定的。

通常，使用的膨胀型涂料能达到的最高耐火等级为 FR90，有时甚至能达到 FR120。如需要达到更高的耐火等级，则必须采取其他的防火措施，例如，使用硅酸盐板，或者，在表面喷射蛭石砂浆。

在欧盟，EN 13381/8 规范了膨胀型涂料的标准测试方法，ETAG018/2 提供了关于测试装置的指南。这部标准或技术指南均未在欧盟成员国中协调统一，因此，CE 标志认证也未成为强制性措施。即使至 2013 年中期在欧盟的统一法律《建筑产品法规》生效之后，对欧盟成员国来说，上述标准和指南仍然是非强制性的。为了解决这个问题，欧盟委员会对欧洲标准化委员会下达了一条新指令，要求其重新编制 ETAG 018/2 指南，然后，制定一个统一、协调的新欧洲标准，使 CE 标志认证成为所有欧盟成员国的强制性认证，目前，这项工作正在进行之中。

在膨胀型涂料的测试方面，最完善的标准是欧洲标准和英国标准，主要的原因是，这些标准区分了不同截面积的型钢的耐火性能要求。显然，与一根细的立柱相比，更粗的立柱具有固有的隔热能力，达到同样的极限耐火时间需要的涂膜更薄。然而，世界各地使用的大多数标准没有考虑这一点。这些标准考虑采用一个具有固定截面积的型钢构件进行燃烧测试，然而，将结果应用于任何型钢，这显然是不正确的。现在，只有中国按照欧洲标准模式修正自己的标准，在燃烧性能等级的划分方面，中国也参考单体燃烧测试标准和欧洲分级体系修订了自己的标准。

![](/images/news/241101/645.webp)
_**图 4 一组具有不同截面积并含膨胀型涂料保护涂层的非承载钢结构立柱至按照 EN 13381/8 标准测试结束时的状态**_

### 03 趋势

目前正在推行的建筑产品 CE 标志认证将指引未来的方向，引领并促进建筑行业阻燃产品的未来发展。涂料的设计必须满足最终使用要求。因此，CE 标志将指出该涂料是否适合室外应用、室内应用、所有应用等等。因此，涂料生产商将致力于开发比现有产品更优质的涂料。质量是一个必须解决的问题。涂料质量下降可能会影响涂层的防火可靠性，这时，建筑设计师可能更倾向于寻求其他可替代涂料的防火体系，例如，使用防火板材或喷射防火材料。

CE 标志必须与特定的应用相关联。因此，CE 标志也将对在油漆和涂料中使用的原材料的质量提出要求。膨胀型涂料中的主要活性组分是多聚磷酸铵，其性能必须符合 CE 标志规定的最终应用的要求。例如，在室外应用时，涂料必须具有更高的耐水性。在这种应用中，需要一种溶解度更低的多聚磷酸铵。

## 02 密封材料

### 01 技术与应用

就防火目的而言，密封材料用于封闭辅助设施（电缆、管道等）的贯穿孔洞，使分隔构件达到耐火时间要求。这些材料可以被制成密封带和密封膏，用于密封门扇与门框之间的缝隙。与防火涂料相比，膨胀型防火泡沫密封材料涉及的化学技术广泛得多，烧蚀隔热系统、可膨胀石墨和膨胀反应是主要的应用技术。

![](/images/news/241101/646.webp)

对于密封材料来说，雨和霜等一般不会构成问题。主要的问题是，配制的密封材料必须具有足够高的稳定性，可以通过筒装形式进行应用（具有非常稳定的贮存期）。因此，在密封材中可以使用高聚合度多聚磷酸铵或低酸性可膨胀石墨。

在封堵塑料管道的贯穿孔洞时，一种非常广泛的方法是安装膨胀型阻火圈。在发生火灾时，膨胀材料仅在熔融的塑料管内膨胀并封闭缝隙，如下面的照片所示。

![](/images/news/241101/647.webp)

### 02 标准

密封材料的适用标准与同样起防火作用的膨胀型涂料的适用标准相同，采用一台可以重现 ISO 834 升温曲线的测试炉，构筑一个用于封闭测试炉敞口侧的隔墙，在此隔墙上测试电缆和管道等贯穿件的贯穿孔洞用密封材料。达到测试要求的评判标准是，无烟雾穿透缝隙，整个系统完好无损，背面侧温度低于 180°C。

在欧洲，必须同时达到 EN 1366-3 标准和 ETAG 018 指南第 1 部分的要求才能获得 CE 标志（非强制性认证标志）。其他国家的燃烧测试方法一般非常相似，只有一些小的改变，例如，将发烟量或外部温度等的测定结果作为判据。

![](/images/news/241101/648.webp)
_**图 6 利用 1 米 3 测试炉测试用于封闭贯穿孔洞的某些密封材料。**_
_**资料来源：Hilti**_

### 03 趋势

现有技术得到明显的潜在改进，但是，一直在应用之中。贯穿孔洞的封堵需要持续监测。在建筑物内经常需要封堵贯穿孔洞。在安装新的 IT 服务系统时，需要穿过隔墙铺设新的线缆，因此，需要重新封堵贯穿孔洞。在许多情况下，没有重新封堵，或者，没有控制封堵质量。另外，检查工作也很重要：谁负责检查吊顶后面的贯穿孔洞封堵情况？作为这些防火构件的阻燃剂生产商，我们不仅供应阻燃剂，也要帮助用户提高质量意识，加强市场检查，提高市场安全性。


PIN无卤阻燃改性材料在建筑行业中的应用——涂料


电缆用于传输电能和日益增多的数据。在多层建筑物中，铺设了大量电缆，用于水平方向房间间和垂直方向楼层之间的线路连接。在从地下室至楼顶连接各楼层的电梯井内，也铺设了用于收集和传输楼顶光伏模块电能的电缆。中低压电缆、电话电缆和局域网通信电缆是所有住宅建筑的组成部分。工业建筑和公共建筑大多为多层建筑，也铺设了大量的电力、火灾报警和应急照明等电缆。

除了导线或传输线芯，所有电缆一般还包含大量具有可燃性的聚合物材料，这些材料构成电缆的绝缘层、护套或内衬层。因此，在发生火灾时，电缆提供了大量的燃料，电缆过热、起弧、短路或其他电气故障都是潜在的点火源。此外，在现代建筑物中，电缆构成了贯穿各个空间的网络，因此，电缆对火灾的蔓延起到推波助澜的作用。

在电缆的正常使用中，阻燃剂的作用非常重要。一方面阻燃剂能阻止或延缓火焰的蔓延，使局部着火不会蔓延至整栋大楼以致危及楼内人员。另一方面一旦发生火灾，阻燃剂能减少有毒气体产生或烟雾的积聚，在学校、医院、机场和车站等人员密集的建筑物内尤其如此。高效的阻燃剂和阻燃解决方案的能赢得时间，<strong style="color: #bac5ae">保证人员有从建筑物中逃生的时间，也提高了消防部门有在火灾初期就将火灾扑灭的概率。</strong>

## 电缆消防安全

常用的建筑物电缆标准的金字塔结构如图 1 所示，这些标准在图中的排列基于电缆的消防安全等级。耐火电缆或达到耐火等级的电缆在发生火灾时能继续正常使用，必须在一定的时间内和一定强度的火灾中保证电路完好无损。火灾报警电缆和应急照明电缆属于最高耐火等级类别。这些电缆也必须在急冷水条件下和机械应力条件下达到严苛的性能测试标准。

传播火焰是电缆所能导致的最严重的危害，因此阻止火焰传播是建筑物内所有电缆的一项重要性能指标。世界各地为电缆的燃烧性能制定了不同的标准和测试方法，<strong style="color: #bac5ae">所有测试的性能等级判据都包括了燃烧长度和热释放量。</strong>

烟雾的产生和烟密度影响火灾受害者的逃生和幸存几率，因此，许多标准对此也进行了规范。保险公司常常要求将酸性气体排放量低作为一个燃烧性能等级的判据，这是因为在燃烧时释放的大量酸性气体与消防水相结合将造成严重的间接损害。同时酸性气体也具有刺激性，可能会阻碍火灾受害者，使其难以逃生。

<img style="width:100%" src="/images/news/240924/641.png" />

![]()
_**图 1： 建立电缆燃烧性能（右侧）与电缆消防安全（左侧）之间“联系”的电线电缆常用标准金字塔结构。**_

耐火性和火焰传播等术语与在建筑物内的实际生活情景密切相关。大规模的测试发现电缆的性能参数彼此相关，这些参数不但受到聚合物材料的影响，也受到电缆设计的影响。而产烟量、酸性气体排放量和阻燃性属于材料性质，<strong style="color: #bac5ae">则通常取决于材料的选择。</strong>

## 材料-电缆料

在多种基础聚合物中，使用了磷氮无机无卤阻燃剂，这些聚合物基材本身可能不含卤。但如果用于聚氯乙烯等含卤聚合物，磷氮无机阻燃剂也可以显著改善最终产品的环境特性和健康特性。

### 01 聚氯乙烯电缆

> 增塑聚氯乙烯塑料仍然是电缆行业使用的最重要聚合物材料。虽然聚氯乙烯本身具有优良的阻燃性，但软聚氯乙烯中由于添加了大量易燃增塑剂，使聚氯乙烯电缆成为了建筑物内的一个重要燃料源。
>
> 从可燃性和火焰传播方面考虑，三氧化二锑（ATO）是一种适用于柔性聚氯乙烯的非常有效的阻燃剂。令人遗憾的是，虽然三氧化二锑具有重要的环境特性和健康特性，但采用三氧化二锑作为聚氯乙烯的阻燃剂时，燃烧产生的烟雾是> 一个劣势。与不含阻燃剂的聚氯乙烯电缆相比，含三氧化二锑的聚氯乙烯电缆产生的黑烟明显更多。
>
> 在聚氯乙烯中，添加金属氢氧化物阻燃剂，例如，氢氧化铝（ATH）或氢氧化镁（MDH），可以制备现代低烟阻燃（LSFR）型聚氯乙烯电缆料，另外也可以添加少量的氢氧化锡酸锌和硼酸锌作为协同阻燃剂。在聚氯乙烯中，氢氧化锡> 酸锌作为协同阻燃剂与氯共同作用，既能防止火焰蔓延，又能通过生成焦炭减少烟雾。
>
> 基于上述阻燃剂，可以设计产烟量低和盐酸（HCl）排放量少的护套材料，同时，也能满足常常要求的可燃性和火焰蔓延判据（参见表 1）。
>
> 表 1 总结了聚氯乙烯、其他卤化基础聚合物、相关的磷氮无机阻燃剂和电缆的最终应用。

表 1： 在聚氯乙烯电缆料和其他卤化聚合物中使用的磷氮无机阻燃剂

![](/images/news/240924/642.webp)
天花板隔层空间是对阻燃电缆阻燃性能要求最高的建筑物场景之一。在这些空间，也可以使用基于高阻燃性聚氯乙烯混配料的电缆。天花板隔层空间是指楼层结构天花板与吊顶之间的空间。天花板隔层电缆被铺设在建筑物的这些空间内。以下两个因素使这种建筑空间极容易传播火灾。

- 第一个因素是，这些空间用于空气循环和安装供暖空调系统，提供主动通风，因此，也为火灾传播提供通道。

- 第二个因素是，在办公楼和功能建筑物的生命周期内，在此类天花板隔层空间内捕设了许多新电缆，尤其是最近几代数据电缆，同时，废弃的电缆常常未拆除。因此，多年来，这些空间内可燃物质量负荷不断增加。在美国，在天花板隔层空间铺设的电缆必须符合 NFPA 90A 标准。除了氟化乙烯聚合物，只有含大量阻燃剂的特种聚氯乙烯电缆料能满足这一标准的要求。

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表 2： 含低烟阻燃剂的聚氯乙烯电缆料典型配方

![](/images/news/240924/645.webp)

### 02 无卤阻燃电缆

> 利用含无卤阻燃剂（HFFR）或低烟无卤阻燃剂（LSFOH）的聚合物混配料，可以通过多种方式生产安全的功能电缆。选择的聚合物、相应的阻燃剂和阻燃机理以及主要的电缆应用如表 1 所示。
>
> 在无卤阻燃电线电缆中，使用量占绝对优势的最重要电缆料基于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）与线性低密度聚乙烯（LLDPE）的共混物，使用精细沉淀法氢氧化铝作为唯一的填料型阻燃剂。细粒氢氧化铝的粒径约 1 微米，用量约 > 60%-65%（重量百分含量）。在电缆料中使用了偶联剂，以保证要求的物理性质（参见表 4）。在不加入任何交联剂的条件下，采用标准的挤出工艺加工这些电缆料。
>
> 每当电缆对耐磨蚀性、耐化学性或耐热性有特殊要求时，例如，在制造升降机电缆、电梯电缆或光伏电缆时，使用热固型或交联型电缆料。基于乙烯-丙烯-二烯烃共聚物（EPDM）或乙酸乙烯酯含量高的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物> （EVM）的弹性体电缆料也是可选的方案。交联反应是通过过氧化物诱导的。这些电缆料也含氢氧化铝，其重量百分含量约 50%-60%。有时，添加硼酸锌作为协同阻燃剂，同时，也增加必要的无机填料，这些填料用于提高聚合物的强> 度和硬度。
>
> 另一方面，如果使用热塑性电缆料，在电线电缆挤出成型后，也可以通过电子束固化，使电缆料发生交联反应。有时，氢氧化镁（MDH）比氢氧化铝更有优势，具体取决于加工温度。电子束交联是光伏电缆的标准生产技术。耐阳光暴> 晒和耐高温是光伏电缆的最重要要求。
>
> 最后但同样重要的是，热塑性聚氨酯（TPU）等热塑性基础材料具有固有的优良耐磨蚀性。在这类聚合物材料中，添加磷氮无机阻燃剂是一项成熟的技术。三聚氰胺衍生物、有机磷酸酯、次膦酸酯和金属氢氧化物（氢氧化铝或氢氧化> 镁）按不同的比例使用，具体取决于制造商采用的电缆生产技术。

表 3： 在无卤阻燃电缆料中使用主要磷氮无机阻燃剂以及电缆料的最重要最终应用

![](/images/news/240924/646.webp)

表 4： 基于聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物共混物的典型无卤阻燃电缆料配方

![](/images/news/240924/647.webp)


PIN无卤阻燃改性材料在建筑行业中的应用-电缆


## 01 型材和复合材料

与木材或金属等其他材料相比，塑料更为耐用，也更易维护（耐腐蚀、易清洗和易维修）。因此，过去几十年来，在建筑施工领域，塑料的使用量在不断增加中。

其中增强塑料（复合材料）发展迅速，应用领域不断拓展，在越来越多的领域取代了传统建筑材料。含玻璃（或碳）纤维的热固性复合材料具有比强度高、耐久性卓越的特点，越来越广泛用于建造轻质的承重构筑物，例如，桥梁、人行天桥甚至阳台。

另外热塑性木塑复合材料也是一类新兴材料，也正在越来越广泛的应用于建筑施工行业。这类材料兼具木材的美学特性和塑料的物理性能，并且在很大程度上可用回收再生材料制造，满足了客户对减少产品环境足迹的需求。在建筑行业，采用热塑性和热固性复合材料取代传统材料正在成为一种趋势，这些复合材料再现天然材料的美观性，同时也发挥聚合物材料的优势，在设计、颜色和其他方面都有了改进，某些改进包括使用金属内嵌件，如采用壳体、簧片、按键等内嵌件。

在隔墙、台板、面板、半透明或透明天窗和盖板等室内应用产品中需要使用阻燃剂。这些产品的最常用测试标准是 ASTM E 84，耐火性能包括 A、B 和 C 三个等级。

上述产品使用的各类树脂也包含生物基聚合物，因此，这些树脂能够提供更加绿色的解决方案。聚合物具有易燃特性，需要经过阻燃处理才能符合消防安全条例，这些条例对材料的耐火要求或严格或宽松，这取决于材料的最终用途（作为铺地材料或作为直立或悬吊用品）。

### 1 热塑性塑料型材和复合材料

热塑性塑料型材和复合材料是通过挤压成型或注射成型生产，阻燃剂主要在聚合物共混阶段添加，在少数情况下，也可以在最终产品生产期间以母料形式加入。、

表 1： 型材和复合材料用阻燃剂

![](/images/news/240827/240827_641.webp)

木质复合材料型材具有强度重量比高、耐久性好、尺寸稳定性强和成本相对较低的特点。升级产品还具有防水、防虫、防腐蚀和防霉的性能，是室外应用的理想选择。木质复合材料型材可以形成各种颜色和表面木纹，没有必要进行表面加工。木质复合材料型材可以打磨、钻孔或涂装，在建筑行业的应用极其灵活。这些材料可以主要从废弃物制造，因此，属于环境友好型产品。

<img style="width:100%" src="/images/news/240827/240827_642.webp" />

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_**型材**_

在热塑性挤压成型工艺中使用木料是一项相对较新的技术，过去近 10 年来，应用市场广泛增长。木质复合材料型材是采用木塑复合材料（WPC）树脂通过挤压成型生产，木塑复合材料共混物一般含 30%-60%的木质填料，这些填料主要为木粉或木纤维，可以从回收渠道获得。木质填料与高密聚乙烯（HDPE）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等塑料树脂共混，通过挤压成型加工，制成各种形状的型材（空心和实心型材）。这些型材既保持木材的优良品质和美学特性，又具有热塑性塑料的易加工特性。

铝塑板（ACP）用于外立面装饰，正反两面为铝合金板，芯层为聚合物。通常，铝塑板的总厚度为 3-6 毫米。在多层建筑中使用时，铝塑板必须达到建筑产品标准规定的耐火性能测试要求。使用的无机阻燃剂填料的重量百分含量为 65%-70%（根据 DIN 4102 B1 标准）或甚至高达 90%（根据 DIN 4102 A2 标准）。

### 2 热固性型材和复合材料

与热塑性塑料截然不同的是，在使用热固性树脂生产最终部件时，采用的加工工艺对合适阻燃剂的选择产生重大影响。因此，采用团状模塑料（BMC）生产复合材料时，通常允许使用高含量填料型阻燃剂，但是，采用拉挤成型工艺生产复合材料时，为了维持合适的粘度，通常只能使用适量的固体阻燃剂。

树脂灌注成型或真空辅助树脂灌注成型（VARTM）工艺等最近发展起来的技术几乎不能使用任何填料型阻燃剂，其原因是，在树脂被强行灌注至增强纤维内时，填料型阻燃剂可能会被纤维过滤。因此，采用这些工艺加工材料只能使用液体阻燃剂（但是，液体阻燃剂的增塑性是大问题，这是不希望存在的）或反应型阻燃剂（实际上，这是最具技术可持性的选择，但是，这类阻燃剂的化学成分可选范围不大），或者，使用特级氢氧化铝，这种特级填料经过特别设计，对混配料的粘度提高幅度非常小，而且在灌注时被纤维过滤的倾向非常小。

总的来说，现在市场存在约 20 种不同的连续或非连续加工工艺，可以用于小批量、中等批量或大批量生产。这些工艺有其各自的优势和局限，对添加剂的选择也有不同的要求。因此，热固性复合材料涉及多种多样的配方，通常，这些配方包含了不同的磷氮无机阻燃剂组合，以适应复合材料的加工工艺，同时，也使复合材料具有一系列的特定性能。

<img style="width:100%" src="/images/news/240827/643.png" />

![]()
_**木塑复合材料**_

表 2： 热固性复合材料用阻燃剂

![](/images/news/240827/644.webp)

<div class="grid grid-cols-2 gap-3">
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![](/images/news/240827/645.png)

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![](/images/news/240827/646.webp)

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_**铝塑板外立面**_

## 02 薄膜和片材

### 01 前言

建筑施工行业使用的薄膜、片材和带材种类繁多，涵盖不同的产品，其生产基于不同的材料，包括合成材料和天然材料。产品可能具有一种或多种功能特性，可以大致分类如下：

- 防护产品：脚手架保护膜、隔离膜、防水布等。

- 功能产品：蒸气阻隔膜、胶粘膜、温室薄膜、人造草皮等。

- 结构产品：屋顶板、防风屏障、空间分隔用薄膜或片材等。

- 装饰产品：横幅、印刷薄膜、人造植物或人造树等。

根据最终用途的不同（用于住宅建筑、公共场所或工业建筑），这些产品可能必须符合不同的消防安全法规。就消防安全而言，大部分薄膜所含燃料质量较对较少，因此，与在建筑施工行业中使用的其他易燃材料相比，薄膜的火灾荷载有限。然而，薄膜常常由极易燃材料制成，因此，比较容易着火，在火灾传播方面还会造成次生火灾风险，例如，火焰通过垂直表面和水平表面蔓延，火灾可能通过生成燃烧滴落物而传播。

相较而言，比薄膜更厚的片材通常更难着火（需要更强的火源），但是，片材会造成其他危害，例如，放热量大，烟雾多。热塑性片材在燃烧时生成滴落物，这也是一个重要的安全因素，这些滴落物会造成火灾的传播。

现在，<strong style="color: #799e93">多种磷氮无机阻燃剂可以用于各种各样的材料阻燃。</strong>通常，不同的磷氮无机阻燃剂组合使用，可以实现协同效应，还有助于达到一系列特定的性能（例如，力学性能、透明度），或者，优化产品成本。

本章讨论在上述大多数相关材料中使用的磷氮无机阻燃剂及应用，但是，本章不涉及作为防水产品的薄膜和片材，例如，防水膜，也不涉及作为特种功能性产品的薄膜和片材，例如，在光伏面板中使用的薄膜和背板。

## 02 薄膜和片材的生产

薄膜和片材是采用不同的工艺生产的，这些工艺包括但不限于挤出、压延和层压。通常，成型的薄膜经过进一步加工，制成更复杂的产品。除了基础聚合物的性质，材料的加工工艺和应用参数都影响阻燃添加剂的选择和配制。

#### 薄膜和片材的最相关生产工艺

<strong style="color: #799e93">1.挤出吹膜是最常见的薄膜生产工艺之一</strong>

塑料颗粒通过挤出机混合和熔融，然后经过熔体泵送至环形吹膜口模，从口模拉出形成的膜管，通过往膜管内鼓入空气，将其横向吹胀成膜，同时使薄膜冷却，以快速固化。

<strong style="color: #799e93">2.硬质片材挤出或流延膜挤出</strong>

流延膜挤出与挤出吹膜工艺相似，不同的是，在流延膜挤出工艺中，熔融聚合物从平缝口模模隙挤出后与冷却辊接触，然后，极快速冷却。一般来说，挤出温度倾向于比挤出吹膜工艺中的温度更高。<strong style="color: #799e93">否则一旦塑料凝固，流延膜会卷绕在卷筒上，造成失败。</strong>

<strong style="color: #799e93">2.压延成型</strong>

这是一种特殊工艺，用于大规模生产高质量产品，主要生产乙烯基聚合物（聚氯乙烯）薄膜和片材。改性的聚乙烯、聚丙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物也可以通过压延成型。

#### 后续加工

通常，硬质片材不需要经过后续加工（切割、贴装和固定除外）。但是，柔性薄膜可能需要经过后续加工，或者，需要与其他部件装配，以生产最终产品。

在材料改性和材料组合方面，不同的产品可能有截然不同的要求，正如薄膜的应用形形色色。例如，最终产品可能由单层或多层薄膜组成。在多层产品中，各层的材料可能是同质的（不同层的薄膜由相同的聚合物构成），也可能是不同质的（不同层采用不同的聚合物材料或其他材料，例如，塑料涂布纸），还可能含增强材料，例如，增强纤维。如果不采用阻燃剂进行适当处理，这些纤维可能起到蜡烛芯的作用，增加整个复合薄膜的易燃性。

薄膜可以经过拉伸，得到比原始薄膜更薄的产品，这种方式也可以改变产品的机械性能，从而将薄膜加工成其他产品，例如，扁平的编织带或编织物。为了精确调节材料的机械性能以满足特定应用需求，可以使薄膜单轴或双轴取向。薄膜也可以通过加热制成收缩膜（但是这一工艺基本上与阻燃剂的应用无关）。薄膜还可以被粘结或层压至基材（例如，无纺布、木材等），或者，被直接作为材料使用（例如，屋顶防水层）。其他加工工序还包括穿孔、印刷和涂布以获得特定性能。上述每一个因素及其相互组合都可能通过各种方式影响最终产品的易燃性，从而也影响阻燃剂的配方，因此：

- 必须考虑产品的易燃性。与每一层薄膜的燃烧性能相比，多层薄膜制成的产品的可燃性、燃烧性能或燃烧滴落物都会有所不同，也更复杂。另外，在评价产品的耐火性时，不一定每次单独测试薄膜的燃烧性能，而是常常测试含薄膜的整个组件，后者更接近最终应用。因此，很少单独对应用于基材上的薄膜进行燃烧性能分级，而是要求整个复合材料达到耐火测试等级。<strong style="color: #799e93">因此，薄膜的阻燃解决方案必须综合考虑，才能最终满足整个组件的阻燃性能要求。</strong>

- 比较常见的情况是，添加阻燃添加剂不仅改变材料的易燃性，也改变材料的物理和机械性能。因此，在聚合物基材内，非熔融的阻燃剂的行为特性类似于填料。根据填料型阻燃剂的化学性质、用量和其与寄主聚合物的亲和性的不同，添加这类阻燃剂可能会影响薄膜的拉伸或收缩特性、其他物理性质（例如，透明度、断裂伸长率、抗穿刺性能等）或其他特定参数。例如，为了确保高拉伸比，用户可能首选可与聚合物熔体混合的阻燃添加剂。

#### 阻燃的薄膜和片材混配料

在下面的表 3 中列出了生产薄膜和片材最常用的材料及可使用的相应磷氮无机阻燃剂。

表 3： 薄膜和片材用阻燃剂

![](/images/news/240827/647.webp)

> ## ◀ 最新发展与展望 ▶
>
> 在大多数厚片材中，可以添加无机阻燃剂或成炭添加剂，使聚合物具有阻燃性，但是，这些方法不适合聚合物薄膜。在聚合物中使用高含量的无机填料，将降低材料的物理和机械性能。膨胀型阻燃体系实质上要求薄膜达到一定的厚度> 才能发挥阻燃机理的作用。
>
> 在聚烯烃薄膜和纤维的某些特定应用中，一些特殊的氨基醚类受阻胺光稳定剂（NOR-HALS）能使材料达到 DIN 4102 B2 标准的要求。这些稳定剂与新推出的烷基膦酸酯阻燃剂相结合，为开发无卤产品提供了可选方案，从而可以填> 补多项技术空白。
>
> 然而，在某些应用中，例如，对于某些树脂，仍然缺乏无卤阻燃解决方案和/或缺乏既能满足某些性能要求（例如，透明度或机械性能）又能通过燃烧测试的解决方案。在另一些应用中，其他填料（尤其是炭黑等颜料）的存在也可能> 带来某些技术局限性。
>
> ![](/images/news/240827/648.webp) 
> _**保护膜**_ 
> _**（资料来源：iStock）**_


PIN无卤阻燃改性材料在建筑行业的应用-型材、片材和复合材料


人们越来越意识到，降低能耗有助于减慢化石燃料的枯竭和缓减全球变暖。通过对建筑物进行隔热有助于降低能耗，促进社会的可持续发展。

建筑施工行业使用多种隔热材料，例如，矿物棉、硬质聚氨酯、聚苯乙烯、聚烯烃等人造材料或纤维素纤维等天然材料。

作为建筑材料，上述材料必须具有良好的隔热性能，同时，还应满足严苛的消防安全要求。矿物棉（包括岩棉和玻璃棉）等材料具有固有的优良燃烧性能，同时又具有卓越的隔热性能。但聚氨酯和热塑性塑料等其他有机材料虽然轻质、隔热性能卓越，但耐火性能较差，因此必须添加阻燃剂才能达到耐火标准要求。泡沫材料尤其如此，在物理结构上，泡沫材料实质上是燃料与空气的混合物。<strong style="color: #122da2">与非泡沫材料相比，泡沫材料往往更容易着火，一旦燃烧，燃烧也更剧烈。
</strong>

## 聚氨脂泡沫材料 ▼

硬质聚氨酯（PU）泡沫材料是重要的隔热材料，具有卓越的隔热性能。硬质聚氨酯隔热材料可以通过多种方式生产和应用，例如：

- 采用连续法或非连续法生产含柔性饰面（例如，铝箔）或刚性饰面（例如，金属夹芯）的隔热板。

- 在表面（例如，屋顶）喷涂反应型聚氨酯材料直接生成隔热层。

- 聚氨酯泡沫填缝剂（“单组分聚氨酯泡沫填缝剂”）以填充墙壁上的缝隙。

与大多数有机材料一样，硬质聚氨酯泡沫材料非常易燃，这些泡沫材料的燃烧性能受到多种因素的影响，例如，原材料的性质（多元醇和发泡剂等的性质）、泡沫密度以及多元醇与异氰酸酯的当量比值（被称为异氰酸酯指数）。

与异氰酸酯指数高的硬质聚氨酯泡沫材料（PUR 泡沫材料）相比，异氰酸酯指数低的硬质聚氨酯泡沫材料的易燃性更高。由于在泡沫中所含的异氰脲酸酯结构的量更高，这些所谓的聚异氰脲酸酯泡沫材料（PIR 泡沫材料）在本质上具有更高的耐火性。

为了使聚氨酯泡沫材料达到各种耐火标准，包括易燃性、火焰蔓延长度和烟密度等级标准，必须在这些材料中添加阻燃剂。除了达到消防安全要求，阻燃剂还必须满足以下要求，例如：

- 不影响聚氨酯配方的固化

- 不影响聚氨酯混配料的贮存期

- 不影响泡沫材料的机械性能（硬度、回弹性）

- 不影响泡沫材料的隔热性能

多种无卤阻燃剂可以满足上述要求，最常用的是磷系阻燃剂，尤其是液体阻燃剂。一般来说，用于硬质聚氨酯泡沫材料的阻燃剂可以分为三类：

- 添加型液体阻燃剂：这类阻燃剂为液体，可以方便地将配制的阻燃剂添加至多元醇中，使阻燃剂结合至泡沫材料中。但这类阻燃剂具有增塑作用，会影响泡沫材料的机械性能。

- 反应型液体阻燃剂：这类阻燃剂通过与异氰酸酯反应结合至聚合物链中，阻燃剂成为了聚合物不可分割的组成部分，不会产生增塑作用。然而，这类阻燃剂的使用条件更容易受限制，某些阻燃剂可能会影响聚氨酯泡沫的固化。

- 固体阻燃剂：这类阻燃剂在泡沫材料中的行为特性与填料相似，固体阻燃剂往往会影响泡沫材料的物理性能以及隔热性能。这类阻燃剂可以作为分散相加入，或者，与液体原材料共混。固体阻燃剂常常与液体阻燃剂结合使用。

表 1 总结了在硬质聚氨酯泡沫材料中常用的无卤阻燃剂。

![](/images/news/240813/240813_641.webp)

针对不同的地区和不同的应用，硬质聚氨酯泡沫类隔热材料必须达到相对应的不同的耐火标准。

在欧洲，包括硬质聚氨酯泡沫材料在内，所有建筑施工用材料必须达到 EN 13501 标准的燃烧性能等级要求。这个标准规定了建筑材料燃烧性能欧洲分级体系的各个等级。根据密度、发泡剂和饰面类型的不同，含阻燃剂的硬质聚氨酯泡沫材料可以达到燃烧性能等级 E 至 C 级，在某些情况下也可能达到 B 级。欧洲的燃烧性能测试标准 EN 13823（单体燃烧测试）基于烟密度分级，含阻燃剂的硬质聚氨酯泡沫材料通常可以达到 s3 或 s2 级烟密度。

在美国，建筑材料必须按照 ASTM E 84 标准进行测试（斯坦纳隧道试验），这项测试评估建筑材料的易燃性和产烟性。ASTM E 84 标准对火焰蔓延长度和烟密度均划分了三个等级（A、B、C）。对于 ASTM E 84 标准的上述两个评级依据，含阻燃剂的硬质聚氨酯泡沫材料都能达到 A 级。

为了达到欧洲和北美洲的燃烧性能标准，阻燃剂的用量通常为每百份多元醇使用 5-30 份阻燃剂，具体取决于泡沫密度、原材料性质和产品最终应用。

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## 热塑性泡沫材料 ▼

### 1 发泡型聚苯乙烯（EPS）泡沫材料

聚苯乙烯泡沫材料是优良的热绝缘体，因此，常常用作建筑物的隔热材料。

发泡型聚苯乙烯是一种韧性好的硬质闭孔泡沫材料，通常，从预膨胀的白色聚苯乙烯珠粒制造。热阻率和热导率是该材料的两项关键性质，<strong style="color: #122da2">必须考虑阻燃剂的负面影响。</strong>目前，使用磷氮无机阻燃剂尚不能令人满意地解决聚苯乙烯材料高易燃性的问题。

### 2 挤出型聚苯乙烯（XPS）泡沫材料

挤出型聚苯乙烯含闭合的泡孔，表面韧性好、刚性高、热导率低。与发泡型聚苯乙烯相比，挤出型聚苯乙烯对水蒸气的扩散阻力强，更适合暴露于各种天气。挤出型聚苯乙烯泡沫材料主要用于建筑领域，因此，必须达到严格的阻燃标准，使用磷氮无机阻燃剂几乎不能达到这些要求。

### 3 聚烯烃泡沫材料

聚烯烃泡沫材料包括具有不同密度（约 20-400 千克/立方米）和不同物理形态（珠粒、片材和卷材）的多种产品。根据最终要求的不同，这些产品可以由具有不同密度的聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）制造，也有少数产品由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）制造。为了获得一系列特定的性能，经常使用不同树脂的共混合物生产这类产品。

在建筑物中，聚烯烃泡沫材料主要应用于暖通空调（HAVC）系统，例如，管道（热流体和冷流体管道）隔热和/或设备隔音，但在消防安全要求严格的许多其他应用领域，也可以见到这类用途广泛的泡沫材料的身影。

聚烯烃泡沫材料可以通过以下不同的方法生产，这些方法可能影响磷氮无机阻燃剂的选择：

- <strong>发泡珠粒：</strong>首先，将聚合物混配和造粒，得到具有特定粒径和重量的球粒。然后，将这些球粒转移至一个高压釜内，加热，并在高压下让其浸渍物理发泡剂直至达到饱和。然后，这些球粒被突然暴露于大气条件，形成含大量微孔的球状发泡颗粒（珠粒）（类似于发泡型聚苯乙烯泡沫材料）。这些珠粒可以被进一步加工（例如，“蒸汽箱成型”），从而生产最终部件。

- <strong>挤出片材或卷材：</strong>同样，先进行原材料混配，在聚合物中添加发泡剂和阻燃剂，有时也添加其他组分（例如，颜料、染料）。然后，将混配料挤出成型，生产具有不同厚度（通常，0.2-40 毫米）的片材或卷材。在受热后，发泡剂释放一种惰性气体，该气体在片材挤出过程中引起材料发泡。这样生产的片材和卷材可以进一步加工，例如，切割、焊接等。

根据最终要求的不同，聚烯烃泡沫材料可以交联（通过电子束或化学方法），形成的泡孔结构可以为闭孔或开孔。

![](/images/news/240813/240813_643.png)

## 其他隔热材料 ▼

### 1 天然隔热材料

天然材料给人以“绿色形象”（基于可再生资源，可回收利用），正在成为越来越受欢迎的建筑物隔热材料，但是，这些材料的燃烧性能差，应用也受到限制。天然材料以有机物为主，燃烧热值高，不能达到某些阻燃等级，例如，欧洲分级体系 A1 级或 A2 级。<strong style="color: #122da2">在欧洲的公共场所和高层建筑物中，所使用的材料，至少是 A1 和 A2 必须强制达到的阻燃等级。</strong>因此，天然材料基本上只能在住宅建筑中使用，这些建筑物对材料的阻燃要求相对较低，只要求达到欧洲分级体系中的 E 级（对烧烧的支持程度可接受）甚至 F 级（无消防安全要求）。天然材料包括来源于动物的原材料（例如，不适合在纺织品中应用的羊毛短纤维）或来源于植物的原材料（例如，纤维素纤维）。纤维素纤维可以从大麻、亚麻、棉纤维、废木纤维获得，或者，从回收的废纸中获得（“松散填充纤维素”）。

在传统上，天然隔热材料尤其是松散填充纤维素（最常用的隔热材料之一）通常经过硼酸处理，可使处理后的材料既能达到需要的阻燃性能，又使处理后的纤维具有抗真菌和抗螨能力。但硼酸的使用越来越受到限制，因此，在天然材料中，不仅必须使用适当的阻燃剂，还必须用经过批准的生物杀灭剂取代硼酸。

适合在天然材料中使用的磷氮无机阻燃剂包括各种无机酸的铵盐（例如，磷酸盐、膦酸盐、硫酸盐、磺酸盐和其他无机酸盐）的不同混合物。虽然在用于各类材料的阻燃剂中许多基础组分是共同的，但是，事实上，必须针对每一种纤维类型，调整阻燃剂混合物中各种组分的用量，对阻燃剂配方进行适当设计，使之与这些材料的生产工艺相适应（例如，松散填充纤维素用阻燃剂不得含水）。典型的天然材料、这些材料的阻燃处理工艺以及阻燃剂的一般化学成分如下表所示。

![](/images/news/240813/240813_644.webp)


PIN无卤阻燃改性材料在建筑行业中的应用-隔热材料


> 编者荐语：
>
> 建筑安全及历史建筑防火一直是行业内的重点课题，来看看浙江省的实践案例分享吧。

> 以下文章来源于历史文化街区和历史建筑防火智库 ，作者王健
>
> 历史文化街区和历史建筑防火智库
>
> 聚焦文化遗产保护传承，街区和历史建筑消防安全最新动态。

<a href="http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzk0OTcxNzk2Ng==&mid=2247483939&idx=1&sn=ca0d75ee87fdd0e57b76603eaf30bb8d&chksm=c3555c82f422d594e88c2a5f33be06d625d371728c5119fb0978c0a76c0b46e334ec2de2400c&scene=21#wechat_redirect">

![](/images/news/240808/240808_640.webp)
_**点击图片了解更多论坛详情**_
</a>

<div class="flex justify-center flex-col">

<img style="border-radius: 100%;width:100px" src="/images/news/240808/240808_641.webp" alt="报告嘉宾 王 健 浙江大学建筑设计研究院有限公司总经理" />

![]()
_**报告嘉宾**_
_**王 健**_
_**浙江大学建筑设计研究院有限公司总经理**_

</div>

作题为《浙江省历史建筑与历史街区防火之实践》的报告，结合《威尼斯宪章》《建筑设计防火通规》的要求，本着尊重历史风貌和建筑空间、功能本原的精神，通过性能化分析等手段，采取对应的加强措施，提升消防安全性能，而不应机械地套用规范。

<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/Sz3hE1oaEUwx9ldLp7B-vA" title="查看原文">

![](/images/news/240808/poster.webp)
</a>

<div style="text-align: center;font-size: 36px">∨</div>

![](/images/news/240808/240808_640.png)
![](/images/news/240808/240808_641.png)
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经验分享 | 王健：浙江省历史建筑与历史街区防火之实践


> ### 建筑构件的耐火性能
>
> <strong style="color: red">建筑构件的耐火性能，是指建筑构件在火焰燃烧中维持设计性能的时间。</strong>
>
> 我们一般测试两类建筑构件。一类是结构构件，例如，立柱、横梁、承重墙。另一类是分隔构件，例如，防火门、贯穿孔洞密封材料。所有建筑构件的耐火性能测定结果用耐火极限的时间（分钟）表示，测试参数取决于不同的应用。
>
> 钢结构件的耐火性能是指钢结构达到 500°C 时所需要的时间（EN 13381）。当达到此温度时，钢结构的刚度将不足以抵抗预期的承载力。
>
> 防火门的耐火性能是指防火门丧失耐火完整性的时间，当防火门丧失完整性时，烟雾和火焰将穿透防火门。
>
> 因此，在表示耐火性能的时间数字前面，需要加上首字母缩略语 FR（结构构件耐火性）或 FI（分隔构件耐火完整性），用以区分不同构件的耐火性能。
>
> 在评价耐火性能时，需要测定建筑构件在维设计性能的条件下抵抗火的作用的时间。

## 01 欧洲

过去的《建筑产品指令》和现在的《建筑产品法规》规定了建筑构件在按照参考的标准测试时的性能要求。另外，如果已经实施 CE 标志认证制度，《建筑产品法规》强制规定用户只能使用贴有 CE 标志的产品。单一构件（例如，防火门）容易通过耐火性能认证，这样的构件只需要自身达到规定的耐火性能即可，其认证如同电视机或电冰箱的认证一样简单。然而，如果预期的防火性能取决于多种不同材料，标签认证将变得更为复杂。例如，在认证钢结构的耐火性能时，如果被测试的构件是一根含反应型涂料防护涂层的立柱，那么，不仅涂料本身而且涂料施涂厚度也影响耐火性能。

因此，现在，在按照《欧洲技术认证指南》规定的认证程序认证之后，不但要提交测试报告和进行相关分级，还要获得 CE 标志，才能使建筑产品通过欧洲技术认可（ETA）认证。

### 01 承重构件涂层保护

- ENV 13381 第 1-7 部分：隔墙、混凝土构件。

- ENV 13381 第 8 部分：钢构件。

<div class="grid grid-cols-2 gap-3">
<div>

![](/images/news/240710/240710_640.webp)
_**立柱测试炉**_
_**©Ralf Baumgarten、BAM 和科莱恩**_

</div>
<div>

![](/images/news/240710/240710_641.webp)
_**在某次炉内测试之后含膨胀型涂料涂层的钢板。涂层膨胀至干膜厚度的 100 倍。（资料来源：科莱恩）**_

</div>
</div>

在测试立柱或横梁建筑构件时，试件放置在一个 4 米 ×4 米的测试炉内，在承载条件下，按照 ISO 标准时间-温度曲线进行升温。通过热电偶与钢构件直接接触，记录该构件的温度和挠度。

当平均温度达到 500°C 时，或者，当热电偶的温度达到 550°C 时，计时器停止计时，读取时间读数。当挠度超过构件长度或高度（以先超过的为准）的 1/20 时，计时器停止计时，读取时间读数。

在一个 1 米 ×1 米的更小的测试炉内，进行了一组补充测试，测试含不同厚度防火涂层和具有不同截面积的钢构件，然后，利用从 4 米 ×4 米炉内测试获得的一个因子对测定的时间进行校正。

ENV 13381 标准允许建筑师根据在建筑物中使用的不同截面积钢构件设计反应型涂料的干膜厚度（DFT）。

此测试方法适用于 ENV 13381 标准第 8 部分所述的反应型涂料（膨胀型）以及第 4 部分所述的喷涂蛭石、矿棉砂浆或螺栓连接硅酸盐板的耐火性能测试。

- EN 13.501 第 1 部分：基于耐火时间（30 分钟、60 分钟、90 分钟等）测定结果的燃烧性能分级标准。

- ETAG 018 第 2 部分：钢结构 CE 标志欧洲技术认可认证。

### 02 分隔构件（隔墙、防火门）

- EN 1364 第 1-4 部分：非承重构件标准。

- EN 1365 第 1-6 部分：承重构件标准。

- EN 1634 第 1-3 部分：门、百叶窗和可开窗标准。

测试方法使用上面所述的测试炉，按照明确规定的方式（在测试报告中予以说明）将测试构件安装并固定在一个耐火壁上。

低温侧的温度应低于 180°C，或者平均温度为 140°C。

### 03 服务设施-管道、挡板（dampers）、贯穿孔洞密封材料和其他。

- EN 1366 第 1-10 部分：建筑辅助设施分为 10 类。

贯穿孔洞密封材料的测试采用 EN 1366 第 3 部分所述的方法。在应用这种测试方法时，采用耐火墙封闭测试炉达 3 小时，墙壁上留有孔隙，模拟在建筑物墙壁上穿过通风管道和电缆桥架时留下的贯穿孔洞。将密封材料（膨胀型阻火包、塑料管道阻火圈、电缆桥架防火密封胶）放置在测试位置，然后开始测试。按照前面所述的 ISO 曲线，监测温度速率的变化。一旦密封材料完整性被破坏（发生烟雾、热量泄漏等），停止计时器。

- EN 13501 第 2-5 部分：对上述任何测试结果进行分级。

<img class="!w-full" src="/images/news/240710/240710_642.webp" />

![]()
_**采用膨胀型阻火包对贯穿孔洞进行防火保护（资料来源：Hilti）**_

### 04 耐火试验结果的延伸应用

建筑构件或材料的应用可能性非常多，例如，采用不同的组合形式，或者，不同的固定和安全方式。因此，某些欧洲标准允许对燃烧性能测试结果进行延伸应用。在这些应用中，利用主要测试获得的基础数据，然后，针对每一种特定的情形，仅指定一项补充测试或进行一项评估。

_表 1：延伸应用_

<img class="!w-full" src="/images/news/240710/240710_643.webp" />

## 02 美国

_表 2：耐火性能测试方法_

<img class="!w-full" src="/images/news/240710/240710_644.webp" />

UL 1709 是一项非常严格的测试标准，在测试期间涉及快速升温。炉温在 5 分钟内达到 2000℉/1103°C，然后，维持在这一温度直至试件失效。当温度达到 1000℉/538°C 时，钢结构失效。钢结构在 1、2、3 或 4 小时内达到并超过此失效温度，具体取决于涂层厚度和钢结构安装要求。涂层厚度可能介于 0.8-13 毫米。在某些情况下，要求建筑构件能耐受软管内的流体，这时适用 ASTM E2226 标准。

ASTM E2226 标准主要用于石油化学工业、海洋设施等。

UL 263/ASTM E-119 提出了一种分阶段升高温度的测试方法，在 5 分钟内，将温度从 1000℉/538°C 升高至 1700℉/927°C，然后，在此温度维持 1 小时。根据建筑构件辅助设施耐火性能分级准则的要求，可以使用更高的温度和更长的测试时间。在大多数情况下，钢结构失效温度的测定值为 1000℉/538°C，但也因钢结构的形状和材质不同而不同。

此测试方法适用于住宅建筑以及低风险的工业建筑物和构筑物。

膨胀型涂料也可以通过加速热老化测试，例如，80°C、135 天老化测试或 70°C、270 天老化测试。在测试期之后涂层的性能必须维持原始性能的 80%。

## 03 日本

- JIS A 1304 建筑构件耐火性能测试方法：含保护涂层的钢构件试件的最高允许温度为 400°C，允许的平均温度为 350°C。要求使用相同的型钢进行测试，立柱的最大截面积为 120 厘米 2，横梁的最大截面积为 100 厘米 2。承重测试的试件长度尺寸为 240 厘米，非承重测试的试件长度尺寸为 150 厘米。

此标准也包括耐水性测试和耐冲击性测试。这两项测试在加热 30 分钟之后进行，测试的目的是证明防护涂层不会脱落。

例如，如果一个加载的构件耐受了 2 小时的加热，并且通过了耐水性和耐冲击性测试，则该构件上的反应型涂层被分级为 2h LWS 等级。

## 04 韩国

- KS F 2257 第 1-7 部分

第 1 部分阐述一般要求。第 6 部分和第 7 部分分别阐述横梁和立柱的测试方法。

测试采用单一试件，仅规定试件长度：柱长 3 米，梁长 4 米。测试需要在加载条件下进行，当试件上的热电偶的平均温度达到 538°C 或最高温度达到 649°C 时，终止测试。基于设计的最终用途，计算承重荷载。

## 05 中国

- GB 14907-2018

根据要求的防火等级，耐火等级分为：0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h，无 3.0h 以上的规定：

· 按火灾防护对象分为：普通钢结构防火涂料、特种钢结构防火涂料。

· 按使用场所分为：室内钢结构防火涂料、室外钢结构防火涂料。

· 按分散介质分为：水基性钢结构防火涂料、溶剂性钢结构防火涂料。

· 按防火机理分为：膨胀型钢结构防火涂料、非膨胀型钢结构防火涂料。

涂层厚度有最低要求：膨胀型钢结构防火涂料的涂层厚度不应小于 1.5mm，非膨胀型钢结构防火涂料的涂层厚度不应小于 15mm。

<img class="!w-full" src="/images/news/240710/240710_645.webp" />

试件是一根承载的梁，长 4 米。当挠度超过梁总长的 1/20 时，终止测试。

利用更短的试件（长 1 米）进行老化、腐蚀和其他测试，然后，将测试结果与空白试件的结果进行比较。空白试件是一根含涂层的 1 米梁，在耐火试验中当平均温度达到时 538°C 时，将其取出，并作为一个参比试件。与空白试件相比，其他试件的结果允许偏差 35%。

分级结果分为通过测试或不通过测试。


PIN无卤阻燃改性材料在建筑行业中的应用-建筑材料的燃烧测试-2


建筑材料必须满足多种性能要求。虽然独户住宅很少对建筑材料提出防火要求，但关于商业建筑、工业建筑和多户住宅的防火性能要求很多。根据建筑材料类型和预期用途的不同，必须采用不同的测试方法测试这些材料的特定燃烧性能。

在设计一栋建筑物时，一个非常重要的考虑因素是，建筑物在火灾中的行为特性，如何确保建筑物结构构件在火灾中不坍塌能继续维持支撑状态，或如何让结构构件在规定的时间内能阻止火势蔓延。建筑条例对结构构件的耐火性能要求和耐火等级作出了规定。

## 一 建筑材料燃烧性能分级与测试

### 欧洲：建筑产品指令

2000 年 2 月 8 日，欧委会通过了一项实施第 89/106/EEC 号理事会指令的决议（2000/147/EC）。该决议对建筑产品的燃烧性能提出了新的分级体系（参见 OJ L 50，23.2.2000）。值得注意的是，《建筑产品指令》的第二项基本要求可以概述为“建筑物必须具有防火安全性”。

上述分级体系涵盖建筑产品各种等级的燃烧性能，该体系常常被称为欧洲分级（Euroclass）体系，由两个子体系组成。一个子体系涵盖不含铺地材料的建筑产品，例如，墙壁和天花板表面的衬材，另一个类似的子体系涵盖铺地材料。这两个子体系都包括从 A 至 F 的各个等级，其中 A1 和 A2 级指不可燃产品。这个新的分级体系正在取代欧盟各成员国更早的分级体系，这些分立的分级体系已经构成了贸易障碍。《建筑产品指令》将被《建筑产品法规》（CPR）取代，后者于 2013 年 7 月实施，此法规将成为欧盟所有成员国的强制执行法规。

#### 1 欧洲分级体系

建筑产品“燃烧性能”分级测试主要测试建筑材料燃烧时的火焰蔓延、烟密度和燃烧滴落物这三个特性。欧洲分级体系包括 7 个等级。

欧洲分级体系的产品分级测试是按照欧洲标准化委员会（CEN）颁布的欧盟协调标准规定的测试方法进行的。

建筑产品、铺地材料和电缆的燃烧性能等级分别如下面的表格所示。

_表 1: 建筑产品燃烧性能等级_

<img class="!w-full" src="/images/news/181.webp" />

_表 2：铺地材料燃烧性能等级_

<img class="!w-full" src="/images/news/182.webp" />

2006 年 10 月 27 日，欧盟委员会作出关于电缆燃烧性能欧洲分级的决议，2006 年 11 月 4 日，此决议在欧盟官方期刊发布。

此决议指出，“应该为电缆建立单独的燃烧性能等级”。

_表 3: 电缆燃烧性能等级_

<img class="!w-full" src="/images/news/183.webp" />

#### 2 欧洲分级体系分级测试方法

欧洲分级体系等级 A1 和 A2

- EN ISO 1716 燃烧热值测试：测定产品在弹式热量计内完全燃烧的总热值。
- EN ISO 1182 不燃性测试：样品放置在 750°C 的测试炉内，测定温升、质量损失率和持续燃烧时间。

欧洲分级体系等级 A2、B、C 和 D

- 单体燃烧测试（SBI）：模拟一个单体燃烧试件在测试室的一个角落的燃烧场景。试件的总暴露面积为 1.5 米 ×1.5 米。试件由高度均为 1.5 米、宽度分别为 0.5 米和 1.0 米的两个部分组成，这两部分垂直构成直角。将一个三角形结构的丙烷气体扩散式燃烧器作为热源和点火源，在燃烧时提供 30 千瓦热功率。此燃烧器被放置在直角试件的底部，燃烧时类似一个正在燃烧的废纸篓。
  ![](/images/news/184.webp)
  _在 20 分钟的供火时间内评价试件的燃烧性能_
  ![](/images/news/185.webp)

用一个集气罩收集燃烧后的气体，此气体通过一条排烟管道排出。排烟管道包含一个测量管段，在其中安装了一个压差探头、多个热电偶、一个气体取样探头和一个烟气测量系统，用于测量总放热量和烟气释放量。

_表 4：单体燃烧测试燃烧性能分级判据_

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<img class="!w-full" src="/images/news/187.webp" />
<img class="!w-full" src="/images/news/188.webp" />

欧洲分级体系等级 A2、B、C、D 和 E

- EN ISO 11925-2 可燃性测试：试件直接受到小火焰冲击。将尺寸为 250 毫米 ×90 毫米的试件垂直固定在一个 U 型试件支架上。将一个 20 毫米高度的丙烷气体火焰以 45° 角与试件接触。火焰施加点在试件表面中心线位置距底部边缘上方 40 毫米（表面点火）或位于底部边缘宽度中心点（边缘点火）。在试件支架的下面放置滤纸，以监测燃烧滴落物的滴落。
  ![](/images/news/189.webp)
  分级判据基于以下观察：在规定的时间内，火焰是否蔓延到距离点火点 150 毫米处，以及试件下面的滤纸是否被燃烧滴落物引燃。另外，也观察火焰和发光的出现以及持续的时间。

_表 5：建筑产品可燃性测试燃烧性能分级判据_

<img class="!w-full" src="/images/news/190.webp" />

欧洲分级体系等级 A2fl、Bfl、Cfl、Dfl 和 Efl

_表 6：铺地材料可燃性测试燃烧性能分级判据_

<img class="!w-full" src="/images/news/191.webp" />

- EN ISO 9239-1 热辐射板测试：将一个尺寸为 1050 毫米 ×230 毫米的试件水平放置于一个倾斜 30° 的燃气热辐射板的下面。该辐射板产生的辐射热通量范围为 11 千瓦/米 2 至 1 千瓦/米 2 不等。将引燃火焰的前锋接触试件的较高温度一端以点燃试件。测试时间为 30 分钟。分级判据是临界热通量，即火焰熄灭时燃烧的距离，通过校正换算为等效的以千瓦/米 2 表示的临界辐射热通量。测试期间的发烟量基于排烟管道内烟气的遮光度测定。

### 美国

在美国，燃烧性能的测试和分级基于特定的参数，例如，不燃性、阻燃性、起燃温度、火焰蔓延长度、烟气生成指数。美国的大部分燃烧测试标准是美国材料与试验协会（ASTM）颁布的，少数标准是美国消防协会（NFPA）或美国保险商试验所（UL）颁布的。

#### 1 ASTM E 84-00a

建筑材料表面燃烧特性测试方法

ASTM E 84-00a 是塑料易燃性研究的最常用燃烧测试标准。测试时，在一个水平燃烧隧道的顶部放置一个试件（7.3 米 ×0.56 米），将暴露于火焰的一面朝下，使试件成为隧道的顶板。该试件可以是一段完整的材料，也可以由多段拼接形成。利用由两台燃气燃烧器组成的火源从下面引燃试件，燃烧器的热功率为 89 千瓦。燃烧产物以 73 米/分钟的受控气流线速度从排气管排出。测量火焰蔓延指数（FSI）和烟气生成指数（SDI）。

![](/images/news/192.webp)

_表 7：辐射板测试的燃烧性能分级判据_

<img class="!w-full" src="/images/news/193.webp" />

![](/images/news/194.webp)
![](/images/news/195.webp)

_表 8：ASTM E 84-00A 室内饰面材料燃烧性能分级_

<img class="!w-full" src="/images/news/196.webp" />

#### 2 ASTM D 2859-96 可燃性测试

此标准适用于作为铺地材料使用的各种类型的地毯（天然材料或合成材料地毯）。

#### 3 ASTM 648-99 铺地材料临界辐射热通量测试

此标准规范铺地材料临界热辐射热通量的测试程序。在测试时，将铺地材料水平放置，使其暴露于一个 11 千瓦/米 2 火焰引燃 源。此测试方法评估临界入射热通量（将引燃火源至火焰传播停止点的距离与校正曲线进行比较以确定此通量）。

![](/images/news/197.webp)

_表 9：ASTM 648-99 临界辐射热通量分级判据_

<img class="!w-full" src="/images/news/198.webp" />

下面的表 10 总结了上述两种测试方法。

_表 10：铺地材料临界辐射热通量_

<img class="!w-full" src="/images/news/199.webp"></img>

在测试公共建筑物和公共交通工具内使用的地毯和铺地材料时，测量火焰熄灭处的“临界辐射热通量”（ASTM E648、NFPA 253、ISO 9239-1、ISO 9239-2）。


PIN无卤阻燃改性材料在建筑行业中的应用-建筑材料的燃烧测试-1


> 电线电缆行业新需求
>
> <strong>Javachem®CT</strong> 是佳华精化开发的一款应用于低烟无卤阻燃线缆中的<strong>高性能纳米黏土成炭剂</strong>。通过有机插层改性纳米黏土，<strong>在极低的添加量下</strong>即可提高成炭效率，显著提升阻燃性能，更经济环保。

## 低烟无卤料痛点

低烟无卤电缆料目前大多是<strong>以聚烯烃材料为基体树脂</strong>，它的主要特征为所有的材料中不含卤素，且在燃烧时释放的烟雾量很少。为达到此两个关键要素，在低烟无卤电缆料生产过程中，<strong>通常会添加大量的无卤阻燃剂</strong>。

常规的低烟无卤阻燃料使用的阻燃剂一般为氢氧化镁、氢氧化铝阻燃剂，<strong>通常要达到 60 份以上</strong>，才能达到很好的阻燃性，但这也直接导致了一系列加工问题的出现。

> - 大量的氢氧化铝、氢氧化镁等无机阻燃剂的加入，使体系流动性变差，加工过程中摩擦生热导致温度升高，从而<strong>引起氢氧化铝、氢氧化镁降解</strong>，导致线缆无法实现阻燃防火性能。
> - 无机阻燃剂及填料与聚烯烃<strong>相容性差</strong>，加工时分散效果不佳，导致它的<strong>物理机械性能、电气性能和挤塑工艺性能大大劣化</strong>。
>
> ![](/images/news/231.webp)

## 如何应对挑战

> 为了解决其阻燃性和物理机械等性能方面的平衡，使材料能充分满足最终使用的技术要求,在阻燃体系中<strong>添加 Javachem®CT 高性能纳米黏土成炭剂</strong>，与氢氧化铝等阻燃剂协效阻燃，<strong>成炭结壳，增强炭层的致密性和强度</strong>，降低阻燃剂的添加量。

### Javachem®CT 高性能纳米黏土成炭剂

<strong>Javachem®CT 高性能纳米黏土成炭剂</strong>是由有机插层改性纳米黏土制备而成，可以广泛应用于低烟无卤阻燃线缆中。极低的添加量下即可提高成炭效率，<strong>二维的有机插层改性纳米黏土增强了炭层的致密性和强度</strong>，达到阻隔成炭作用，阻燃性能显著提高。同时与树脂相容性好，不影响力学性能，减少热释放，抑烟效果更好。

![](/images/news/232.webp)
<strong>Javachem®CT 高性能纳米黏土成炭剂</strong>具有阻隔作用，使得燃烧时，空气的路径变得复杂，不易通过，从而达到阻燃的效果。

<strong>Javachem®CT 高性能纳米黏土成炭剂</strong>适用于需达到 <strong>UL94/V0 标准</strong>的<strong>线缆阻燃 B1 级别</strong>聚烯烃材料、其它热塑性弹性体或塑料合金，典型添加量为 1.0%～ 3.0%。

#### 成炭性能对比

![](/images/news/233.webp)

<strong>添加 2%的 Javachem®CT，燃烧时，材料表面形成致密、坚固的炭层，阻隔火焰和热量，显著提升阻燃性能。</strong>

#### 阻燃抗滴落性能对比

<video src="/videos/news/f10002.mp4" controls></video>

![](/images/news/234.webp)

<strong>添加 2%的 Javachem®CT，燃烧时，材料的滴落状况明显改善。</strong>


如何高效提升线缆成炭结壳，这款纳米黏土成炭剂有解！


前面的文章我们重点讨论了各个应用领域的磷氮无机阻燃剂的技术特性，本篇将讨论这些阻燃剂的环境特性和毒理特性。从分子的视角来看，添加型阻燃剂与反应型阻燃剂之间存在很大的差异。顾名思义，反应型阻燃剂在聚合物内部或材料表面发生反应，与被保护的材料（基质）形成牢固的化学键。因此处于原始形态的反应型阻燃剂必定具备某些反应活性，这些活性也与其毒性作用和环境影响相关。然而，经过反应后处于最终形态时，这些阻燃剂表现为惰性，其优点是阻燃剂不会从成品材料中迁移或沥滤出来。然而，为了回收利用聚合物材料，必须断开阻燃剂与聚合物之间的化学键，以便于再次将阻燃剂与基质分开，除非被阻燃的基质或聚合物在不与阻燃剂分开的情况下也可以被回收利用。

添加型阻燃剂只是与被保护的材料物理混合，或与某种载体一起或作为涂料的组成部分被施涂在被保护材料的表面。这些阻燃剂分子必须具备一定的化学稳定性。目标材料热塑性塑料的加工可能在不低于 300℃ 的温度条件下进行，阻燃剂分子必须能耐受相应的加工条件。另外，在成品产品使用期间，我们也不希望阻燃剂发生降解。建筑材料或电气设备的使用寿命长达许多年甚至几十年。

阻燃剂分子的化学稳定性与这些材料在环境中的持久性相关。因此，在期望的功能特性与理想的环境特性之间，存在某种程度的冲突。另外，还必须注意的是，降解和持久性的概念仅适用于合成有机材料。这些材料最理想的环境归宿是，降解成为二氧化碳和水（以及进一步的氧化产物，具体取决于材料的化学组成）。降解和持久性的概念对氢氧化铝或硼酸锌等无机阻燃剂没有意义。使用无机阻燃剂时，必须了解清楚的是，这些阻燃剂在环境中是否呈中性以及是否随着时间的推移发生反应而生成毒性更高的物质。

大多数阻燃剂属于环境友好型，也就是说，这些阻燃剂不会污染环境，不会在动植物区系内形成生物累积。一般来说，磷氮无机阻燃剂具有低（生态）毒性特征，最终将降解成为矿物质，或者，这些阻燃剂本身就是惰性物质。由于具备这些特性，在商用磷氮无机阻燃剂中，没有一种阻燃剂被视为具有持久性、生物累积性和毒性（PBT），也没有一种阻燃剂被认为具有高持久性和高生物累积性（vPvB）。关于磷氮无机阻燃剂的法律监管现状概述，请参见《磷氮无机阻燃剂协会产品选择指南》。

www.pinfa.org/index.php/en/product-selector

## 01 ·REACH 法规·

在欧洲，化学品受欧盟《关于化学品注册、评估、授权和限制的法规》（REACH 法规）（1907/2006/EC）管制。与以前相比，欧洲化学品的法律监管发生了很大变化，现在实施“无数据，无市场”的监管准则以及“举证责任倒置”的监管原则。“无数据，无市场”是指，化学品生产商或进口商必须提供该产品的充分信息和测试数据，从而能对其安全性进行适当评价。欧盟要求必须对市场上的所有化学品进行注册，并将信息提交一个集中管理机构，即欧洲化学品管理局（ECHA）。REACH 法规不但要求收集化学品的危害性数据，也要求收集其有害气体排放、产品用途和生命周期结束后处理数据。现在，法规要求生产商必须承担举证责任，证明一种化学品是安全的。然而，过去，在采取任何法律行动之前，管理当局必须证明，某种化学物质存在安全问题。REACH 法规于 2006 年生效。在 2008 年中期，开始了第一批化学品的注册，首先注册的是大批量生产的或具有确定危害性的产品。至 2018 年年中期，产量或进口量少至 1 吨的所有化学品都需要注册。这意味着，包括阻燃剂在内的所有化学品都有丰富的信息可供利用。

大部分数据可以从以下网站公开获得：

![](/images/news/171.webp)
_www.echa.europa.eu/web/guest/information-on-chemicals/registered-substances_

![](/images/news/172.webp)
_REACH 法规实施进度计划，图中指出了高危害性物质和各个产量范围的产品必须注册的时间 www.echa.europa.eu_

REACH 法规通过不同的方式限制化学品的销售和使用。传统有毒有害化学品的某些限制通过附件 17 接受 REACH 法规的监管。而根据 REACH 档案被评估后加入“高度关注物质”候选清单的化学品按照附件 14 进行监管。下表列出了目前被涵盖的阻燃剂。在附件 14 中，主要列出了已争论多年的传统产品，但是，也新增了一些不太著名的产品，例如，硼酸和磷酸三（二甲苯）酯（TXP）。

> 附件 17：限制清单
>
> - 五溴二苯醚（\* PentaBDE，0.1%重量百分比）–《联合国斯德哥尔摩公约》（2011 年）
> - 八溴二苯醚（\* OctaBDE，0.1%重量百分含量）
> - 十溴二苯醚：建议将含十溴联苯醚的商用混合物（c-decaBDE）加入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》限制清单；欧洲化学品管理局将编制附件 XV 档案\*\*
> - 纤维素绝缘材料中无机铵盐限制使用
> - 不允许在与皮肤接触的物品（例如，纺织品）中使用的化学品：
>   - 三(氮丙啶基)氧化膦
>   - 磷酸三（2,3-二溴丙基）酯（TRIS）
>   - 多溴联苯（PBB）

> 附件 14：授权使用的高度关注物质（候选）清单
>
> - 六溴环十二烷（HBCD）–持久性、生物积累性和毒性物质
> - 磷酸三（2-氯乙基）酯（TCEP）–生殖毒性 1b 类
> - 含 10-13 个碳原子的氯代烷烃（短链氯化石蜡）- 持久性、生物积累性和毒性物质，以及高持久性和高生物累积性物质
> - 硼酸–生殖毒性
> - 磷酸三（二甲苯）酯（TXP）–生殖毒性 1b 类

_\* 作为商用混合物使用，即还包括其它同类物质_

_\*\* 在 2018 年 7 月 14 日之后，只要释放的 NH3 超过 3 ppm 限值，则实施限制使用根据 REACH 法规限制使用的阻燃剂以及被列为关注物质的理由（更新至 2017 年 3 月）_

REACH 法规的附件 14 和附件 17 列出了第一批磷氮无机阻燃剂，其中包括无机铵盐和磷酸三（二甲苯）酯。过去，在纤维素类绝缘材料中令人遗憾地使用了不适当的材料，造成氨气被释放至环境中，这种情况在法国尤其严重。这导致了无机铵盐被限制使用。因此这项限制非常具有针对性。磷酸三（二甲苯）酯是一种可以在电子电气元件中应用的磷酸芳基酯。然而如果这种物质成为高度关注物质，至少现在已经有了可以替代的磷氮无机阻燃剂。

为了评价其它物质，欧洲化学品管理局（ECHA）执行了一项名为《欧共体滚动行动计划》（CoRAP），编制了 CoRAP 的工作清单，其中包含评价被怀疑对人类健康或环境构成风险的物质。2017-2019 年的更新清单包含 117 种化学品（新增 22 种），其中 8 种为阻燃剂或协效阻燃剂（2 种）。在提交上述化学品的档案时，如果一个成员国在某一种物质的档案中表示对该化学品高度担忧，则可以启动审查程序，审查是否将其列入高度关注物质候选清单。

虽然阻燃剂受 REACH 法规监管，但是我们也许会说，即使在该法规实施 10 年之后，只有某些已广为知晓的“高危害性”阻燃剂被禁止使用。然而，这一监管推动了阻燃剂行业评价其所有产品组合。某些量产较小的产品甚至可能在注册的最后截止日之前停产。量产小则收入也少，高昂的测试和数据收集成本使其生产没有必要继续（当然，环保型阻燃剂的生产也会受到影响）。另外，REACH 不可能成为监管化学品的唯一法规，例如，《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质的指令》（RoHS 指令）也限制了某些溴系阻燃剂和重金属在电子元器件中的使用。

## 02 ·ROHS 指令和 WEEE 指令·

过去几十年来，世界上废弃电子产品的数量越来越多，环境中发现了重金属和有害溴化阻燃剂的广泛存在，从而导致了欧洲的两项立法行动。欧洲首先颁布了《关于废弃电气电子设备的指令》（WEEE 指令，2002/96/EC），旨在适当回收和循环利用电子产品废弃物。其次，颁布了《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质的指令》（RoHS 指令，2002/95/EC）。

RoHS 指令自 2006 年 7 月起禁止在电子电气设备中使用多溴联苯（PPB）和多溴联苯醚（PBDE）。某些情况可以被豁免从而不受此指令约束。为了防止溴系阻燃剂在材料再生流程中污染再生的产品，WEEE 指令也要求在进一步循环利用废弃物之前先将含污染性溴系阻燃剂的材料与其它材料分开。这两部指令经过重新审定，欧盟已经发布了“新版指令”（WEEE 2012/19/EU；RoHS 2011/65/EU）。新版 WEEE 指令要求提高废弃物的循环利用比例。新版 RoHS 指令扩大了产品覆盖范围，建立了一个定期更新受限制物质清单的新系统。在第一次实施 RoHS 指令时，奥地利环境保护部（Umweltbundesamt）制定了一种独特的实施方法，并列出了一个优先物质清单。

www.umweltbundesamt.at/rohs2

同时，其它国家也通过了在电子电气设备中限制使用高度有害物质的法令，中国在这方面尤为突出（颁布了 SJ/T 11363-2006 标准，即“中国版 RoHS 1”）。中国工业和信息化部（“MIIT”）发布了经过修订的《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》，该管理办法自 2016 年 7 月 1 日起施行。在欧洲，关于 RoHS 指令和 WEEE 指令的辩论为无卤阻燃剂创造了强劲的需求，因为原始设备制造商（OEM）正在寻找环保型阻燃剂，用以替代传统的溴系阻燃剂。电子电气产品参与全球市场的竞争，因此，这种取代溴系阻燃剂的趋势不仅限于欧洲，也在世界各地得到了国际原始设备制造商的支持。

拟循环利用的电子产品废弃物

![](/images/news/173.webp)

## 03 ·ENFIRO 研究项目·

在 RoHS 指令修订期间，欧盟委员会发现，传统溴系阻燃剂的使用被认为会受到进一步限制。因此必须收集这些阻燃剂的替代产品的更详细信息。为此，欧盟资助了一个名为 ENFIRO 的国际研究项目，该项目旨在全面研究这些替代阻燃剂的环境特性和对人类健康的影响，不但研究这些阻燃剂的化学危害性，也研究人类与其可能的接触，还研究这些产品在使用阶段的应用特性以及在生命周期结束之后的相关问题。该项目已经找到了多种适用的替代阻燃剂，大量的实验数据和理化数据为这些选择提供了支持。

该项目的成果不但在以下报告中进行了概述：

www.cordis.europa.eu/publication/rcn/15697_en.html

也在以下网站的视频中进行了总结：

www.enfiro.eu

![](/images/news/174.webp)
_ENFIRO 项目替代阻燃剂全面评估策略_

![](/images/news/176.webp)
_ENFIRO 项目识别的安全环保型阻燃剂_

## 04 ·美国环保署 DFE 计划·

2006 年，根据“为环境而设计（DFE）”的计划，美国环保署开始了一个为四溴双酚 A（TBBPA）阻燃剂寻找替代产品的研究项目，对可以在印制电路板的 FR4 层压板中使用的替代阻燃剂进行了比较和评价。该项目仔细研究了反应型磷系阻燃剂和由不同无卤化学成分构成的添加型阻燃剂。在深入分析了现有毒性数据和环境影响数据后，结合专家判断和计算机模拟，发现这些替代阻燃剂不存在“隐蔽的危害性”。虽然研究已经识别了某些化学危害，但是考虑到消费者对这些危害因素的潜在暴露有限，这些危害不会构成实际风险。在工作场所生产、加工或循环利用层压板的期间，必须遵循适当的工业卫生规程。另外，该项目也研究了含溴层压板和无卤层压板的燃烧产物。四溴双酚 A 在不受控燃烧时生成的溴化二噁英是一个重要的考虑因素。

从美国环保署网站可以下载该项目的研究报告。

www.epa.gov/saferchoice/design-environment-alternatives-assessments

另外，该项目也发布了关于其它主要溴系阻燃剂的报告，在这些报告中，包含了以下阻燃剂的替代产品的大量数据：

- 六溴环十二烷（HBCD）
- 十溴二苯醚（DecaBDE）
- 五溴二苯醚（PentaBDE）以及在家具用聚氨酯泡沫塑料中使用的其它阻燃剂

## 05 ·绿色筛选·

虽然 REACH 法规和 RoHS 指令为在欧洲生产和销售化学品制定了法律依据，但是，在使用更好和更安全的替代产品取代环境和健康特性较差的产品方面，这两个标准没有产生强大的推动力。因此，生态宣言、生态标签和替代产品评估等其它计划和行动发挥了作用。

“清洁生产行动”环境组织提出了根据危害特性评价化学品的方法，为化学品设计了四个基准，按照这些基准对化学品进行分类。基准 1 中的化学品属于“避免使用–高度关注的化学品”，基准 4 中化学品属于“首选使用–更安全的化学品”。这种分类方法与美国环保署的“为环境而设计”项目中采用的现有评估方法相关，也与欧盟的 REACH 法规相关。REACH 法规使用的评判准则将化学品按 PBT（持久性、生物累积性和毒性）和 CMR（致癌、突变、有生殖毒性）进行分类。这些准则根据化学品的固有危害性程度对化学品进行评级，但是，没有进行风险评估，即没有对是否实际或可能存在任何相关暴露的风险进行评估。磷氮无机阻燃剂协会很早就参与了清洁生产方面的相关工作，2010 年开始一个对某些磷氮无机阻燃剂进行评价的试点项目。同时，在某些在线平台，例如，在 GreenScreen 的平台、科莱恩（Clariant）公司的网站以及美国州际化学品信息交流中心的在线数据库，可以公开获得更多的评估报告。许多磷氮无机阻燃剂属于基准 2 类和基准 3 类，这两类阻燃剂一般被认为具有良好的环境和健康特性。也有少数磷氮无机阻燃剂被分类为基准 1 类，需要进一步关注和适当评价这些产品的风险。磷氮无机阻燃剂协会的成员公司也在考虑其它的替代阻燃剂和化学危害评估方法。

www.cleanproduction.org

![](/images/news/175.webp)

## 06 ·生态标签·

在世界各地，存在多种生态标签认证体系。如同德国的“蓝色天使”认证一样，许多认证标准对阻燃剂提出了要求。一般来说，不允许使用卤化阻燃剂，或者，限制使用特定的污染性物质，例如，多溴联苯醚。然而，化学品的生态标签认证标准常常多变，也没有综合考虑各种因素。瑞典劳工联盟（TCO）采用了一种全新的策略，不再使用“化学品黑名单”，而是建立了“化学品正面清单”。在经过 TCO 认证的产品中，使用的阻燃剂不但必须是无卤型，而且必须被列入了基于绿色筛选（GreenScreen）策略的正面清单（最低要求必须达到基准 2 级）。

www.tcodevelopment.com/news/flame-retardants-accepted-under-tco-certified-is-growing/

关于通过 TCO 认证被允许使用的化学品清单，请访问上面的网址。

上述所有行动计划和研究项目的结果表明，磷氮无机阻燃剂的优势更加显著，例如，这些阻燃剂具有更好的环境特性，其可加工性也与卤化阻燃剂相似或相同，可以获得更广泛的认可和更普遍的应用。

> 参考文献
>
> 1. 欧洲议会和欧盟理事会第 1907/2006 号法规《关于化学品注册、评估、授权和限制的法规》（REACH 法规）
>
> 2. 欧洲化学品管理局（ECHA）《欧共体滚动行动计划》（CoRAP）2017-2019 年更新草案，2016 年 10 月 27 日https://echa.europa.eu/fr/information-on-chemicals/evaluation/community-rolling-action-plan/draft-corap
>
> 3. 2011 年 6 月 8 日第 2011/65/EU 号欧盟指令《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质的指令》（第 2002/95/EC 号指令的更新版本）


PIN无卤阻燃改性材料在电子电气领域中的应用-无卤阻燃剂的环境特性和毒理特性


## 电子电气常用燃烧试验

### 01 极限氧指数（LOI）测试

在 LOI 极限氧指数测试中，试样装入一个圆柱筒内，从圆柱筒底部供应氧气与氮气的混合物。极限氧指数值是指维持试样燃烧的最低氧气浓度。与其它垂直燃烧测试不同的是,此测试的试样从上往下燃烧,使用顶部的一个引燃火焰点燃试样。从 LOI 值可以大致判断一种材料的易燃性，例如，如果 LOI 值为 20（空气中氧气的自然浓度为 21%）左右或更低，说明材料容易燃烧。

以下标准定义了 LOI 测试方法：ASTM D 2863、BS ISO 45892、NES 714。

![](/images/news/161.webp)

### 02 UL 94

在电子电气行业，UL 94 测试是最常被参考的测试，此测试可以很好地评估材料的可燃性。在测试中使用一个小的点火源，例如，火柴、蜡烛或类似点火源。引燃火焰的能量输出功率为 50 瓦。试样可以水平或垂直放置，但垂直测试的难度更大。可燃性的分级结果取决于在移开引燃火焰后试样继续燃烧的时间长度以及熔滴是否引燃下面的脱脂棉。

以下标准定义了测试方法：美国保险商测试所 (UL) 94 标准，ASTM D 3801，IEC 606951110，IEC 60707，ISO 1210.

![](/images/news/162.webp)

### 04 GWT 灼热丝测试

在灼热丝测试（GWT）中，将一根已发热的电阻丝压紧在试样上持续 30 秒，然后将电阻丝移开。当灼热丝达到一定的温度时，测试的准则是当试样与灼热丝接触时（或在灼热丝被移开后 30 秒内），试样是否会被点燃，以及熔滴是否引燃试样下面的滤纸。灼热丝起燃温度（GWIT）与试样的火焰引燃相关，仅允许很短的火焰持续时间（<5 秒）。灼热丝可燃性指数（GWFI）是指火焰持续时间少于 30 秒时的温度。

以下标准规范了测试方法：

IEC 60695-2-10 至 13。

![](/images/news/163.webp)

### 05 热丝引燃指数测试（UL 746C）

热丝引燃性能被表示为引燃标准试样或在没有引燃的情况下烧穿试样需要的平均秒数。采用电阻丝包裹试样，让指定大小的电流通过电阻丝。根据被引燃时间的长短（从>120 秒至<7 秒），将引燃性能等级（PLC）分为 0–5 六个等级。

www.ul.com/plastics/746C.html

![](/images/news/164.webp)

## 未来趋势与创新

近年来，在电子电气行业使用的塑料中，新型阻燃剂正在逐步取代传统的卤系阻燃剂。引起这一趋势的原因是人们在防止环境污染方面的意识越来越强，法律监管更加严苛，以及无卤阻燃剂在成本和技术性能上可以与卤系阻燃剂媲美。

在电子电气产品应用中，无卤阻燃剂生产商们已经开发和使用了多种新型阻燃剂，其中以含磷有机阻燃剂为主。如前所述，已经为印制电路板环氧树脂开发了四类含磷有机阻燃剂。另外也研发出在电子电气工业中应用的浇铸树脂和涂料，用于在现有技术应用中取代传统的四溴双酚 A。在市场上的玻璃纤维增强型聚酰胺和聚酯类电气元件中，次膦酸铝、三聚氰胺盐和膦酸酯低聚物的应用已经得到了广泛的认可。目前，新型低聚磷酸酯类阻燃剂已经开发成功，正在应用于电气产品的外壳，包括市场需求快速增长的锂离子电池的外壳。

另一项值得注意的新应用是在锂离子电池的电解质中添加含磷有机阻燃剂。锂离子电池中的标准碳酸盐类电解质具有高度易燃性，而含磷阻燃剂能提供独特的阻燃效果，对阻止这些电解质燃烧发挥着重要作用。随着对这些凝聚相和气相含磷有机衍生物的作用机理的认识越来越清楚，含磷有机阻燃剂得到了广泛的推广应用。这些无卤阻燃剂既可以作为反应型阻燃剂与聚合物结合从而成为聚合物网络的组成部分，也可以作为添加型阻燃剂以盐类或聚合物的形式存在。与聚合物反应或作为低挥发性可防止阻燃剂的迁移，从而避免阻燃效率的损失。另外，这些添加剂具有足够高的热稳定性，非常适用于上面所述的聚合物中。

基于上述认识，研究者正在开展进一步的研发工作，其目的是开发由这些阻燃剂与氢氧化铝、氢氧化镁以及氮、硅或硫的化合物等其它添加剂相结合的协效阻燃体系。除了通过改变形态或处理表面进一步提高无机阻燃剂的加工性能，业界也研究和推广了亚微米级或纳米级经典无机阻燃剂的协效应用。这些协效阻燃体系能减少阻燃剂的用量，对阻燃材料的其它性能影响很小。另外，业界在聚苯乙烯基塑料的无卤阻燃剂研发方面进行了大量工作，这些塑料体系包括高抗冲击聚苯乙烯（HIPS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）以及其它聚合物。本系列文章也介绍了高抗冲击聚苯乙烯方面的早期研究工作。

原则上，所有新开发的阻燃剂必须具有足够高的热稳定性，并且呈化学中性，以便于在聚合物中应用。同时，这些阻燃剂不存在从聚合物中析出的倾向。另外，添加少量阻燃剂应能达到高的阻燃效果，而且对阻燃材料的其它性能应不受影响。新型含磷阻燃剂的研发呈现两种趋势。第一种趋势主要在磷酸芳基酯中引入空间结构更复杂的基团，以提高阻燃剂的耐水解稳定性。另一种趋势是，重点开发含氮的磷系阻燃剂，例如，磷酰胺和磷腈，由于氮和磷的潜在协同效应，这类阻燃剂的添加量会更少。在聚合物外壳材料和玻璃纤维增强型材料中，这一趋势已经有所体现。目前，研究者正在为纯聚碳酸酯和磷酸酯-碳酸酯共聚物开发碱金属磺酸盐和硅氧烷阻燃剂。应用表明，添加少量上述阻燃剂可以取得了很好的阻燃效果。在环氧树脂领域，正在为交通运输应用开发基于无卤阻燃剂的解决方案，以应用于上面所述的印制电路板。研究的目的是，为环氧树脂寻找效率高效的阻燃剂。这些阻燃剂必须操作使用方便，并且适用于碳纤维复合材料。

为了达到这些要求，首选的阻燃剂为主要通过气相进行作用的磷系阻燃剂。在一些专业国际会议上，例如在以下会议上，专家和学者定期讨论阻燃剂领域的创新工作：

- <p>国际消防科学与工程会议（两年一次）</p>
    <p><a href="www.intersciencecomms.co.uk">www.intersciencecomms.co.uk</a></p>
- <p>欧洲阻燃聚合物会议（FRPM）</p>
    <p><a href="www.frpm17.com">www.frpm17.com</a></p>
- <p>美国消防与材料会议（两年一次）</p>
    <p><a href="www.intersciencecomms.co.uk">www.intersciencecomms.co.uk</a></p>
- <p>年度 BCC 阻燃会议，斯坦福德市，康涅狄格州，美国</p>
    <p><a href="www.bccresearch.com/conferences.html">www.bccresearch.com/conferences.html</a></p>

磷氮无机阻燃剂的进一步文献资料和最新动态详见最近的出版物，例如：

《无卤阻燃剂手册》，编纂：Alexander B. Morgan 和 Charles A. Wilie，ISBN 9781118686249

《 聚合物绿色阻燃剂》，编纂 ：C ons tantine D . Papaspyrides 和 Pantelis Kiliaris，Elsevier 出版社出–2014 年，ISBN 9780444538086

- 电动汽车要求使用高电流和高电压，这在汽车市场史无前例。独特的应用场景导致了其对特定材料的需求，例如要求这些材料具有高漏电起痕指数，在高温下具有高介电强度，而且不会产生严重的接触腐蚀。
- 由于担心在制造过程中释放有毒气体以及考虑到产品的可循环利用能力，（采用酚醛树脂、片状模塑料、团状模塑料、环氧树脂）替代聚苯乙烯的研究越来越受到关注。
- 电器市场正在推动无卤材料的应用，IEC 60695-2-13 标准要求这些材料通过 775℃ 的灼热丝起燃温度测试。
- 在上述两种情况下，市场首选无卤阻燃解决方案。

多个讨论磷氮无机阻燃及其使用和环境归宿的会议定期举行。如需了解相关信息，请访问磷氮无机阻燃剂协会的官方网站。


PIN无卤阻燃改性材料在电子电气领域中的应用-常用燃烧试验和未来趋势与创新


## 1. 市场环境与趋势

在我们的日常生活中，电子元器件发挥了越来越重要的作用，几乎所有的电子产品都包含印制电路板（PWB）,安全考虑，印制电路板必须满足阻燃要求。UL94 V0 级阻燃要求是目前最广泛采用的标准之一，为了达到此阻燃等级，常用的印制电路板材料中，必须使用阻燃剂体系。

环氧树脂作为印制电路板基材的树脂骨架被广泛应用。欧盟发布的《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质的指令》（RoHS 指令，2002/95/EC；RoHS 2 指令，2011/65/EU），自 2006 年 7 月起 ，RoHS 指令禁止使用含铅（Pb）的产品，除非某种含铅产品的使用得到特别豁免，这推动了电路板基材市场的变化。但无铅焊接材料的工作温度更高，因此，必须使用热稳定性更好的基材。如果需要玻璃化转变温度较高（Tg>165℃）的无卤基材，则常常选择环氧-酚醛树脂。与通常使用的双酚 A 二缩水甘油醚(DGEBA)树脂相比，这些环氧-酚醛树脂需要的阻燃剂更少，因此，使用磷氮及无机阻燃剂更容易达到技术要求。如果使用热稳定性更好的基材，则必须重新调整基材的生产配方。在研制新的材料时，许多制造商利用这一机会研究了无卤阻燃剂的应用。

## 2. FR-4 印制电路板的技术要求

在制造印制电路板时，客户可以选择符合美国电气制造商协会（NEMA）多种阻燃等级的层压材料。例如，FR-2 印制电路板是采用纸质酚醛树脂制造的，通常这些纸制电路板含三苯基磷酸酯无卤阻燃剂。在某些简单的应用中，现在仍然使用 FR-3 印制电路板（纸质环氧树脂板）。在计算机外围设备和手机等移动设备中使用的柔性印制电路板是采用环氧树脂、聚氨酯、聚亚酰胺、聚酯或丙烯酸类树脂制造的，通常含溴化环氧树脂或溴化苯氧基树脂。FR-4 阻燃等级的印制电路板是采用玻璃纤维增强型环氧树脂制造的。这些电路板在电子工业中应用最普遍（约占 80%），但其必须满足以下多项要求：

- 经过压力锅蒸煮试验后，不会产生起泡或分层现象
- 在无铅焊接过程中不会分解或分层
- 耐化学性好，能耐受酸、碱和氧化剂的侵蚀
- 不吸水或吸水率低
- 抗内层电迁移（CAF）能力强
- 热膨胀系数（CTE）低
- 对玻璃化转变温度无影响或影响很小
- 对电学性能尤其是介电常数（Dk）和介质损耗系数（Df）无影响或影响很小
- 对铜箔抗剥离强度和内层附着力无影响或影响很小
- 对压合过程中预浸材料的树脂流动速率无影响或影响很小
- 不会团聚，不需进行光学性能方面的质量检测

为了向无卤阻燃型印制电路板过渡，作为电子工业的行业组织，国际电子制造商联盟（iNEMI）完成了一个大范围的研究项目，通过与一种基准含溴材料比较，测试和研究了无卤阻燃型层压板的技术性能和适用性 1。通过与材料供应商和印制电路板制造商合作，项目团队利用 IBM 和 Intel 公司现成的印制电路板评判了各种材料的电学性能、力学性能和可靠性。

该项目领导小组得出的结论是，电子工业已经做好了向无卤阻燃型印制电路板过渡的准备，无卤阻燃型层压板的关键电学性能、热性能和力学性能可以达到要求的标准 2。

该项目的研究结果包括：

- 材料测试：预浸材料和层压板的性能评价表明，这些材料具有良好的热稳定性，吸水率与基准材料相似，Z 轴方向热胀系数略微更低，填料没有影响附着力。
- 电学性能测试（Dk/Df）：在测试过程中，烘烤/回流没有显著改变层压板的介电常数。含无卤阻燃剂（NHFR）的材料的介电常数及介质损耗系数一般相当于或更低于基准材料的对应值。
- 互连应力测试：可靠性评价（平均测试循环>500 次）表明，所有含无卤阻燃剂的层压板具有令人满意的可靠性。
- 抗导电阳极丝（CAF）性能测试：在两种偏置电压（80V 与 100V）下，含无卤阻燃剂的材料的抗 CAF 性能比其相应的含溴 FR-4 材料的更高 2

> 1. Tisdale S，Long G，Krabbenhoft R，Papathomas K，Fisher T（2008 年）等人发表：国际电子制造商联盟无溴化阻燃剂印制电路板材料评价项目报告，表面贴装技术协会国际会议，埃迪纳市，明尼苏达州，美国
>
> 2. Tisdale S，Davigon J，Hall S，Leddige M，Hinaga S，Senk D（2011 年）等人发表：国际电子制造商联盟无卤阻燃剂先导项目报告，2012 年电子迈向绿色化会议，柏林

![](/images/news/141.webp)
_**www.inemi.org**_

含磷氮无机阻燃剂的层压板与含其它

阻燃剂的层压板的性能比较结果

![](/images/news/142.webp)
_**含磷氮无机阻燃剂的层压板与含其它阻燃剂的层压板的性能定性比较**_
_**+ 表示更优，- 表示更差，o 表示无差别。**_

**注意：目前，正在规范膦酸酯低聚物阻燃剂在 FR4 印制电路板中的应用，与添加其它无卤阻燃剂相比，添加低聚有机膦酸酯阻燃剂后，基材的玻璃化转变温度更高，抗剥离强度、模量和介质损耗系数（Df）得到改善。**

## 3. 非反应性填料

### 3.1 金属氢氧化物

无论单独使用或与其它阻燃剂协同使用，作为无机阻燃剂的金属氢氧化物都是有效的阻燃剂，其作用原理是，在热分解过程中，吸收热量、释放水以及形成一层氧化物膜。因此，这些阻燃剂可以冷却聚合物，稀释燃烧后产生的气体，并通过生成氧化物膜将树脂基材与空气隔绝。另外，该氧合物膜吸附碳烟微粒，减少冒烟量。这些无机阻燃剂的一个显著优点是，其阻燃作用能够将材料的热胀系数降低至非常低（有可能使膨胀率降低至<40ppm）。

#### 1. 氢氧化铝 (ATH)

![](/images/news/143.webp)
氢氧化铝仅具中等热稳定性（普通氢氧化铝在 200℃ 左右开始分解）。然而，该产品仍在无卤阻燃剂体系被广泛使用。为了达到要求的阻燃性能，氢氧化铝的添加量必须相当高。因此氢氧化铝常与其它阻燃剂结合使用。

#### 2. 羟基氧化铝

![](/images/news/144.webp)
对氢氧化铝而言，焊接作业在更高得多的工作温度下向无铅焊料过渡肯定是一项挑战。但是，氢氧化铝可以被羟基氧化铝（一水软铝石、勃姆石）替代，后者在高达 340℃ 的温度下具有良好的热稳定性。在无铅焊接过程中，羟基氧化铝绝对不会发生热分解，也不会有水生成（水可以加速导电阳极丝的生长）。

因此，添加一水软铝石生产的层压板具有非常高的热稳定性，利用这些层压板生产的产品具有非常高的可靠性，适用长期使用，也适合在高温下使用，例如，在汽车应用系统中使用（发动机罩）。与氢氧化铝相比，一水软铝石的阻燃效率较低，因此，建议将其与其它无卤阻燃剂或酚醛环氧树脂结合使用。

#### 3. 金属次膦酸盐和聚磷酸盐

![](/images/news/145.webp)
金属次膦酸盐是一类新型无卤阻燃剂，可以用于刚性和柔性印制电路板或这一领域的其它应用。与大多数其它含磷化合物不同，金属次膦酸盐不具吸湿性，无毒性，在水和常用溶剂中的溶解度极低，遇水不会发生水解。抗水解的特点特别重要，因为在电气电子应用中不允许有磷酸的析出。其它重要的特点还包括磷含量高（>23%）和良好的热稳定性（>300℃），满足无铅焊接作业的耐高温要求。电学性能测试表明，在远高于 1G 赫兹的频率下，对 Dk/Df 实际上无影响。然而，单独使用金属次膦酸盐不能达到 UL 94 V0 级阻燃要求。因此，该产品通常与三聚氰胺聚磷酸盐等氮系协效阻燃剂结合使用，应用于改性（含磷或氮）环氧树脂或与其它聚合物（聚氰酸酯、聚苯并噁嗪、PPE 等）的共混物。

为了使厚度介于 1.6-0.05 毫米的层压板达到 UL 94 V0 级的阻燃要求，首先最好是在清漆配方中添加重量百分含量 15%-20%的金属次膦酸盐。但是，在任何情况下，金属次膦酸盐的添加量取决于清漆主体材料的化学性质。例如，与磷系改性环氧树脂结合使用时，建议按树脂重量的 15%-20%添加金属次膦酸盐。另外，金属次膦酸盐也适用于柔性印制电路板（FPC）。

为了使玻璃纤维填料含量高的聚酰胺和聚酯达到 UL 94 V0 级（厚度 1.6-0.4 毫米）的阻燃要求，主要使用三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）阻燃剂。该阻燃剂经常与其它阻燃剂结合使用。通常，添加 7%-10%的 MPP，另外，再添加磷系协效阻燃剂，例如金属次膦酸盐。MPP 具有较高的热稳定性，耐温高达 330℃（失重 2%），对玻璃化转变温度的影响小。一旦着火，MPP 提供一种碳化机制，该机制与金属次膦酸盐相结合，产生阻燃作用。

![](/images/news/146.webp)
_**三聚氰胺聚磷酸盐结构式**_

## 4. 反应型阻燃剂

反应型阻燃剂与聚合物之间形成化学键，从而在很大程度上解决了阻燃剂的迁移问题，例如蒸发。

#### 1. DOPO

DOPO（Dihydrooxaphosphaphenantrene）是一种含 P-H 键的环状氢次膦酸酯。这是一种单官能团物质，但是可以进行多次改性，例如，经过适当的催化剂催化，改性形成 C=C 双键，又或者使其与环氧基团发生反应。

![](/images/news/147.webp)
现在，DOPO 可以被视为生产含磷环氧树脂的重要原材料（玻璃化转变温度高达 150℃）。DOPO 可以通过商业方式从不同的供应商处采购。为了满足印制电路板对该产品的不断增长的市场需求，过去两年来，POPO 的全球产能已相应增加。

![](/images/news/148.webp)

#### 2. 聚（甲基磷酸 1,3-亚苯基酯）

由于含羟基和膦酸官能团活性部位，聚（甲基磷酸 1,3-亚苯基酯）可以与聚合物结合，成为环氧树脂的固化剂，建议将其与氢氧化铝结合使用。据报道，该物质具有高的热稳定性（玻璃化转。

#### 3. 膦酸酯低聚物

膦酸酯低聚物主要通过主体结构上的膦酸官能团活性部位与环氧树脂反应。固化后的环氧树脂交联密度高，具有高的玻璃化转变温度（185℃）和优异的热性能，提高了抗剥离强度和模量，减小了介质损耗（Df）。

![](/images/news/149.webp)

## 5. 达到 UL 94 V0 级阻燃要求必要的阻燃剂添加量

达到 UL 94 V0 级阻燃要求必须添加的阻燃剂量如下表所示。采用非玻璃纤维增强的浇铸树脂进行阻燃试验。

使用 DICY/Fenunron 固化的树脂变温度高，压力锅蒸煮试验无起泡分层现象）。

![](/images/news/150.webp)
_**使用 DICY/Fenunron 固化的 DOW DEN 438 树脂（不含玻璃纤维）达到 UL94 V0 阻燃等级必须添加的阻燃剂量**_

![](/images/news/151.webp)
_**使用酚醛树脂/N-甲基咪唑固化的树脂**_

![](/images/news/152.webp)
_**使用酚醛树脂/N-甲基咪固化的 DOW DEN 438 树脂（不含玻璃纤维）达到 UL94 V0 阻燃等级必须添加的阻燃剂量**_


PIN无卤阻燃改性材料在电子电气领域中的应用-印刷电路板


## 1. 电气元件范围及材料要求

连接器和开关在是电气元件中重要组成，在从电力进入家庭或办公室、电器或（工业）设备接入等众多应用。 无论是洗碗机、笔记本电脑、咖啡机、电视机还是汽车、火车、飞机，在用电的地方你都会发现它们的身影。

![](/images/news/121.webp)
近年来，在电气设备的研制和创新领域，塑料比以往任何时候都应用的更加广泛，也发挥了更加重要的作用。这是由于塑料本身具有的电绝缘和热绝缘的特点相关的，这允许设计师可以减小元件的尺寸和重量。

塑料的应用非常广泛，但每项应用都必须满足越来越多的各种国际标准。因此，虽然市场上现在使用的塑料种类非常繁多，但是这些塑料都是根据特定用途专门设计制造，以满足各种不同的国际国内标准。在设计一个特定的元件时，最终选择哪一种塑料，在很大程度上取决于塑料的以下性能。

### 1.1 力学性能

生产电气元件常常选择韧性好、刚度高的材料，例如聚酰胺。利用聚酰胺可以为连接器设计所谓“活铰链”，不但断开和关闭易于操作，而且铰链不会断裂。同样材料的高韧性在接线端子的卡扣连接中尤其重要，能大大提高装配速度。现在电气部件的尺寸越来越小，使用中发热越来越严重，电气部件的抗热老化性能显得非常重要，聚酰胺具有的优良抗热老化性能就非常适合。另外，聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）也具有尺寸稳定性高和耐水解稳定性好的优点。

### 1.2 电学性能

绝缘性能是一项重要的电学性能指标，一般采用交流电和信号传输时的介电常数表示。介电常数越接近 1，绝缘材料的绝缘效果越好。另一项重要参数是漏电起痕指数（CTI）（单位为伏特），这是一个衡量绝缘材料电击穿（电痕破坏）性能的参数。

电痕破坏是指绝缘材料表面上的电击穿，大的电压差通过在材料表面形成一条碳化漏电痕迹，从而在表面逐渐形成一条导电漏电通道。CTI 值越高，材料的抗电击穿性能就越好。阻燃改性需要在某些纯聚合物中添加了一些无卤阻燃剂，但是，这些阻燃剂的添加需要考虑对聚合物的 CTI 值的影响。

### 1.3 阻燃性能

大多数塑料的来源是碳氢类化石燃料，因此在遇到热或明火时，塑料容易被引燃。如果电气元件使用塑料制成，必须应注意消防安全，防止在元件通电后或发生故障后有可能产生热量引起的引燃。

欧洲执行的是国际电工委员（IEC）的技术标准，以满足连接器和开关的消防安全要求，这些最重要的标准包括过电流保护断路器标准 IEC 60898、工业控制设备标准 IEC 60947 和家用电器标准 IEC 60335。在欧洲和亚洲，除了执行这些 IEC 标准，也执行美国保险商实验室（UL）制定的许多标准，例如，UL94 V-0 可能是在全世界大部分地区最广泛采用的可燃性测试标准。

IEC 标准的认证基于材料测试或成品元件测试，具体取决于产品的最终用途而定，其中 UL 标准的认证是针对材料而非制品。尽管这些测试方法存在差异，但是，所有测试都有一个共同特点，那就是指定了着火源以及试样暴露于着火源的方式。

最终，在选择合适的电气连接器或开关时，需要考虑消防安全与力学、电学性能之间的平衡。现在，有多种无卤阻燃剂可供选择，因此，聚合物改性生产商得以能优化改性塑料的生产配方。

## 2. 电气设备常用无卤阻燃剂概述

#### 金属次膦酸盐

金属次膦酸盐：这类阻燃剂适合于玻璃纤维增强型聚酰胺和聚酯，添加量约 20%左右，通常与氮系协效阻燃剂结合使用。金属次膦酸盐的特点是，含磷量高（>23%），不亲水，热稳定性好（耐温高达 320℃），能满足无铅焊接作业的耐热性要求。

![](/images/news/122.webp)
_**金属次膦酸盐的通用结构式**_

#### 无机金属次磷酸盐

无机金属次磷酸盐是人类很早就认识的一类化学物质，近些年来作为一种阻燃剂活性组分，被应用于商品名为 Phoslite 的多种专有协同混合型阻燃剂中。在满足 UL-94 V2 级阻燃要求的各类聚合物中，尤其是在均聚和共聚聚丙烯中，添加几个百分点含量的无机金属次磷酸盐，可以使在薄片材上测试的灼热丝起燃温度（GWIT）非常高。

无机金属次磷酸盐具有含磷非常高（达 20% - 40%）、热稳定性优异和不易从聚合物中析出的特点，可以应用于聚碳酸酯（PC）、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（PC/ABS）、聚苯乙烯（PS）、热塑性聚氨酯弹性体（TPU）以及聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚酰胺-6（PA6）等某些工程聚合物中。

![](/images/news/123.webp)
_**无机金属次磷酸盐的通用结构式**_

#### 三聚氰胺聚磷酸盐

三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）适用于玻璃纤维增强型聚酰胺 6,6，在该材料添加约 25%的三聚氰胺聚磷酸盐，即可满足 UL V0 级阻燃要求。三聚氰胺聚磷酸盐具有良好的热稳定性（耐温约 300℃），经常作为一种协效阻燃剂与其它磷系阻燃剂结合使用。

![](/images/news/124.webp)
_**三聚氰胺聚磷酸盐的结构式**_

#### 三聚氰胺氰尿酸盐

三聚氰胺氰尿酸盐（MC）特别适用于不含填料和含矿物填料的聚酰胺。在不含填料的聚酰胺中，添加 10% - 15%的三聚氰胺氰尿酸盐，可以使聚合物达到 UL V0 级阻燃要求。在含少量玻璃填料的聚酰胺-6 中，添加不超过 20%的三聚氰胺氰尿酸盐，可以使聚合物达到 UL V2 级阻燃要求。三聚氰胺氰尿酸盐常作为一种协效阻燃剂与其它磷系阻燃剂结合使用。

![](/images/news/125.webp)
_**无机金属次磷酸盐的通用结构式**_

#### 红磷

红磷是元素磷的一种聚合体形式，主要用于玻璃纤维增强型聚酰胺-6,6，添加量为 5% - 8%。虽然添加量低，但是，红磷的阻燃效率高，既保证了聚合物优良的力学和电学性能，又保证了聚合物最佳的阻燃特性。由于红磷固有的颜色，聚合物的颜色限于红色或黑色。另外，使用过程中必须注意防止红磷的降解。

![](/images/news/126.webp)
_**红磷的结构式**_

#### 芳基磷酸酯和膦酸酯

芳基磷酸酯和膦酸酯：主要用于苯乙烯的共聚物中，当添加量 10% - 20%时，聚合物能达到 UL 94 V0 级的阻燃要求。这些酯类常常作为阻燃剂混合物中的协效阻燃剂，其缺点是在高的加工温度下，这些阻燃剂可能产生塑化效应和挥发性。同时阻燃剂存在析出可能，这也会对电学性能产生负面影响。

![](/images/news/127.webp)
_**例如，间苯二酚双（二苯基）磷酸酯（RDP）**_

#### 氢氧化镁 (MDH)

氢氧化镁（MDH）：一种填充型阻燃剂，需要达到约 45% - 50%添加含量才能达到 UL 94 V0 级的阻燃要求。同时由于热稳定性较低，氢氧化镁通常只能用于玻璃纤维含量较低的聚酰胺-6。

![](/images/news/128.webp)

#### 多聚磷酸铵

添加量约 20% - 30%的多聚磷酸铵与氮系协效阻燃剂相结合可以用于聚烯烃类阻燃改性。

![](/images/news/129.webp)

## 3. 电气元件中使用的聚合物及合适的阻燃剂体系

下表总结了在不同聚合物中使用无卤阻燃剂和不同含量玻璃纤维能够达到的技术性能。

![](/images/news/130.webp)
各项参数值仅为指示值，精确的参数取决于使用的聚合物种类、添加剂配方和加工条件等因素。


PIN无卤阻燃改性材料在电子电气领域中的应用-电气设备和元件


## 1. 前言

电气外壳是一个细分市场，主要包括消费和信息技术设备的外壳，如电视、台式或笔记本电脑、显示器、打印机、复印机、家用电器等。这些外壳由不同类型的聚合物树脂制成，常见的聚合物树脂有高抗冲聚苯乙烯（HIPS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯/ABS 共混物（PC/ABS）、聚苯醚/HIPS 共混物（PPE/HIPS）和聚碳酸酯。（个人电脑）。

国际标准规定，这些外壳的塑料材料应符合 UL 94 V 或类似阻燃规范等高防火安全标准。纯聚合物树脂通常不可能满足这些要求，需要添加阻燃剂来达到阻燃规范等高防火安全标准要求。电子行业正趋向于可持续的阻燃技术发展，磷系无卤阻燃剂在电子外壳领域的重要性日趋体现。除了要求的防火安全等级外，使用的聚合物树脂还必须满足其他标准，例如：

- <strong>1. 可加工性</strong>
    <p>良好的可加工性，高熔体流动能保证高生产效率</p>
- <strong>2. 热稳定性</strong>
    <p>当需要更高的热变形温度（HDT）时，可考虑使用聚磷酸盐</p>
- <strong>3. 机械性能</strong>
    <p>高冲击强度</p>
- <strong>4. 水解稳定性</strong>
    <p>高抗水解性能</p>
- <strong>5. 可回收性</strong>
    <p>使用过的聚合物树脂必须易于分离，并且应采用标准工艺进行回收利用</p>
- <strong>6. RoHS 和 WEEE 指令</strong>
    <p>聚合物树脂必须符合 RoHS 和 WEEE 指令</p>

使用磷系阻燃剂，特别是表 1 和 2 中所示的芳香族磷酸酯，可以满足这些要求的组合。

![](/images/news/101.webp)
_**表 1 - 电子外壳用 PIN 阻燃剂**_

![](/images/news/102.png)
![](/images/news/103.webp)
_**表 2 - 电子外壳用 PIN 阻燃剂 \*氮气中 10°C/分钟的缓变率**_

这四种磷化合物是无卤的，基于芳香族磷酸酯。这四种磷化合物可用于 PC/ABS 共混物以及 PPE/HIPS 共混物。第五种产品，聚磷酸和碳酸共聚物是磷的一种聚合形式，因此表现出永久阻燃性，并且不迁移。

## 2. PC/ABS 合金

TPP、RDP、BDP、2，6 间苯二酚和聚磷酸碳酸共聚物是适用于 PC/ABS 共混物的无卤阻燃剂。所需的添加量取决于混合料中 PC 和 ABS 的比例。在商业化 PC/ABS 共混物中，ABS 含量通常不超过 25%，这些产品在 8 - 15% 的添加量下与其它助剂结合，有可能达到 UL 94 V0 等级。其它助剂通常会减缓滴落。一种常见的防滴落剂是聚四氟乙烯（PTFE），其添加量高达 0.5 wt%。15-20%聚膦酸碳酸共聚物在其它助剂的作用下，可提高其防火性能。

![](/images/news/104.png)
_**表 3 - UL-94 在 FR-PC/ABS 中的可燃性(4/1)**_

![](/images/news/105.webp)
_**表 4 - UL94/V0 级 FR-PC/ABS 的物理性能**_

![](/images/news/106.webp)
_**表 5 - V0 级 FR-PC/ABS 复合材料的熔体粘度**_

## 3. 采用无卤阻燃剂的 FR-PC/ABS 复合材料的可回收性

欧洲 WEEE(废弃电气和电子设备，2002/96/EC)指令强制要求生产者考虑制造品全生命周期的一个例子。未直接回收的塑料部件被剥离、清洗、制成颗粒，再回收到市场中，用于类似或其他用途。WEEE 指令禁止将回收的含有有害重金属和溴系阻燃剂的复合材料放回原料中。目前的废物处理技术倾向于在这个原料流中不使用卤化添加剂，因为卤化添加剂可能限制或“毒害”后续的产品。虽然美国和其他地区市场没有类似的规定，但许多制造商都是全球的生产商，他们倾向于使用类似来源的材料来标准化他们的产品。事实上，这些公司强制执行这些规定，回收部件的做法成为产品生命周期的设计考虑因素。

随着人们对塑料的生命周期有了新的认识，制造商在设计产品时也开始考虑回收循环利用。这对计算机和办公设备制造商来说尤其如此，因为他们的工业和普通消费者都依赖台式电脑、笔记本电脑和/或掌上电脑（PDA）来安排他们的日常生活和工作。由于市场上创新的步伐很快，硬件会很快过时，并被更快、更便宜、更小、但比其前身更强大的产品所取代，而且更具移动性。2005 年 5 月，笔记本电脑的销量首次超过台式电脑，占电脑总销量的 53%，这些装置有自己的动力(和点火)源，特别容易着火，PC/ABS 复合材料被广泛应用于这些电子产品的构件中，这使得 PC/ABS 复合材料在塑料废料流中的作用越来越重要。对于许多此类系统，通过系统设计或组件材料必须添加阻燃剂来实现阻燃，考虑到环境因素，许多此类系统使用了无卤阻燃剂，如磷酸三芳基阻燃剂（TPP、RDP、BDP、2,6 间苯二酚）。

对于目前 FR-PC/ABS 的无卤素选项，使用行业常见的技术，下面的研究显示了实际回收计划中相关的性能。众所周知磷酸酯易水解，本研究还考虑了利用添加剂作为稳定剂的复合材料。表 6、7 和 8 展示了在实际的回收计划中使用行业常见技术的相关性能。由于众所周知磷酸酯易水解，所以本研究还考虑了利用添加剂作为稳定剂的复合材料。

![](/images/news/107.webp)
_**表 6 - 回收的 FR-PC/ABS 的可燃性符合 UL 94 可燃性**_

![](/images/news/108.webp)
_**表 7 - 回收 FR-PC/ABS 的 Izod 冲击（3.2 mm）**_

![](/images/news/109.webp)
_**表 8 - 循环对熔体流动的影响**_

再循环能力总结:

- <strong>在典型的回收率(20%的回收率)下，本研究中使用的所有二磷酸盐 FRs 均符合行业标准。</strong>
  - 保持可燃性
  - 保持冲击性能
  - 稳定熔体粘度
- <strong>当水解稳定性存在问题时，可以使用稳定剂。</strong>
- <strong>聚碳酸酯对酸性条件敏感。</strong>
- <strong>不同的磷酸酯具有不同的水解稳定性。</strong>
  - 所有的磷酸酯分解为酸性物质，特别是暴露在高温和高湿度环境下。
  - 双酚 A 架桥磷酸酯(BDP)和 2.6 -二甲苯酚反应磷酸酯(PX-200) FRs 不易水解，但最终会显示 PC 聚合物降解。聚膦酸共碳酸酯由于磷与主链结合而表现出良好的水解稳定性。
  - RDP 类似物在早期暴露测试中表现出不稳定性，但添加稳定剂后，可以看到实质性的改善

## 4. PPO/HIPS

PPO/HIPS 共混物可以用芳香族磷酸盐(TPP, RDP 和 BDP)实现阻燃。用于达到 UL 94 V 0 等级的 PPE 的典型等级为 30-70%;这些混合物还含有 10-20%的 TPP、RDP、BDP 和间苯二酚 2,6。

![](/images/news/110.webp)
_**表 9 - 回收 FR-PC/ABS 的 Izod 冲击（3.2 mm）**_

## 5. 电池外壳

电子移动、智能手机、电脑等对高密度储能和快速储能的需求不断增长，推动了电池技术的创新。

随着能量密度的增加，由过热或短路引发的火灾危险持续增加，这要求电池外壳必须要有更好的防火安全和防火保护性能。这一领域正在进行深入的研究，以实现采用环保阻燃剂的典型电池外壳的防火安全性。例如，如果使用聚酰胺，那么就可以使用次磷酸盐类的磷氮无机阻燃剂来延缓火灾的发展。

> 1 Directive 2002/96/EC on Waste of Electric and Electronic Equipment
>
> 2 Directive 2002/95/EC on Restriction of certain hazardous Substances in Electric and Electronic Equipment
>
> 3 The End of the Computer as we Know it”, Wall Street Secrets Plus Newsletter, Vol. 2, No. 58, July 22, 2005


PIN无卤阻燃改性材料在电子电气领域中的应用 - 电气外壳


## 1. 介绍

在预防性消防安全的讨论中，电缆占有很重要的位置。因为电缆随处可见，在建筑物里，在大规模的传输，甚至存在于你的手机里。除了对电缆易燃性的关注外，在过去的 25 年里，在电线电缆要求范围内，实际情况下火灾产生的烟雾越来越引起人们的关注，同时也引起了诸如烟雾毒性和腐蚀能力等主题的关注。

与传统电缆设计相比，无卤阻燃或低烟无卤（LSF0H）电缆的优异性能，尤其是在烟密度、烟气毒性和酸性方面，已成功地解决了这些问题，实现了更安全、生态上可接受的电缆料。

## 2. 无卤阻燃发展的历史和标准发展

在过去的 30 多年里，HFFR 化合物在电线电缆中的的使用受到了几起重大事件的推动，其中主要是在人口稠密地区发生火灾时烟雾密度和烟雾毒性造成了大量人员伤亡,如图所示。

此外，了解阻燃聚合物对环境的影响，特别是“寿命终止”的情况下，这已成为阻燃电缆设计的另一个方面。如今，电缆和电线符合 WEEE 和 RoHS 标准是对阻燃电缆化合物的进一步要求。

![](/images/news/851.webp)
_**无卤电缆开发的关键事件(Nabaltec)**_

## 3. 用于 HFFR 化合物的阻燃剂

下表给出了 HFFR 电缆料中使用的不同阻燃剂的概况。

![](/images/news/852.webp)
_**HFFR 电缆中使用的各种阻燃剂综述**_

以下各节将讨论氢氧化铝（ATH）、勃姆石（AOH）、氢氧化镁（MDH）和纳米复合物的机理和功能，因为这些阻燃剂是 HFFR 电缆化合物中最重要的阻燃剂，并且在电缆行业领域中得到了各种各样的应用。

金属氢氧化物的阻燃机理

金属水合物作为阻燃剂的作用是基于物理和化学过程的。示意图显示了在火灾情况下金属氢氧化物填充聚合物的复杂过程。在有火源(火焰或热物体)存在的情况下，如下(A)(B) (C)反应式，金属氢氧化物热分解为金属氧化物和水:

![](/images/news/853.webp)
在这个过程中，分解是一个吸热反应，这降低了火源的能量。与此同时，释放出来的水蒸气会冷却聚合物的表面，尤其会稀释周围可燃气体的浓度。剩余的金属氧化物残渣有一个高的内表面，其中煤烟颗粒，多环芳烃被分别的吸收。此外，氧化物残渣作为一个屏障，阻止低分子量分解产物的进一步释放，以及形成保护聚合物不进一步分解的热障。根据金属氢氧化物分解温度的不同，电缆料中作为阻燃填料的使用受到限制。最高加工温度范围从 200℃(ATH)、300℃(MDH)到 320℃(AOH)。

金属水合物的分解

![](/images/news/854.webp)
_**金属氢氧化物的分解随温度变化 (Nabaltec)**_

### 3.1 金属氢氧化物如何实现阻燃性能

根据 ISO 4589，描述电缆化合物易燃性的最常用试验仍然是极限氧指数（LOI）。本试验描述了氧/氮混合物中氧气的最低浓度，该浓度刚好足以支持垂直定向试样的燃烧。在较低的氧气浓度下，火焰被熄灭。因此，高 LOI 值表示高阻燃性或低可燃性。下图显示了不同重量百分比氢氧化铝（ATH）、水合氧化铝（AOH）和氢氧化镁（MDH）浓度的 EVA（聚乙烯-醋酸乙烯共聚酯）的 LOI 值。

不同填充水平 EVA-胶料的 LOI 值

![](/images/news/855.webp)
_**不同填充水平的 EVA 化合物的 LOI 值**_

经验表明，LOI 值必须大于 30%，这是满足广泛应用中的基本阻燃要求的必要条件，这相当于 EVA 中需要约 55%的填充量（按重量计）。对于更严格的标准，需要更高的填充量数值。最初非常平坦的曲线表明，物理阻燃要求阻燃剂浓度要达到一个最低值，该最低值比通过直接影响火焰或本体聚合物中的化学反应来实现阻燃的阻燃剂所需最低值高（分别为生成自由基类阻燃剂和成炭的含磷阻燃剂物）。

## 4. 金属氢氧化物领域的最新发展

### 4.1 加工性能

使用金属氢氧化物的一个缺点是填充量高，这是电缆化合物达到基本阻燃性所必需的。因此，人们通过调节金属氢氧化物的粒径分布、堆积密度或吸油值等性能，来提高金属氢氧化物的阻燃效率，并改善其加工性能。这些参数的主要目的总是改善这种金属氢氧化物基化合物的挤出性能，从而降低改性和电缆挤出的制造成本。为了实现这一目标，我们研究了三种不同的选择：

### 4.2 表面处理

填料的表面处理是一种众所周知的技术，可以改善矿物填料与聚合物基体的相容性。填料由于表面处理，其与聚合物之间的相互作用得到改善，不仅提高了改性材料的力学性能，而且降低了改性材料的熔体粘度。这改善了改性和电缆挤出过程中的加工性能。

然而，对于氢氧化镁，表面处理对氢氧化镁非常重要，直接关系到其与聚合物的混合行为和机械力学物性能，但氢氧化铝和勃姆石的表面处理则不太常见。

除了对金属氢氧化物进行表面处理的额外成本外，在选择适当的表面处理时必须小心，因为表面处理也可能对化合物的长期机械性能以及电气性能产生影响，尤其是吸水率。

### 4.3 纳米复合材料/阻燃增效剂

目前正在对纳米颗粒及其在塑料领域的贡献进行大量的研究工作。通过熔融复合或原位聚合，添加 2%至 5%的颗粒增强聚合物，在热机械性能、阻隔性能和阻燃性能方面都有显著改善。它们在提高耐热性、尺寸稳定性和导电性方面也优于标准填料和纤维。

纳米粘土和碳纳米管是被广泛讨论并最先进入商业用途的两种纳米填料。两者都必须通过表面处理进行化学改性，以达到良好的精细分散和树脂耦合，从而获得最大的效益。这两种纳米填料都在塑料的结构、热学、阻隔性和阻燃性方面得到了改善。碳纳米管还可以增强导电性。

对于 HFFR 电缆化合物，最常用的是基于所谓改性纳米粘土（有机粘土）的纳米复合材料。在这些有机粘土中，用有机盐对层状二氧化硅（蒙脱石、锂云母或海泡石）进行改性，以改善聚合物相容性并促进填料的分层，从而生成聚合物层状硅酸盐纳米复合材料。

在电线电缆的应用中，有机粘土通常与传统的阻燃剂(如 ATH 和 MDH)结合使用，因为单独使用机粘土不能满足阻燃要求。到目前为止，有机粘土的使用几乎完全是基于 EVA 的电缆化合物，填充量在 3-5%之间，传统阻燃剂用量可以降低到 50%，没有有机粘土要达到中等和标准阻燃要求则需要 60-65%。要达到电缆的更高阻燃防火分类，包括纳米复合增效剂在内的总添加量需要在 65%范围内。

有机粘土和其他纳米填料作为阻燃协效剂的作用基本上是在发生火灾时在聚合物表面形成一个稳定而牢固的炭层（屏障）。这种屏障可防止低分子分解产物的暴露，从而阻止火灾的“补给”，起到隔热作用，防止聚合物进一步降解。

### 4.4 金属氢氧化物形态的改进

虽然前两种技术需要使用附加成分来改善金属氢氧化物（例如）和/或 HFFR 化合物的可加工性能，但最近进行了大量工作来调整金属氢氧化物的颗粒形态以获得更好的性能。这项工作的基本原理是产生一种较低的吸油率、堆积密度更稳定的金属氢氧化物。较低的吸油率降低了复合材料的粘度，因此挤出过程可以大大加快。

![](/images/news/856.webp)
_**EVA (19% VA)化合物的熔体体积率填充 60wt .-% ATH，氨基硅烷偶联**_

这里显示了用含有 60% ATH 的 PE/EVA 化合物挤压绝缘铜线的重要参数。改进后的 ATH 与原产品(标准 4m2/g ATH)进行了比较。

改进后的 ATH 显著降低了的模头压力和模头熔体温度值，使挤出速度提高约 30%。

![](/images/news/857.webp)
_**模头压力和模头熔体温度：**_
_**• 0.5 mm2 铜线（单根，圆形）**_
_**• 模具直径 1.4 mm**_
_**• 绝缘厚度约 0.35 mm**_
_**• 线路速度 650 m/s**_

## 5. 电缆用阻燃热塑性弹性体

热塑性弹性体（TPE）是一种将热塑性塑料的加工优势与弹性体的柔性、低模量特性相结合的塑料材料。嵌段共聚物 TPEs 是由热塑性单体与弹性体共聚单体聚合而成的分段嵌段组成。工程热塑性弹性体包括热塑性聚氨酯（TPU）、共聚酯（TPE-E）和聚醚嵌段酰胺（PEBA）。对应不同需求，市场上有大量的热塑性弹性体类型，从肖氏 A10 到肖氏 D75 硬度不等。金属次膦酸盐能有效地平衡热塑性弹性体的力学性能和阻燃性，聚磷酸盐也被发现在 TPE-E 体系中有很好的表现。

共聚酯弹性体具有优良的抗蠕变、冲击、撕裂和弯曲疲劳的韧性和回弹性。它们的硬段以聚对苯二甲酸丁二酯为基础，软段以聚醚为基础。TPE-Es 的硬度在 Shore D25 ~ Shore D75 之间。通过细粒度的金属次磷酸盐，可以获得具有优异机械和电学性能的阻燃热塑性弹性体。加入聚四氟乙烯可防止燃烧滴落。根据 ShoreD 硬度，建议用量为 20-30%。在某些情况下，添加氮协效剂可以提高性能。阻燃热塑性弹性体适用于电缆挤出、电线涂层、连接器、输送带或波纹管。聚膦酸盐与金属次磷酸盐具有良好的协同作用，可改善阻燃性和机械性能，并有助于改善弹性体电缆的表面外观。

热塑性聚氨酯是由长链多元醇、扩链剂和聚异氰酸酯组成。软段为端羟基聚酯或聚醚，硬段通常为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。热塑性聚氨酯易点燃，阻燃性差。加入 12-15%的金属次磷酸盐，d50 为 20-40μm 或更细的等级（d95 最大为 10μm，d50 为 2。。。3μm）采用氮协效剂可实现 UL 94 V-0 等级，含有适当的三聚氰胺氰尿酸盐配方也能达到同样的效果。同时可加入滑石粉等抗撕裂剂，可防止试样滴落。阻燃 TPU 应用于电缆挤出、人造革注射成型。聚膦酸盐正被用于 TPU 挤出应用，尤其是在需要透明性或半透明性的情况下。聚磷酸盐还与三聚氰胺氰尿酸盐和金属次膦酸盐协同工作，以改善阻燃性和机械性能。

![](/images/news/858.webp)
_**阻燃聚醚热塑性聚氨酯（Shore A 87）的应力-应变图**_
_**（DIN 53504，S2，200 mm/min）**_
_**MC=三聚氰胺氰尿酸盐。**_

![](/images/news/859.webp)
_**含膦阻燃剂的热塑性弹性体的阻燃性能和力学性能**_
_**\* 试样 S2, 50 mm/min**_

![](/images/news/860.webp)
_**按聚合物类型研究含磷酸盐阻燃剂的热塑性弹性体的燃烧性能和力学特性。**_

> 1 Directive 2002/96/EC on Waste of Electric and Electronic Equipment
>
> 2 Directive 2002/95/EC on Restriction of certain hazardous Substances in Electric and Electronic Equipment


PIN无卤阻燃改性材料在电子电气领域中的应用 - 电线和电缆


> 前言
>
> 可用于聚丙烯的阻燃剂品种繁多，按化学组成可归纳为两大类：有机阻燃剂与无机阻燃剂；按使用方法又分为反应型和添加型。具有代表性的阻燃剂有溴系、磷氮系、磷系及氢氧化铝、氢氧化镁等。

## 适合聚丙烯的几种常用阻燃剂

![](/images/news/210.webp)

## 1 溴系阻燃剂

由于 C—Br 键的键能较低，大部分溴系阻燃剂在 200-300℃ 下会分解，此温度范围正好也是聚丙烯的分解温度范围，所以在聚丙烯受热分解时，溴系阻燃剂也开始进行分解，并能捕捉聚丙烯降解反应生成的自由基，从而延缓或终止燃烧的链反应。溴系阻燃剂分解时会同时释放出 HBr，这是一种难燃气体，这种气体密度大，可以覆盖在材料的表面，起到阻隔表面可燃气体的作用，也能抑制材料的燃烧。

这类阻燃剂还能与其他一些化合物(如三氧化二锑)复配使用，通过协同效应使阻燃效果明显得到提高。溴系阻燃剂在聚丙烯阻燃应用上具有重要地位，主要产品有十溴二苯醚、四溴双酚 A、四溴二季戊四醇、溴代聚苯乙烯、五溴甲苯和六溴环十二烷等。溴系阻燃剂的主要缺点是降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性，燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体，使其应用受到了较大的限制。

## 2 磷-氮系阻燃剂

磷-氮系阻燃剂又称膨胀型阻燃剂，含有这类阻燃剂的高聚物受热时，表面能够生成一层均匀的碳质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟的作用，并防止产生熔滴现象，故具有良好的阻燃性能。膨胀型阻燃体系一般由三个部分组成：酸源(脱水剂)，碳源(成碳剂)和气源(氮源、发泡源)。膨胀型阻燃剂主要通过形成多孔泡沫碳层在凝聚相起阻燃作用。磷-氮系阻燃剂具有无卤、低烟、低毒的优点。

## 3 磷系阻燃剂

磷系阻燃剂之所以能起到阻燃作用主要在于其能促使高聚物初期分解时的脱水炭化。这一脱水炭化步骤必须依赖高聚物本身的含氧基团，对于本身结构具有含氧基团的高聚物，它们的阻燃效果会好些。对于聚丙烯来讲，由于本身的分子结构没有含氧的基团，单独使用磷系阻燃剂时阻燃效果不佳，但是如果与氢氧化铝和氢氧化镁等复配即可产生协同效应，从而得到良好的阻燃效果。

常用的有机磷系阻燃剂有磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三(二甲苯)酯、丙苯系磷酸酯、丁苯系磷酸酯等。磷酸酯类的特点是具有阻燃与增塑双重功能。它可使阻燃剂实现无卤化，其增塑功能可使塑料成型时流动加工性变好，可抑制燃烧后的残余物。其主要优点是效率较高；对光稳定性或光稳定剂作用的影响较小；加工和燃烧中腐蚀性小；有阻碍复燃的作用；极少或不增加阻燃材料的质量；产生的毒性气体和腐蚀性气体比卤系阻燃剂少。但大多数磷酸酯类阻燃剂也存在着一些缺点，如耐热性差、挥发性大、相容性不理想，而且在燃烧时有滴落物产生等。

含磷无机阻燃剂最主要的产品有红磷阻燃剂、磷酸铵盐、聚磷酸铵等。含磷无机阻燃剂因其热稳定性好、不挥发、不产生腐蚀性气体、效果持久、毒性低等优点而获得广泛的应用。

## 4 氢氧化铝

氢氧化铝(简称 ATH)在 200-300℃ 之间分解，吸热量为 1 967.8 J/g，是集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身的阻燃剂。它具有无毒、无腐蚀、稳定性好、不挥发、高温下不产生有毒气体的优点，且价格低廉、来源广泛。但它也有填充量大，填充后材料力学性能下降、加工性变差的缺点。

## 5 氢氧化镁

氢氧化镁在 340-490℃ 之间分解，吸热量为 782.9 J/g，热稳定性好，具有良好的阻燃及消烟效果，特别适宜于加工温度较高的聚丙烯材料。氢氧化镁用于聚丙烯时(添加量大于 50%)具有良好的阻燃效果。

在相同的填充量下，不同的氢氧化铝、氢氧化镁配比其阻燃效果差别不明显，但两种复合使用比单独使用效果要好，因为虽都是脱水反应，但在分解温度和吸热量上有差别。氢氧化镁需在更高的温度下才脱水，并同时有炭化效果。而氢氧化镁的吸热量相对小些，因其抑制材料温度上升的效果不如氢氧化铝，两者复合使用则能相互补充，其阻燃性能比单独使用效果要好。但氢氧化镁也有耐酸性差、分散性及相容性差的等缺点，需开发相容性好的新品种。

来源：链塑网

转载自：无卤阻燃普塞呋


适合聚丙烯的几种常用阻燃剂及其优缺点


欧盟发布的绿色新政制定了欧洲新的发展路线图，其目标是，使欧洲至 2050 年成为第一个实现气候中性的洲。绿色新政将推出一系列广泛而深远的新政策和新条例，并得到新冠疫情后大量经济恢复资金的支持。

多个经济部门将受到此新政的影响，尤其是交通运输行业，但也包括农业和建筑业以及纺织品、化学品和塑料等工业部门。1

![](/images/news/841.webp)
_实现可持续和智能交通是《绿色新政》路线图的一个关键目标。_

如何达到这一目标 2？

- <strong>增加铁路和内陆水路的运输能力</strong>
- <strong>减少轿车和货车的 CO2 排放量</strong>
- <strong>减少空气污染物的排放量</strong>
- <strong>使用锂离子电池或燃料电池等新能源</strong>

为了扩大燃料电池作为动力源的应用，以及为了实现气候中性，2020 年 7 月，欧盟发布了一个专门的绿色氢能路线图 3。

化学品和塑料工业的焦点是控制温室气体排放，减少水资源和能源消耗，最大限度减少原材料的使用。已经建立了一个欧洲关键原材料清单，这将促进这些原材料的循环利用比例。

另外，化学品和塑料工业负责其产品的毒性控制和产品生命周期结束后的处理。

## 1. 交通行业趋势

### 1.1. 汽车

欧盟绿色新政将取得的成果之一，在 2013 - 2025 年期间，汽车 CO2 排放量将减少 47%。这意味着欧盟不仅将引入大量的 xEV 汽车（包括电池电动汽车、混合动力电动汽车和插电式混合动力电动汽车。据估计，2030 年，欧盟的 xEV 汽车销售量将占全球此类汽车销量的 40%以上），同时这也意味着必须减轻汽车的重量和采用对环境影响更小的原材料。

这对汽车工业提出了严厉的挑战，就质量和供应能力而言，为后消费时代或后工业时代的塑料原材料寻找可靠来源极为困难。解决这个问题的一种方法是，推动废弃材料的化学再生，然而，这实际上是一个有争议的问题，有的研究对化学再生技术的环境影响生命周期分析提出了质疑。即使仍有许多非政府组织对生物聚合物这一解决方案表示怀疑，认为这些聚合物的潜在来源与食品生产或水资源消耗有冲突，但是，研究者仍在对生物聚合物进行评价。

xEV 汽车的普及也正在对电池、大功率连接系统、充电器、逆变器和电动机等非常关键的部件提出前所未来的技术挑战。

这些挑战导致对部件、电子元器件、电缆和电池用塑料的需求增加，其目的是减轻重量和响应设计灵活性需求。磷氮无机阻燃剂将非常重要，一方面能确保消防安全，另一方面，能满足严苛的新标准测试要求，相对漏电起痕指数和长期热老化测试只是最重要参数中的两个例子。在“电动交通”一章，更深入地解释了这些问题。

### 1.2. 铁路

提高铁路系统的运输能力和改进铁路系统的管理是欧盟绿色新政的关键行动之一。改进欧盟铁路网络和增加铁路网点必须提高数字化程度。提高列车速度（即运行更多的高速列车），这将鼓励人们乘火车而不是飞机旅行，从而减少 CO2 的排放量。

- <strong>随着可选择的铁路解决方案增多，更多达到更高阻燃标准的现代列车将投入运行。</strong>
- <strong>从高速列车到未来的超高速列车，研究者一直在寻找更快的解决方案。</strong>
- <strong>各地将淘汰老式柴油列车，代之以液化天然气（LNG）驱动的或电力驱动的更清洁列车。</strong>

> 增加塑料的应用，用塑料替代金属，将减轻重量，提高加速、制动性能，降低能耗。

列车将采用新能源，例如，氢能电池或锂离子电池。某些先驱者已经在研究新能源列车。

- <strong>阿尔斯通公司制造的 Coradia iLint 是全球第一列依赖氢燃料电池驱动的列车。燃料电池为电动机供电 4。多余的能量被储存在锂离子电池中。据制造商声称，这是全球第一列 100%无排放的列车。</strong>
- <strong>通过与德国交通部协作，庞巴迪公司已经开发了下一代 Talent 列车，即 Talent 3，这是一个由电池驱动的动车组 5。</strong>

### 1.3. 飞机

过去 30 年来，由于实施了严格的消防安全要求，航空工业的火灾威胁一直在减少。但是，在新一代飞机（A350 或 B-787 系列）中，为了减轻重量和节省能耗，使用了大量聚合物复合材料，导致可能的火灾情景不同于从前，增加了新的威胁。

客舱和货舱内的大部分塑料部件必须具有自熄性（即当火源被移除后停止燃烧）或更好的阻燃性能。使用基于含卤聚合物的材料可以达到这一目的。过去，之所以选择含氟聚合物，不仅因为其优良的阻燃性能，也因为其非常强的耐化学品性质，例如，耐煤油、滑润剂、溶剂（甲基乙基酮）性，同时释放的污染物少，具有良好的润滑性能，其它材料（包括座椅套或地板材料）采用聚氯乙烯（PVC）。这些含氟和含氯聚合物的风险是，在遇火燃烧时，释放腐蚀性气体和有毒气体，在客舱和驾驶舱尤其危险，也会影响电子设备。因此用添加磷氮无机阻燃剂的无卤材料取代这些材料成为必要，研究者正在进行大量研究工作。例如，在飞机地板的生产中，采用硅酮或含大量填料的三元乙丙橡胶取代聚氯乙烯。但是，还有许多其它应用，每一种应用必须满足许多严格的要求，推动了大量创新的磷氮无机阻燃剂解决方案的出现。

### 1.4. 船舶

如其他难以逃生的交通工具一样，船舶上一旦发生火灾，存在重大灾害的风险。24%的船上事故是由火灾造成的，大部分火灾事故是从工程机房开始的，火灾事故造成的人员死亡比任何其它事故的高 130%。

为了减少火灾风险，几十年前，国际海事组织颁布了多项标准。船舶上的所有材料必须具有自熄性，即使高速小船（例如，高速渡船）也必须采用不可燃材料。

然而，部分死亡事故不仅与火的蔓延相关，也与船舶的设计以及船员的行为相关。现代模型允许在考虑这三个因素的情况下进行模拟，从而设计更安全的船舶。

如同在其它交通模式中一样，在船舶工业也出现了能减少污染的新型动力推进方式。

- <strong>在小型船只中，出现了混合动力推进方式，因此，也伴随了与锂离子电池或锂-聚合物电池相关的特定风险。</strong>
- <strong>在更大型船舶中，考虑采用燃料电池作为新的动力源，因此，也存在与易燃性气体（氢气）或低闪点温度液体（例如，甲醇）储存相关的风险。</strong>

考虑到这些新风险，国际海事组织的某些标准已经被修订。

## 2. 交通应用的中再生聚合物

如前所述，汽车工业对汽车中再生聚合物的含量制定了宏伟目标，不仅地毯和软垫纤维而且电缆、管道和模注部件材料都将采用再生聚合物。为此，欧盟资助了 Car E 服务项目(www.careserviceproject.eu/)。

这是一个在汽车生命周期结束后再生利用其塑料和金属部件的研究项目。该项目指出，除了机械性能大幅下降，废塑料部件的分选、清洗和二次研磨的成本比石化材料会高达 40%，因此，限制了这一解决方案的应用机会。

## 3. 生物塑料和天然纤维增强塑料

天然纤维或生物塑料的应用可能会促进更加环境友好的汽车的制造。在汽车生产中，使用了越来越多的可再生原材料，特别是天然纤维增强塑料（FRP）。在现有的汽车车型中，每辆汽车的可再生原材料用量已经达到数十千克（10 - 50 千克）。据德国汽车工业协会称，这些结构部件有多项优势。一般来说，这些材料呈 CO2 中性，并具有优良的材料性能，通常比常规生产的材料更轻，因此，能减轻汽车重量，节省燃料。据福特公司称，生物材料的应用已经减少燃油消耗量 9 吨/年，减少二氧化碳排放量约 15 吨/年。现在，生物材料的研究焦点是含 25 - 60%亚麻、剑麻、洋麻、小麦秸秆纤维及其它材料的天然纤维增强聚丙烯。

另外，市场上已经提供天然纤维增强的工程塑料，例如，含 25% Curauá 纤维（Curauá - Ananas lucidus，一种凤梨科植物）的聚酰胺 6 ，采用注塑技术生产的这种塑料用于制造汽车部件。另一种在汽车设计中已经成熟使用的材料是天然纤维进强型聚氨酯。聚氨酯与天然纤维垫材形成的复合材料以及天然纤维增强的泡沫塑料用于汽车内饰件。由于产能不断提高，在各种技术应用中，聚乳酸（PLA）纤维等生物聚合物的应用增加。虽然生物聚合物目前在汽车应用中仅占很小的比例，但这些聚合物在纤维纸巾工业的应用将逐渐增加。

另外，生物聚合物也可以作为本体聚合物和增强聚合物使用。虽然过去 20 年来已开发了许多含无卤阻燃的热塑性塑料和热固性塑料，但目前这些新开发的天然纤维增强塑料的燃烧特性和阻燃性的信息仍然有限，还需要进行大量的研发工作。现在，已经有了可用于聚乳酸纤维增强材料和未增强材料的无卤阻燃剂解决方案。

> 参考文献：
>
> 1. https://ec.europa.eu/info/sites/info/files/european-green-deal-communication_en.pdf
>
> 2. https://www.eumonitor.eu/9353000/1/j9vvik7m1c3gyxp/vl4d8dfd2dye
>
> 3. https://cor.europa.eu/en/events/Pages/ENVE-Stakeholders-consultation-Towards-a-Roadmap-for-Clean-Hydrogen-.aspx
>
> 4. www.alstom.com/solutions/rolling-stock/coradia-ilint-worlds-1st-hydrogen-powered-train
>
> 5. www.railway-technology.com/projects/bombardier-talent-3-battery-train/


PIN无卤阻燃改性材料在交通行业中的应用-交通领域的创新和未来趋势


## 1. 前言

减缓全球变暖，欧盟 2050 年将实现碳中和的路线图出台，大幅促进了纯电动汽车和混合动力电动汽车（xEV 汽车）的销售，并且将保持持续增长趋势，据保守估计 2040 年全球 xEV 汽车销售量为 7000 万辆。然而，xEV 汽车的大规模使用带来新了安全挑战，尤其是火灾安全方面的挑战。

过去 10 年，100,000 辆以上的 xEV 汽车因电池故障被召回或起火 1。因此，设备制造商不但需要采用更高效的电池冷却系统（将风冷改为液冷），也必须达到新的防火阻燃要求，例如，UL 94 V-0 防火等级、IEC 60695-2-11 标准 960°C 灼热丝可燃性指数要求，以实现降低火灾风险的安全要求。但是仅达到可燃性标准还不够，有关部门正在讨论通过引入新的标准进一步降低电气风险。根据 IEC 60587 或 ASTM D2303 标准，相对漏电起痕指数（CTI）从 IEC 60112 标准现有 600 伏提高至 1000 伏，并要求在 1.5 千伏进行斜面法漏电起痕测试。除了车辆本身，涉及安全的关键部件还包括高电压连接系统以及有线和无线充电站。连接系统必须确保在恶劣的室外条件下使用正常，并且在紧急状况下能很容易被识别，这就是要求这些部件采用特定亮橙色的原因。快速充电的需求使人们越来越担心火灾和电气危险，导致相关标准和条例不断被修订。

![](/images/news/741.png)
_**图 1 - 电动汽车的预期增长**_

## 2. 电池

热失控是 xEV 汽车发生大火和爆炸的主要原因。众所周知每一辆电动汽车的核心部件是大容量电池，一个电池系统由多个独立的电池模块组成，每一个模块又由若干个电池单元组成。目前安装的大部分电池是锂离子电池（LIB），电池内的能量密度高，增加了火灾危险，过热或短路都会造成电池热失控（TR），最终可能引发火灾。热失控是指一个电池单元发生故障，导致温度不受控升高，造成相邻电池单元故障，此故障会在整个电池系统内传播，最终引起热失控。

较小的锂离子电池也存在火灾隐患，这已被智能手机电池和计算机电池起火及爆炸反复证实，因此在航空旅行途中，这些产品被禁止使用。设备制造商以因此召回了大量缺陷产品，召回的产品在某些情况下会涉及数十万件消费产品。到 2021 年为止，xEV 汽车安全条例一直只是自愿执行条例，这导致了非常多的电池设计方案和热管理策略。在中国标准 GB/T 31467.3-2015 中，对整个电池包的测试要求作出了规定，包括机械冲击测试、振动测试、浸水测试、盐雾测试和耐外部火源测试。2021 年 1 月，中国进一步颁布了 GB 38031-2020 标准，这项新标准强调规范了单体电池的检测，包括短路、挤压、过充电和过放电检测。该标准中的一项非常重要的新检测是“温度循环检测”，设计这项检测的目的是确认一个单体电池的热失控将至少在 5 分钟内不会造成电池模块起火或爆炸，保证乘员在电池发生此类严重故障时能有离开汽车的时间。

中国是这项要求强制执行的第一个国家，其它国家也可能将以同样或类似方式实施此要求。

虽然阻燃性要求的最终标准化还在推进之中，但是电池使用的材料通常已被要求达到 UL 94 V-0 阻燃性等级（与许多电子电气应用产品的相似）。

### 2.1. 电池单元

一个典型的电池单元由阳极、阴极、隔膜和电解质等四部分组成。隔膜是采用聚合物（聚丙烯或聚乙烯）制作的多孔膜，作为带正电荷的阴极和带负电荷的阳极之间的隔离层。电解质中的锂离子通过隔膜的孔隙流动，在充电过程中将电能从阴极携带至阳极，在放电过程中则相反。许多电池故障是直接或间接地由于隔膜损坏造成的，机械应力可以损坏隔膜，另外发生过热或外部短路，这些突然的温度变化可导致聚合物隔膜收缩，造成阴极与阳极直接接触，导致内部短路和热失控、火灾或爆炸。随电池能量密度不断增大，使用简单聚合物隔膜的电池已不能再满足安全要求。

一个解决方案是，在隔膜的一侧或两侧，涂布一层含矿物的磷氮无机材料（例如，氧化铝或勃姆石），以提高聚合物的耐热性。涂布一层陶瓷膜将维持隔膜的完好性，防止在温度较高时隔膜收缩。同时必须保证隔膜的两项主要指标：优良离子渗透性和高孔隙率。

概述电池单元隔膜研究的 UL 2591 标准包括了电池单元隔膜的测试程序，例如，分析测试、尺寸稳定性测试、孔隙测定等。在截至 2018 年 10 月发布的最近一个版本中，还没有确定最后的要求。

![](/images/news/742.png)
_**图 2 - 电池隔膜的阻燃整理**_
_**在凹印辊涂布系统中，含无机阻燃剂的分散液被涂布在隔膜上。图片版权 ©Nabaltec**_

另一个从电池单元层次提高锂离子电池安全性的策略是，在电解质中添加磷氮无机阻燃剂。电解质是一种允许锂离子在两个电极之间流动的介质。现在的电解质基于有机液体溶剂，后者具有固有的高可燃性，含溶解的锂离子和添加剂。添加磷氮无机阻燃剂可以降低电解质的可燃性。无机添加剂（例如，硅化合物）和有机磷化合物可能是电池电解质的有效阻燃剂。Gao 2020 声称，“多种有机磷化合物毒性低，具有合适的物理特性、良好的相容性和低的成本[2]，是最有效的阻燃剂材料。”（国际电化学科学杂志，15（2020）1391 – 1411，doi：10.20964/2020.02.24）。解决这个问题的未来策略可能是使用固体或胶体电解质，但是，这些电解质也基于有机物，要求具有阻燃性。

锂离子电池的阴极稳定性对电池消防安全也非常重要，添加或涂布铝矿物或磷酸盐矿物等磷氮无机阻燃剂也可以提高其稳定性。

### 2.2. 电池包

在谈到锂离子电池时，热管理是一个关键词。为了在快速充电期间避免电池单元过热、维持总体的电学性能和确保长使用寿命，必须将热量从电池包导流至电池外壳，在外壳上安装外部（主动）冷却系统。热界面材料（TIM）的有多种解决方案，在充电和放电过程中能高效地将电池内的热量向外消散。

![](/images/news/743.png)
_**图 3 - 电池包及部件**_
_**图片版 ©Nabaltec**_

导热性胶粘剂将电池包粘附在壳体上。在电池包的各个模块之间，安装了胶带或隔垫。空隙填料或膏体包裹了电池包内的所有电池单元，这些材料可以替代模块组件内的胶带或隔垫。通常，热界面材料是一种聚合物基质（通常为环氧树脂、聚氨酯、硅酮或硅烷改性聚合物）与高添加量导热性填料结合形成的产品。如果使用磷氮无机阻燃剂组合中的氢氧化铝、勃姆石（一水氧化铝）或氢氧化镁，可以在同时实现高导热性和达到一定的 UL 94 V-0 防火阻燃等级。消散热量可以主动预防热失控，电池包也得到了高度的防火阻燃保护，两者合二为一。

### 2.3. 电池壳体

各电池单元被组装在电池壳体内，使电池成为汽车内的一个大组件。电池相当重，通常安装在底盘。目前，关于电池壳体的生产方式和材料选择，存在三种不同的策略和方案，市场上尚无标准形式的壳体。

壳体通常采用钢或铝等金属生产，这些材料也正越来越被基于聚合物的解决方案取代。减轻汽车总体重量，延长汽车续航里程，是这些解决方案是否被接受的一个关键评判标准。

聚合物基质可以采用增强型热塑性塑料（例如，聚酰胺）或热固性树脂（例如，环氧树脂）或不饱和聚酯。

考虑到严格的测试条件，必须在聚合物基质中添加基于金属次磷酸盐或聚磷酸铵或膦酸酯低聚物的阻燃剂体系。

## 3. 连接系统

连接系统的安全性和可靠性对预防火灾和电气危险非常重要。汽车工业正在电气工业的成熟标准的基础上，经修改后用于汽车行驶中可能遇到的恶劣环境。必须对连接系统进行可燃性测试，达到 1000 伏的相对漏电起痕指数要求。同时还要求进行斜面法漏电起痕测试，以及长期维持绝缘性能。新的要求包括：温度高达 150°C 时，连接系统材料具有高的电阻率（体积电阻率和表面电阻率）和高的介电强度（Ds）；150°C 和炎热潮湿环境（85%相对湿度/85°C）老化 1000 小时后，具有高的相对漏电起痕指数（ CTI）和耐漏电起痕指数（PTI ）。

另一项关键的安全要求是使用亮橙色，以便在发生事故时容易识别高压电缆。根据 RAL 2003/2008 标准，在 140°C 经过 1000 小时后，该颜色必须保持不变色。可靠性是 xEV 汽车的另一项重要要求，磷氮无机阻燃剂的应用正在满足这一要求，这些阻燃剂帮助控制金属触点的腐蚀，确保绝缘和阻燃性能不会随时间的推延而降低。

## 4. 充电站

充电站（充电基础设施）通过电缆和连接器或无线方式为电动汽车供应电能。这些充电站与其它普通电子电气设备非常相似，也适用典型的消防安全标准。与普通电气设备相比，电动汽车充电具有更高的电流密度，必须确保在室外气候条件下的安全性。因此，各个国家和（或）组织正在制定电动汽车专用标准。然而，目前这些标准缺乏统一性。

### 4.1. 有线充电

一个专门为电动汽车制定的重要标准是 IEC 61851-1《电动汽车导电充电系统 - 第 1 部分：一般要求 》，在该标准定义了 4 种不同的充电模式：

- <strong>模式 1：</strong>一种利用电缆和插头将电动汽车连接交流电网标准插座的方法，电缆和插头均未配备任何辅助导向功能或辅助触点。
- <strong>模式 2：</strong>一种将电动汽车连接交流电网标准插座的方法，该方法使用一台具有电缆和插头的电动汽车交流电供电设备，该设备具有控制导向功能，并在标准插头与电动汽车之间设有防止人身触电的系统。
- <strong>模式 3：</strong>一种将电动汽车连接电动汽车交流电供设备的方法，而该供电设备永久连接一个交流供电网络，控制导向功能从电动汽车交流电供电设备延伸至电动汽车。
- <strong>模式 4：</strong>一种利用电动汽车直流电供电设备将电动汽车连接一个交流或直流供电网络的方法，控制导向系统从电动汽车直流供电设备延伸至电动汽车。

该标准进一步规定了大部分一般要求，主要焦点是用电安全保护。

根据 IEC 61851-1 标准与 IEC 61439-1 标准的共同要求，壳体的灼热丝可燃性指数（WGFI）必须达到 IEC 60695-2-12 标准规定的 650°C 要求。

UL 2594 标准《电动汽车供电设备》对壳体规定的可燃性要求如下：

- <strong>便携式设备：</strong>V-1（UL 94）
- <strong>固定设备：</strong>5V（UL 94）
- <strong>大型永久壳体（表面积 ＞ 0.93 平方米）：</strong>火焰蔓延指数 Is ≤ 200（ASTM E162）

虽然在该标准中没有特别要求，但是，越来越多的公司要求使用基于无卤阻燃剂体系的聚合物材料。这正是磷氮无机阻燃剂发挥作用的领域。

对于插头和插座，国际电工委员会的 IEC 62196-1 标准最相关。在该标准的第 1 部分，提出了对绝缘材料的要求：

- <strong>为可重新布线附件带电体提供支承部件：</strong>
- <strong>球压测试（IEC 60695-10-2）@ 125°C</strong>
- <strong>不一定与导电部件连接的绝缘材料部件：</strong>
- <strong>灼热丝测试（IEC 60695-2-11）@ 650°C</strong>
- <strong>一定与导电部件连接的绝缘材料部件：</strong>
- <strong>灼热丝测试（IEC 60695-2-11）@ 850°C</strong>
- <strong>为带电体提供支承的绝缘部件：耐漏电起痕指数（IEC 60112）@ 175 伏。</strong>

另外，在这个应用领域，越来越多的公司致力于寻找无卤解决方案。

### 4.2. 无线充电

![](/images/news/744.png)
_**图 4 - 无线充电方案**_
_**图片版权 ©Shutterstock**_

xEV 汽车的快速普及增加了对方便和快速充电系统的需求。无线充电虽然目前仍处于初始起步阶段，但无线充电得到了越来越多的用户赏识，因此 2020 年颁布了新的 GB/T 38755、IEC 61980-1 标准，SAE J2954 标准也进行了相应的更新。除了消防安全要求和绝缘性能要求，这些标准对无线电能传输作出了规定。根据 IEC 60038 标准，交流电无线传输不得超过 1000 伏，直流电不得超过 1500 伏，在充电过程中控制电磁场以确保安全作业，避免对心脏植入式电子设备（CIED）造成影响。

为了控制电磁场，SAE J2954 和 IEC 61980-1-2-3 标准为无线充电规定了三个 WPT 功率级别：WPT1 级不超过 3.7 千瓦， WPT2 级不超过 7 千瓦，WP3 级不超过 11kW 千瓦。为防止系统过热，对金属异物检测和对准误差控制设定了规则。除了防火和电磁场（EMF）要求，在材料选择和部件设计时，机械性能和部件平整度也是重要的考虑因素。事实上，充电板必须能承受 1350 千克的负荷，适用的温度范围从 -40°C 至最高 125°C，还必须保证密封，以避免湿气进入而导致电气故障。

> 参考文献：
>
> 1. https://edition.cnn.com/2020/11/10/success/electric-car-vehicle-battery-fires/index.html
> 2. https://www.bloomberg.com/news/articles/2020-11-13/gm-latest-automaker-to-recall-electric-car-for-battery-fire-risk
> 3. https://ec.europa.eu/info/sites/info/files/european-green-deal-communication_en.pdf


PIN无卤阻燃改性材料在交通行业中的应用-电动交通


## 1. 前言

从小轿车、大客车、公共汽车、卡车和房车到火车、通勤列车、地铁、有轨电车和无人驾驶运输车辆，现代个人交通、公共交通和货物运输工具种类繁多。这些交通运输工具提供短途和长途客运交通（包括个体、群体和大批量人群的运输）和货物运输，这些交通工具普遍采用燃料驱动的和电力驱动的发动机。

现代交通工具大量使用电子电气设备，这些重要设备有些事乘客可见的，有些是乘客看不见的，安装的数量取决于交通工具的类型以及主要的应用要求，例如：

- <strong>移动性</strong>
- <strong>安全性</strong>
- <strong>舒适性</strong>
- <strong>能源效率</strong>

## 2. 电气设备及部件

### 2.1. 电气部件的范围及材料要求

![](/images/news/640.webp)
_**图 1 -连接器和开关。**_
_**\*从交通工具供电设备、发电机或蓄电池（蓄能系统）到电动马达、电器、传感器或电子设备，连接器和开关在每一个电气部件中发挥重要作用。在凡是用电的场景，都可见到连接器和开关。**_

近年来，塑料在电气设备的开发和创新中受到重视。塑料具有电气绝缘和隔热的明显优势，也允许设计师设计尺寸更小和重量更轻的部件。塑料应用领域非常广泛，但每种应用必须达到越来越严格的众多不同的国际标准。目前使用的许多不同塑料是为了满足这些五花八门的国际、国内标准定制的。设计师在设计一个特定的部件或组件时，最终的塑料选择在很大程度上取决于塑料的机械、电气和防火性能。

#### 机械性能

例如，选择聚酰胺的原因常常是因为其良好的韧度和刚性。在连接器中，可以设计所谓“活铰链”。这样的连接器容易断开和关闭但不会断裂。韧度对接线板卡扣连接尤其重要，使组装变得容易。聚酰胺通常也具有良好的抗热老化能力。电气部件微型化使部件的工作温度升高，因此，抗老化能力非常重要。另外，聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）具有尺寸稳定性和水解稳定性高的优点。

#### 电学性能

除了体积电阻率和表面电阻率，另一项重要的电学性能要求是用介电强度表示的绝缘效率，测量单位为千伏/毫米。这在纯电动汽车和混合动力汽车（以下统称为“xEV 汽车”）中尤为重要，xEV 汽车要求在高达 150°C 及以上的温度条件下保持介电强度。5G 技术和无人驾驶技术（高级驾驶辅助系统）的应用，需要要求更高的介电常数（Dk）对交流电和信号以及损耗因数（Df）的要求。介电常数越接近 1，信号的传输越好。另一个关键参数是相对漏电起痕指数或 CTI（单位为伏特），该参数表征绝缘材料的电击穿（漏电起痕）性能。

漏电起痕是指绝缘材料表面上的电击穿，大的电压差会在材料表面形成炭化痕迹，从而提供导电通道，导致电击穿。相对漏电起痕指数越高，材料的抗电击穿性能越好。添加某些无卤阻燃剂可使聚合物改性料的相对漏电起痕指数达到与纯聚合物相同的值。

#### 防火性能

塑料暴露于热源或火源时往往容易着火。电能使用或设备故障（可能）会使部件发热，因此，电子电气部件的塑料的消防安全尤其重要。

在欧洲，国际电工委员会（IEC）制定的技术标准规范了连接器和开关的消防安全要求。一些最重要的标准包括 IEC 60898 断路器标准、IEC 60947 工业控制设备标准和 IEC 60335 家用电器标准。除了 IEC 标准，在欧洲和亚洲也采用美国保险商试验所（UL）的标准，例如，UL 94 V-0 标准是全世界任何地区最常用的可燃性要求。IEC 标准认证基于材料测试或成品部件测试，具体取决于最终应用。但是，UL 测试总是对材料进行测试。虽然这些方法存在差异，但所有测试的共同特点是，对引燃火源以及样品暴露于该火源的方式作出了规定。

在为连接器或开关选择合适的聚合物时，必须在消防安全与机械和电学性能之间进行平衡考虑。现在，有多种无卤阻燃剂可供选择，设计者可以优化聚合物组合物。

### 2.2. 电气设备用无卤阻燃剂概述

金属次磷盐非常适合玻璃纤维增强聚酰胺和聚酯，添加量约 20%，常常与含氮协效剂结合使用。主要优势包括磷含量高（＞ 23%）、不亲水和热稳定性好（＞ 320°C），因此，适合无铅焊料焊接作业。将金属次磷酸盐与含磷协效剂结合使用可进一步提高可加工性。

三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）非常适合玻璃纤维增强聚酰胺 6,6。为了达到 UL 94 V-0 的性能要求，添加量约 25%。该产品具有良好的热稳定性（最高耐温 370°C）。三聚氰胺聚磷酸盐常常作为协效剂与磷系阻燃剂结合使用。

三聚氰胺氰尿酸盐（MC）特别适合用于无填料和含矿物填料的聚酰胺，在不含填料的聚酰胺中添加 10 - 15%的三聚氰胺氰尿酸盐可以达到的 UL 94 V-0 防火要求，在含少量玻璃填料的聚酰胺 6 中添加不超过 20%的三聚氰胺氰尿酸盐可以达到 UL 94 V2 的防火要求。三聚氰胺氰尿酸盐常常作为协效剂与磷系阻燃剂结合使用。

红磷是一种单质磷的聚合形式，主要用于玻璃纤维增强的聚酰胺 6,6，添加量为 5 - 8%。由于其固有的颜色，组合物限于红色或黑色。另外，必须考虑防止降解的问题。

芳基磷酸酯（例如，苯二酚双（二苯基磷酸酯））和聚膦酸酯主要添加于苯乙烯类共混物（添加量 10 - 20%）以达到 UL 94 V-0 标准的要求。这些产品常常用作阻燃剂组合物中的共同组分，其缺陷是，在高的加工温度下，可能产生塑化效应和具有一定的挥发性。阻燃剂在聚合物表面渗出可能对电学性能产生负面影响。

氢氧化镁（MDH）作为填料添加至聚合物中。为了达到 UL 94 V-0 的防火要求，添加量高约 45 - 50%。该产品的热稳定性有限，主要用于含少量玻璃纤维的聚酰胺 6。

![](/images/news/640_2.webp)
_**图 2 - 图片版权 ©BASF**_

聚磷酸铵与含氮协效剂相结合，可以用于聚烯烃，添加量约 20 - 30%。

关于这些阻燃剂的更详细信息及化学分子式，参见磷氮无机阻燃剂协会电子电气产品小册子。

### 2.3. 在电气部件中使用的聚合物及合适的阻燃剂体系

下表总结了在不同的聚合物中使用无卤阻燃剂和不同含量的玻璃纤维能够达到的典型技术性能。表中的值仅供参考，精确的性能参数取决于使用的特定聚合物、添加剂组合以及加工条件。

![](/images/news/640_3.webp)
_**图 3 - 达到 UL 94 V-0 标准要求的**_
_**磷氮无机阻燃剂体系示例**_

## 3. 电子设备和印刷电路板

### 3.1. 概述

现在，电子设备发挥越来越重要的作用，这些电子设备可以提高汽车的安全性、舒适性、便捷性等车辆性能。一辆普通轿车包含约 500 个以上的有源电子元件（相当于一台迷你计算机）和多个平方米的印刷电路板（PCB）。如下面所述，已经开发了传感器和响应元件的复杂交互技术，这一趋势还将继续。

![](/images/news/640_4.webp)
_**图 4 - 汽车电子产品**_

![](/images/news/640_5.webp)
_**图 5 - 图片版权 ©A. BEARD**_

几乎所有电子元器件都被集成到一块印制电路板内。出于安全原因，印制电路板也需要达到相应的阻燃要求，UL 94 V-0 阻燃性标准是最广泛使用的要求。许多印制电路板材料需要添加阻燃剂体系才能达到这一要求。

一块 PCB 版的骨架是一块覆铜箔层压板（CCL），后者由薄铜箔覆盖在通常环氧树脂预浸材料上经层压形成。达到美国电气制造商协会（NEMA）标准的多个等级的阻燃层压板材料用于制造 PCB 板。在 PCB 工业使用的著名预浸材料包括 FR-2（酚醛棉纸），FR-3（棉纸、环氧树脂），FR-4（玻璃布、环氧树脂），FR-5（玻璃布、环氧树脂），FR-6（毛面玻璃、聚酯）。

《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质的欧盟指令》（2011/65/EU（RoHS 2）+（EU）2015/863（RoHS 3））已引起了基材市场的变化 ，因为该指令自 2006 年 7 月起禁止使用含铅（Pb）的产品，除非其使用被明确豁免。过去，铅被用作易熔金属合金中的焊料。无铅焊料的工艺温度更高，因此，必须重新设计基材组合物。

许多制造商在开发新材料时利用这个机会改用了无卤阻燃剂。

### 3.2. FR-4 级印刷电路板的技术要求

FR-4 级 PCB 板采用由玻璃纤维增强的环氧树脂制造，最普遍应用于电子工业（约占 80%），这类 PCB 版必须达到多项要求：

- 经过高压蒸煮试验（PCT）之后，不起泡、不分层
- 在无铅焊接过程中不分解、不分层
- 具有耐酸、耐碱和耐氧化剂化学侵蚀能力
- 不吸水或吸水很少
- 耐内部层压板电迁移（导电阳极丝）
- 热胀系数（CTE）小
- 对玻璃化转变温度（Tg）无影响或影响很小
- 对电学性能尤其介电常数 Dk 和介质损耗 Df 无影响或影响限小
- 对铜箔抗剥离强度和内层附着力无影响或影响很小
- 对压合制程预浸材料的树脂流动无影响
- 在光学性能方面，不存在需要进行质量检测的团块

### 3.3. 反应型阻燃剂和树脂改性

反应型阻燃剂与聚合物化学键合，解决了蒸气化等大部分迁移问题。

DOPO（ 9,10-二氢-9-氧杂-10-膦杂菲-10-氧化物）是一种含 P-H 键的环状次膦酸。P-H 键是一种单官能团，但是，可以进行多次改性，通过适当催化，可以被接枝至 C=C 链或与环氧基反应。现在，DOPO 可以被视为主要基本材料，用于制备含磷环氧树脂（玻化温度高达 150°C）。可以通过商业途径从不同供应商处购买 DOPO。为了满足 PCB 市场不断增长的需求，过去几十年，全球 PCB 产能一直增加。

聚（1,3-亚苯基甲基膦酸酯）：该产品拥有羟基，能与聚合物反应，可作为环氧树脂固化剂。建议将其与氢氧化铝或一水氧化铝结合使用。据报告称，该产品具有耐高温稳定性（高压蒸煮试验表明，其玻化温度高）。

最近，市场上推出了含环氧基和羟基的磷系反应型阻燃剂（例如，膦酸酯低聚物）。

### 3.4. 非反应型填料

#### 金属氢氧化物

无论单独使用或与其它阻燃剂结合使用，金属氢氧化物无机物都是有效的阻燃剂。其作用机理是，在热分解期间吸收热量，释放水和生成氧化物膜，能冷却聚合物，稀释燃烧气体产物，并通过生成氧化物膜保护聚合物基质。另外，氧化物膜还可以吸附烟灰微粒，降低烟密度。这些无机阻燃剂的另一个重要优点是，能将聚合物的热胀系数降低至很低。

#### 氢氧化铝（ATH）

虽然人们担心氢氧化铝仅具有中等热稳定性（普通氢氧化铝在约 200°C 开始分解），但是，该产品仍在无卤阻燃剂组合物中使用。如果单独使用，添加量必须相当高才能达到燃烧性能要求。因此，氢氧化铝常与其它阻燃剂结合使用。

![](/images/news/640_6.webp)
_**图 6 - 含电子元器件的印刷电路板**_
_**图片版权 ©NABALTEC**_

#### 一水氧化铝（勃姆石）

改用工作温度更高得多的无铅焊料对氢氧化铝是一项挑战。该产品可以被一水氧化铝（勃姆石）替代，后者在高达 340°C 时具有耐高温稳定性，因此，在无铅焊接过程中，不会发生分解和释放水（水可加快导电阳极丝效应，CAF）。含勃姆石的层压板具有非常高的热稳定性，最终得到的可靠性非常高的产品既适合长期使用，也适合在高温下使用，例如，在汽车产品中（“在发动机罩下面”）使用。但与氢氧化铝相比，勃姆石的阻燃效率较低，因此，建议将其与其它无卤阻燃剂或基于线型酚醛树脂的环氧树脂阻燃剂体系结合使用。

#### 金属次磷酸盐和三聚氰胺聚磷酸盐

金属次磷酸盐是另一种常用无卤阻燃剂，可以用于刚性和柔性 PCB 板或类似产品。与大部分其它含磷化合物不同，金属次磷酸盐不具吸湿性，在水和常用溶剂中的溶解度极低，在有水存在时不会发生水解。不水解这一点尤其重要，因为在电子电气应用中，不容许释放磷酸。其它重要优点包括磷含量高（＞ 23%）和热稳定性好（＞ 300°C），适合无铅焊料焊接作业。电学性能测试显示，即使在大大高于 1 吉赫的频率下，Dk 和 Df 基本不受影响。但单独使用金属次磷酸盐不能达到 UL 94 V-0 阻燃等级要求，该产品通常与含氮协效剂（例如，三聚氰胺聚磷酸盐）结合使用，用于改性（含磷或氮）环氧树脂或其与其它聚合物（氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂等）的共混物。为使 1.6 - 0.05 毫米厚度的层压板达到 UL 94 V-0 阻燃等级，首先可以考虑在清漆配方中添加 15 - 20%（重量百分比）的金属次磷酸盐，当然金属次磷酸盐的用量需要根据清漆主要组分的化学性质调整。例如，与一种磷改性环氧树脂结合使用时，建议金属次磷酸盐的添加量为 15 - 20 phr（每百份树脂所用份数）。

金属次磷酸盐也适用于柔性印制电路板胶粘剂。

三聚氰胺聚磷酸盐该产品具有良好的热稳定性，对玻化温度的影响小，可以与其它阻燃剂（例如，次磷酸盐、矿物）结合使用。

## 4. 娱乐和信息系统壳体材料

### 4.1.前言

在旅途中，尤其在长途旅行中，人们需要娱乐和信息娱乐活动，交通工具常常提供这些活动设施。电子产品壳体是电子工业的一个细分市场，为音频、视频、DVD 和游戏设备等消费品及信息技术产品提供壳体。这些壳体由不同类型的聚合物树脂制成，例如，高抗冲击聚苯乙烯（HIPS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共混物（PC/ABS）以及聚苯醚（PPE）/高抗冲击聚苯乙烯共混物（PPE/HIPS）。

根据国际标准，用于生产这些壳体的塑料应达到高的消防安全标准，例如，UL 94 V-0 防火等级或类似阻燃标准。一般来说，使用纯聚合物树脂不可能达到这些要求。

因此，需要在聚合物组合物中添加阻燃剂。在电子产品壳体细分市场，无卤磷系阻燃剂越来越重要，电子工业倾向于改用更可持续的阻燃剂。除了达到消防安全等级要求，这些聚合物树脂-阻燃剂组合物还必须达到其它要求，例如：

- <strong>可加工性</strong>
  <p>熔体流动性好，确保良好的可加工性，提高加工产能</p>
- <strong>热稳定性</strong>
  <p>尤其要求具有高的热变形温度（HDT）</p>
- <strong>机械性能</strong>
  <p>尤其要求具有高的抗冲击强度</p>
- <strong>水解稳定性</strong>
  <p>要求具有高的抗水解能力</p>
- <strong>可循环利用性</strong>
  <p>聚合物树脂必须易于分离，可以通过标准的工艺实现循环利用</p>
- <strong>RoHS 和 WEEE 指令</strong>
  <p>聚合物树脂必须符合 RoHS 和 WEEE 指令</p>

### 4.2. 电子产品和信息娱乐系统壳体用磷氮无机阻燃剂

#### PPE/HIPS 共混物

添加芳烃磷酸酯、磷酸三苯酯、苯二酚双（二苯基磷酸酯）、双酚 A 双（二苯基磷酸酯）和聚膦酸酯，可以使聚苯醚/高抗冲击聚苯乙烯共混物（PPE/HIPS）具有阻燃性，为达到 UL 94 V-0 防火等级，聚苯醚的典型添加量为 30 - 70%。这些共混物也含 10 - 20%的磷酸三苯酯、苯二酚双（二苯基磷酸酯）、双酚 A 双（二苯基磷酸酯）或聚膦酸酯。

#### PC/ABS 共混物

磷酸三苯酯、苯二酚双（二苯基磷酸酯）、双酚 A 双（二苯基磷酸酯）和磷酸酯-碳酸酯共聚物是适用于聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共混物（PC/ABS）的无卤阻燃剂。阻燃剂的添加量取决于 PC/ABS 共混物中 PC 与 ABS 的比值。在市售的 PC/ABS 共混物中，ABS 的含量通常不超过 25%，与抗滴落剂结合使用，上述阻燃剂的添加量 8 - 15%（重量百分比），可以达到 UL 94 V-0 防火等级。常用的抗滴落剂是聚四氟乙烯，添加量不超过 0.5%（重量百分数）

![](/images/news/640_7.webp)
_**图 7 - 图片版权 ©LANXESS**_


PIN无卤阻燃改性材料在交通行业中的应用-电子电气


## 1. 前言

如果没有电力电缆和光纤电缆，现代交通体系将不复存在。电缆传输电能和越来越多的数据，电缆的燃烧测试也包括不同的情景，如在汽车、轨道车辆、船舶或飞机中铺设了大量电缆，这些电缆沿水平方向铺设于地板下面，或者沿水平和竖直方向铺设于侧壁与天花板之间。

在电缆的绝缘材料、护套材料或填料中，使用了大量的可燃性聚合物。考虑到电缆存在于整个交通工具中以及电缆的安装特点，电缆的燃烧会造成严重火灾，通过电缆会使火势在不同的舱室之间传播（例如，从发动机舱传播至客舱）或传播至更远的距离 1。交通工具内的火灾原因包括电气故障、机械故障或过热、纵火、垃圾桶着火或燃料、润滑油泄漏。

防火标准的严格或宽松程度并不一致，具体取决于乘员从发生火灾的交通工具逃生的难易程度。飞机、船舶或轨道车辆逃生比从汽车逃生更困难，因此多个国际和国内标准规定，在飞机、船舶或轨道车辆上使用的材料必须具有更好的防火性能。

电缆的阻燃可以通过多种方式在聚合物组合物中应用无卤阻燃剂（磷氮无机阻燃剂）或低烟无卤（LSFOH）方案，。选择的聚合物和相应的阻燃剂以及关于这些阻燃剂（FR）体系的某些属性总结于下表。

![](/images/news/640_1.png)
_**图 1- 含磷氮无机阻燃剂的典型电缆组合物**_

_在含磷氮无机阻燃剂的电缆聚合物组合物中使用的典型阻燃剂、建议这些阻燃剂适用的典型聚合物以及阻燃机理信息_

交通工具中的电缆根据使用情况必须达到不同的标准。在选择电缆材料时，必须考虑电缆安装期间和使用寿命期间的机械应力和热应力。不但交通工具中的电缆必须具有阻燃性，铺设电缆的所有配套设施尤其是电缆管道也必须具有阻燃性。电缆管道一般供电缆通过和保护电缆以免受损，因此，必须与电缆一样具有同样的阻燃性能，但是，不必像电缆一样具有柔性。电缆管道通常由热塑性材料制造，例如，采用聚氯乙烯或聚烯烃（主要是聚乙烯或聚丙烯）作为聚合物基质。

电缆管道的聚烯烃组合物大致与电缆材料的组合物相同，使用较高含量的氢氧化铝或氢氧化镁以及如下所述的膨胀型阻燃剂体系。为了保证必要的阻燃性能，例如如图中所示的低释热速率（锥形量热仪在释热速率为 35 千瓦/平方米时测定的结果），无机阻燃剂的填充率必须＞ 50%（重量百分含量）。

无机阻燃剂的阻燃机理基于阻燃剂吸热分解生成水蒸汽和金属氧化物。氢氧化铝和氢氧化镁的主要差异在于热稳定性。氢氧化铝在 200°C 开始分解，而氢氧化镁在高达 320°C 时仍稳定。与通过特定化学反应路径作用的阻燃剂体系相比，为了达到高的阻燃性能，这些阻燃剂需要添加的量相对较高。

![](/images/news/640_2.png)
_**图 2- 含磷氮无机阻燃剂的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物组合物释热速率（I）**_
_释热速率与氢氧化镁用量的关系曲线_

![](/images/news/640_3.png)
_**图 3 – 含磷氮无机阻燃剂的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物组合物释热速率（II）**_
_释热速率与氢氧化铝用量的关系曲线_

在 TPE-S、TPE-V 和 TPE-O 热塑性弹性体以及聚烯烃中，使用中等用量的膨胀型阻燃剂体系即可达到 UL-94、UL-62（VW-1，美国电线电缆和软电线耐燃性等级）垂直电缆（UL 1581）或 45° 电缆（ISO 6722/1）的测试标准要求。例如，一类含无卤阻燃剂的新型热塑性弹性体可以替代某些电缆（例如，消费电子产品电缆）的传统柔性乙烯基护套和绝缘材料。这些弹性体可以用于电缆挤塑、波纹管生产、电缆管道生产以及其它应用。膨胀作用机理确保阻燃性能高以及烟密度和烟雾毒性低，例如热塑性弹性体成功地通过了 ABD 0031 标准烟雾毒性测试（空客公司测试标准）。膨胀型阻燃剂体系经过处理表面处理甚至通过了电缆工业严苛的水储存测试。由于阻燃剂的用量适中，磷氮无机阻燃热塑性弹性体既达到非常高的阻燃性能，又具有卓越的美观和触感。

下面将更详细讨论在交通工具中使用的某些电缆阻燃剂。

## 2. 汽车（轿车/卡车/公共汽车）电缆

汽车中使用大量的电缆，这些电缆主要铺设在发动机罩下面。过去几十年来，电子设备在汽车中的应用一直在增加，这些电子设备使用大量的各类电缆，例如传感器和监测系统数据总线电缆。1955 年，一辆乘用车含 45 米电缆，1960 年代增加到 200 米左右，现在取决于车辆类型和设备配置一辆乘用车内安装了数千米不同电缆。现在研究焦点是，开发更薄的电缆绝缘材料和护套、在不影响性能的情况下降低电缆材料的密度，从而减轻汽车内电缆的重量 2。

汽车电缆必须能耐受一定范围的温度，耐热等级从 A 级到 H 级（T1 至 T8 级），具体取决于电缆的使用情况，例如电缆与发动机之间的距离。根据这些耐热等级，使用（含有卤和无卤阻燃剂的）不同聚合物生产电缆绝缘材料和护套材料，以达到这些耐热等级要求。

下面列出了某些聚合物实例及适合此应用的有效阻燃剂。

![](/images/news/640_4.png)
_**图 4 - 耐热等级**_
_根据 ISO 6722 标准在汽车中使用的电缆的耐热等级_
_（3000 小时）温度范围、适用的聚合物和阻燃 3_

汽车电缆不仅必须能耐受宽的温度范围，也必须能耐受不同的介质，例如，机油、蓄电池酸液或燃料油，以避免这些侵蚀性流体少量泄漏造成严重损坏。

汽车电缆材料组合物可以基于交联聚乙烯，如下面所述。

![](/images/news/640_5.png)
_**图 5 – 含氢氧化镁阻燃剂的交联聚乙烯组合物参考值**_

在欧盟，耐磨蚀性要求严格，在汽车用交联聚乙烯电缆中，应用的主要无机阻燃剂是氢氧化镁（MDH），但是，在美国更常使用氢氧化铝（ATH）4。

可持续性已成为一个重要的主题，也是各种交通工具的发展趋势，现在，人们关注的焦点是非化石燃料和纯电动或混合动力电动汽车。

纯电动和混合动力电动汽车中，典型的电压比燃油汽车的更高。因此，必须对这些汽车内的电缆进行特别设计，使其能在更恶劣的条件使用，能耐受火花电压。在这些应用中，建议使用基于热塑性弹性体、聚氯乙烯或交联聚乙烯的电缆组合物 5。

在含磷氮无机阻燃剂的热塑性弹性体电缆组合物中，可以使用膨胀型阻燃剂体系和细粒金属次膦酸盐。金属次膦酸盐的用量应控制在 20% - 30%，具体取决于对邵氏硬度和性能要求的综合考虑。与含氮协效剂结合使用可进一步提高阻燃剂体系的性能。添加少量聚四氟乙烯可以防止火灾期间材料燃烧产生熔滴。

热塑性弹性体电缆组合物的某些性质如下：

![](/images/news/640_6.png)
_**图 6 - 某些含磷氮无机阻燃剂的热塑性弹性体**_
_**电缆组合物**_
_含次磷盐阻燃剂的热塑性弹性体电缆组合物的_
_典型性质_

## 3. 轨道车辆（火车、地铁）电缆

必须注意的是，在轨道车辆、船舶和飞机等大型公共交通系统中，也不能完全避免火灾。因此，为了让乘员安全地逃生，火焰的传播速度必须慢，产生的烟雾必须尽可能少。这些要求反映在比汽车更严格的标准中。

近年来，欧盟致力于为欧洲轨道车辆用材料制定统一标准。EN 45545-2 标准提出了这些材料的防火要求，详见本手册中关于标准一章。该标准要求测试垂直火焰蔓延速度、烟密度或烟雾毒性以及其它参数。

轨道车辆内部铺设了许多不同用途的电缆，如下图所述。每一节车厢需要不同的电缆，包括照明电缆、控制面板电缆以及满足乘客信息和娱乐需求的电缆。发动机电缆、控制面板电缆和轨道车辆通信电缆铺设于机车内。车厢之间的电缆和跳接电缆保证数据和电力的传输。

![](/images/news/640_7.png)
_**图 7 – 轨道车辆内的典型电缆、铺设位置及用途**_
_（图片提供：Huber+Suhner AG, Pfäffikon, Switzerland。）_

如前面所述，轨道车辆电缆必须达到严格的防火性和低产烟量标准。为此，与汽车电缆相比，为提高阻燃性、减小烟密度，轨道车辆电缆中需要添加更多的无机阻燃剂。在轨道车辆电缆中，氢氧化铝的典型添加量约 60%（重量百分数），但也可能根据详细的电缆组合物配方有所调整。

根据电缆的铺设和使用场景，电缆的机械性能和耐环境因素能力必须加以调整，例如，在流体装置附近安装的电缆应能耐受这些流体介质的侵蚀。

下图中给出了轨道车辆电缆的两个示例，一条电缆安装于车厢或机车内，另一条电缆为跳接电缆。

<div class="grid grid-cols-2 gap-3 p-4">
<div>

![](/images/news/640_8.png)
_**图 8 - 安装在车厢内的电缆**_
_（图片提供：Huber+Suhner AG, Pfäffikon, Switzerland。）_

</div>
<div>

![](/images/news/640_9.png)
_**图 9 - 跳接电缆**_
_（图片提供：Huber+Suhner AG, Pfäffikon, Switzerland。）_

</div>
</div>

如图所示，布设于轨道车辆内的电缆通常由多层组成。绝缘层保护导线，护套保护电缆以免受环境因素影响。可以根据用途调整聚合物组合物的组成，例如，与电缆的其它层相比，护套中的阻燃剂含量常常更高。

在公共交通工具的电缆中，金属导线或玻璃纤维绝缘材料的典型聚合物改性料通常基于交联聚乙烯、聚氯乙烯或乙烯丙烯橡胶（EPR），但是也可以使用聚酰胺、热塑性弹性体、硅橡胶或含氟聚合物。在护套材料改性料中，典型聚合物为聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或聚氯乙烯。

与热塑性材料相反，交联材料的优点是，受热后不会软化或熔融，因此不会产生燃烧熔滴，能更好地防止火灾蔓延。

然而交联聚合物增加了交联工序，增加了电缆生产工艺的难度。

## 4. 船舶电缆

在船舶上，尤其在潜水艇上，减小烟密度甚至更加受到关注。另外，船舶电缆可能与高盐分海水等侵蚀性介质接触，因此，护套必须在整个电缆的生命周期内能耐受这些介质。

一种含氢氧化铝阻燃剂，基于过氧化物交联型弹性体乙烯-醋酸乙烯共聚物的改性料可应用在海洋船舶上的电缆改性料，该改性料的配方描述如下。

![](/images/news/640_10.png)
_**图 10 - 海上船舶电缆乙烯-醋酸乙烯共聚物组合物**_
_含氢氧化铝阻燃剂的组合物_

市场上供应的氢氧化铝产品种类非常多，为调整改性料配方开辟了多种途径。例如，经过面处理的氢氧化铝可以将最优的机械性能与阻燃性能相结合。

根据英国海军国防标准 Def Stan 61-12 或德国海军 VG 95218-28/29 标准，在不同介质中的抗老化性能对船舶电缆改性料非常重要。老化作用通常影响改性料的物理尺寸和机械性能参数。根据上述标准，这些参数的改变不得超过一定限值。

同样，适用的磷氮无机阻燃剂种类也有很多，可以通过多种方式调整电缆改性料配方，从而满足特定的要求。

## 5. 飞机电缆

飞机电缆材料不仅必须满足阻燃性和燃烧释热的严格要求，还必须满足烟密度和烟雾毒性的要求，在本手册中关于标准的一章列出了这些要求。另外，必须考虑所有材料的重量。含氟聚合物常常用于飞机电缆的绝缘和护套材料改性料。一般来说，这些聚合物具有固有的阻燃性，不要求另外添加任何阻燃剂。

含膨胀型阻燃体的磷氮无机阻燃剂热塑性弹性体改性料也通过了相关标准（例如，ABD 0031 标准）的烟雾毒性测试。膨胀型阻燃剂的阻燃效率高和产烟量低，因此，电缆改性料仅需要中等用量的阻燃剂，既能获得优异的阻燃性能，又能优化机械性能和表面性能。

> 参考文献：
>
> 1. 电缆燃烧性能报告，电缆的燃烧性能 – 新的测试方法和测量技术 – Interscience 通信有限公司，2000 年
>
> 2. a）Karl Brown (Equistar Chemicals LP, LyondellBasell) AMI Conference Cables, 9-11 March 2010, Cologne (Germany); b) White Paper Automotive, February 2007, Nexans
>
> 3. a）Kabelbuch 2003, Automobilleitungen Coroplast Fritz Müller GmbH & Co KG. Huber+Suhner AG, Pfäffikon, “Automotive Products”, Edition 2009. Leoni Kabel GmbH, Roth, “We keep on moving” Business Unit Automotive Cables. White Paper Automotive, February 2007, Nexans
>
> 4. Karl Brown (Equistar Chemicals LP, LyondellBasell) AMI Conference Cables, 9-11 March 2010, Cologne, Germany.
>
> 5. Leoni Kabel GmbH, Roth, “We keep on moving” Business Unit AutomotiveLeoni Kabel GmbH, Roth, “We keep on moving” Business Unit Automotive Cables


PIN无卤阻燃改性材料在交通行业中的应用 – 电线电缆


## 1. 前言

交通工具（汽车、飞机、船舶等）的内饰部件是一个复杂综合系统，既包括地板、织物、座椅、洗手间、天花板、侧板、舱顶柜、挂包架、储物柜、仪表板和窗户等乘客可见部件，也包括管道、电缆、电子电气部件、绝缘材料、涂层、密封件和胶粘剂等乘客不可见部件。

材料的性能必须满足材料用户的需求。材料供应商和生产商必须具备相应的加工和生产能力，满足内饰部件的设计、使用、舒适和美学要求，产品必须符合环境、健康和安全法规。

![](/images/news/642_1.png)
_**图 1** - 图片版权 ©Budenheim_

## 2. 内饰部件中的塑料

塑料的广泛应用已彻底彻底改变了交通工具的设计。实践证明，塑料是理想的内饰材料，既具有舒适、耐用和美观的优点，又具有减少噪声、改善表面粗糙度、阻尼振动和减轻重量的特性。塑料提供设计灵活性，允许生产商设计集成的和整体的轻质创新部件，同时，降低成本、节省时间和减少内饰件重复设计问题。

![](/images/news/642_2.png)
_**图 2** - 内饰件材料性能参数比较_
_\* 线性热膨胀系数_

从表中显示，材料的选择在很大程度上取决于最终应用的要求。例如，在过去仪表板由多个独立部件组成，需要对这些部件分开进行涂装，并通过仪表板后面的钢支撑梁进行拼装。但现在由于塑料技术的发展，仪表板可采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、ABS/聚碳酸酯（PC）共混物、聚碳酸酯、聚丙烯（PP）、改性聚苯醚（m-PPE）和苯乙烯/马来酸酐（SMA）共聚物树脂等材料制作。这些塑料材料还可以用于制造结构复杂的气囊壳体、仪表板骨架和大型集成仪表板等部件以及汽车中的其它内饰件。使用这些塑料不再需要钢支撑梁，制造商可以大幅节省仪表板成本，同时大幅减轻重量。

在某些应用中，制品以聚合物材料为主，并以模压板、模压成型产品、蜂窝夹层结构复合材料、纺织纤维（布料或地毯）、泡沫塑料、密封件和胶粘剂等多种形式出现。现在，内饰材料含各种可燃性材料。这些材料的选择基于特定的应用以及多种其它因素，例如，供应能力、成本和可加工性。为了达到现行的防火标准，大部分使用的聚合物需要添加阻燃剂。

塑料的另一项灵活性是 3D 打印，这种制造方式可以将塑料加工成为各种创新的复杂形状和结构，降低非标准部件的生产成本。然而，3D 打印部件的燃烧性能可能与同样的塑料组合物通过常规方法制造的部件不同，因为二者的内部结构存在差异（例如，聚合物的交联结构、气穴）不同。

## 3. 在内饰件中应用的某些磷氮无机阻燃剂实例

膨胀型阻燃剂体系是一类非常有效的阻燃体系，能满足阻燃性、烟密度和烟雾毒性的最严格标准要求，例如，空客公司 ABD 0031 标准的要求（见表）。

手糊成型工艺、片状模塑料（SMC）工艺和拉挤成型工艺广泛用于从各种液体树脂生产部件，主要用于生产交通工具中的玻璃纤维增强树脂部件。典型的手糊成型产品包括风车旋翼、船体和火车头部件。

片状模塑料更常用于制造阻燃性能最高的部件，例如，既有填料含量高的树脂制造侧壁部件，其可能采用矿物填料（例如，氢氧化铝），含量高达 320 phr（每百份树脂所用填料份数）的树脂，也有含少量聚磷酸铵的产品。

拉挤成型主要用于生产长而均匀的部件，例如，管道。在这些材料中，阻燃剂的粒径和树脂的粘度起决定性作用，必须确保玻璃纤维充分湿润，防止矿物分离和沉降。

> 手糊成型和拉挤成型的典型工艺如图所示。
>
> 树脂混合物良好的可加工性非常重要。
>
> 在铁路车辆的内饰件中，为了达到严格的防火标准，必须添加含量比较高的阻燃剂。过去，每一个欧盟国家都制定了自己的防火保防条例。最后，各个国家的当地铁路车辆防火条例被统一至非常严苛的 EN 45545-2 标准。轨道车辆中的各种内饰件现在被分为不同的 R 等级。为每一个 R 等级定义了三个不同的危险等级（HL1、2 和 3）。烟密度、烟雾毒性、火焰蔓延程度和释热量（锥形量热仪法）的测定值决定了产品使用场所的危险等级。

![](/images/news/642_3.png)
_**图 3 - ABD 0031 标准对膨胀型阻燃剂体系的要求**_

![](/images/news/642_4.png)
_**图 4 - 手糊成型和拉挤成型工艺**_

在环氧树脂或 UP（不饱和聚酯）复合材料中过去主要使用大量氢氧化铝，但随着测试更加严格，基于聚磷酸铵（APP）的优化阻燃体系成功引入基于环氧树脂或 UP（不饱和聚酯）复合材料的部件应用中。这类阻燃剂可以被直接添加至树脂中或添加至凝胶涂层中，在这种情况下甚至可以在复合材料中增加氢氧化铝用量。

传统倾向于采用不饱和聚酯复合材料。但如部件的阻燃要求较高，需要添加的阻燃剂用量较多但又同时要求保持更好的性能时，现在更倾向于使用环氧树脂复合材料。

轻质复合材料可以减轻重量，降低轨道车辆能耗，提高乘车舒适性。这些材料的优点是，在阻燃剂用量适当的条件下，产烟量低，烟雾毒性小。

> 手糊成型和拉挤成型使用的两种树脂组合物实例如图 5 和图 6 所示。从表中显而易见，当氢氧化铝或聚磷酸铵的添加量高时，可以达到良好的阻燃性，容易满足严格的防火标准。在复合材料的表面，施涂一层添加聚磷酸铵等高浓度阻燃剂的凝胶涂层，可起到保护复合材料的作用。膨胀型阻燃剂组合物可以用于环氧树脂或不饱和聚酯凝胶涂层，阻燃剂的用量为 75 - 100 phr，具体取决于树脂体系和要求的燃烧测试。
>
> 这些产品可以与氢氧化铝结合使用。凝胶涂层的优点是，减少层压板内阻燃剂的总用量，从而降低粘度、改善注塑性能和提高增强材料的用量。总之，可以降低部件的密度和提高部件的机械性能。

![](/images/news/642_5.png)
_**图 5 - 为了使不饱和聚酯树脂达到 UL 94 V-0 标准而使用了阻燃剂的手糊成型树脂组合料实例**_
_- 每百份树脂所用份数_

![](/images/news/642_6.png)
_**图 6 - 为了使不饱和聚酯树脂达到 EN 45545-2 标准 R1–HL3 防火等级而应用了磷氮无机阻燃剂的拉挤成型**_
_**树脂组合料实例**_
_- 每百份树脂所用份数_

![](/images/news/642_7.png)
_**图 7 - 复合材料用磷氮无机阻燃剂涂层。**_
_图片版权 © 科莱恩_

在泡沫夹层结构复合材料上使用的含优化后的聚磷酸铵阻燃剂的阻燃环氧树脂凝胶涂层实例。上侧暴露于火焰 10 分钟后，膨胀作用清晰可见（右侧照片）。

## 4. 内饰部件中的磷氮无机阻燃剂应用总结

阻燃剂的选择在很大程度上取决于应用的部件和需达到的防火标准要求。下表总结了内饰部件的主要类型以及相应的合适聚合物及磷氮无机阻燃剂。

![](/images/news/642_8.png)
_**图 8 - 凝胶涂层的效果。**_

图中显示了含不同阻燃剂的凝胶涂层的阻燃效果。在测试中记录了样品板背面温度以及火焰靠近受凝胶涂层保护正面的时间。

![](/images/news/642_9.png)
_**图 9 - 交通工具中各种内饰部件聚合物材料用磷氮无机阻燃剂解决方案总**_


PIN无卤阻燃改性材料在交通行业中的应用 – 内饰部件


## 阻燃剂的意义和阻燃材料的价值

<div class="text-center">

_pinfa 阻燃科普视频_

</div>

<p class='text-pinfa_main'>PART.01</p>

消防法规、规范和标准如何受到

不同风险情景的影响？

<video src='/videos/news/3442.MP4' controls></video>

<p class='text-pinfa_main'>PART.02</p>

阻燃剂为何用于防火?

<video src='/videos/news/3443.MP4' controls></video>

<p class='text-pinfa_main'>PART.03</p>

阻燃剂如何发挥作用?

<video src='/videos/news/3444.MP4' controls></video>


阻燃剂的意义与阻燃材料的价值 - pinfa阻燃科普视频


## 1. 前言

材料的燃烧性能主要通过可燃性、易熄灭性、火焰蔓延性、热释放和发烟等参数进行评估。根据材料的用途，可选择相应的燃烧测试进行测试评价，这些燃烧测试可以模拟不同应用中的主要火灾情景。现有多种成熟的燃烧测试和烟雾测试方法可供选择，测试的样品可以是具有代表性的样品或完整部件，测试规模从小型测试直至全规模测试。

交通工具中的火灾情景千差万别，不同的交通工具逃生时间可能较短，也可能较长，这些差异反映在不同的消防标准中。在逃生时间长的交通工具中，例如，在飞机和地铁内，防止着火和发烟的要求非常高，但在汽车中，这些要求要低得多。

在任何情况下，所有燃烧测试只能模拟火灾风险情景，不能完全预测材料的实际燃烧性能。

## 2. 机动车辆部件燃烧测试 FMVSS 302 标准

美国联邦机动车辆安全标准 FMVSS 30（轿车、公共汽车等机动车辆部件燃烧测试标准）是关于可燃性要求的主要参考标准。将客舱试件夹持于水平支架，使其暴露于本生灯火焰 15 秒，任何试件在 254 毫米的距离内的火焰蔓延速率测定值不得超过 101.6 毫米/分钟。试件厚度必须与部件厚度一致，最厚不得超过 12.7 毫米。该测试也适用于公共汽车。

该标准与 DIN 75200 和 ISO 3795 标准一致。

![](/images/news/643_1.png)
_**图 1 - FMVSS 302 – 水平燃烧速度测定**_
_图片版权 ©Currenta_

## 3. 公共汽车和大客车部件燃烧测试 联合国欧洲经济委员会第 118 号条例 <sup>1</sup>

该条例于 2005 年生效，取代欧盟法规 95/28/EC，适用于额定载客量 22 人以上客车的内饰材料燃烧特性测试。

材料被批准使用必须通过该条例附录 6、7 和 8 所列的测试。

- 附录 6 – 材料水平燃烧速度测试

  测试方法与 FMVSS 302 和 ISO 3795 的方法完全相同。将试件夹持于水平位置，使其暴露于火焰 15 秒。水平燃烧速度不得超过 100 毫米/分钟。

- 附录 7 – 材料熔融特性测试

  将试件置于水平位置，使其暴露于热辐射。滴落物不得点燃样品下面的脱脂棉。

- 附录 8 – 材料垂直燃烧速度测试

  此测试通常适用于窗帘或遮阳帘。将试件夹持于垂直位置，使其暴露于火焰 5 秒（如果没有着火，使其接触火焰 15 秒）。垂直燃烧速度不得超过 100 毫米/分钟。

## 4. 轨道车辆部件燃烧测试 欧洲标准：EN 45545-2 <sup>2</sup>

对铁路客车车厢内外的各种材料制定一系列要求，材料被划分为从 R1 至 R28 共 28 个类别这些要求通常由多项不同的测试组成。现将适用的最重要测试方法描述如下。

- ISO 5658-2 – 火焰蔓延

  将试件暴露于热辐射器和引燃火焰，测定试件火焰横向蔓延程度。测定的参数是火焰熄灭时的临界热辐射通量（CFE），单位为千瓦/平方米。

  ![](/images/news/643_2.png)
  _**图 2 - ISO 5658-2 – 火焰蔓延测试**_
  _图片版权 ©Currenta_

- ISO 5659-2 – 烟雾产生

  在有或没有引燃火焰的条件下，将试件暴露于热通量，使试件分别在闷烧和明燃的条件下产生烟雾。将样品产生的烟雾聚集在一个气密性烟雾箱。然后测定烟雾的光密度。

  测定的参数为烟密度（第 4 分钟烟密度 Ds,4 和最大烟密度 Ds,max）以及前 4 分钟累积烟密度 VOF4。

- ISO 5660-1 – 释热速率（锥形量热仪法）

  测试方法评估试件的释热速率和动态产烟速率。在测试时，将试件置于水平方向，使其暴露于一个外部火源并控制辐照度。

  热通量为 50 千瓦/平方米或 25 千瓦/平方米，测试时间为 20 分钟，测试的结果为最大平均热释放速率（MARHE），单位为千瓦/平方米。

  ![](/images/news/643_3.png)
  _**图 3 - ISO 5660-1 – 锥形量热仪**_
  _图片版权 © Currenta_

- IEN 17084 – 烟雾毒性

  新的测试方法取代 EN 45545-2 标准前一个版本附录 C 中的测试方法。

  按照 ISO 5659-2 标准进行烟雾箱内测试期间，在 4 分钟和 8 分钟后采集烟雾样品，应用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）进行分析，根据 8 种特定组分的浓度，计算常规毒性指数（CITG）。

- EN 16989 – 完整座椅防火性能测试

  新的测试方法替代 EN 45545-2 标准前一版本附录 A 和 B 中的方法，测试基于 ISO 9705 标准的测试方法。将一个完整（但已故意损坏）的乘客座椅暴露于一个特定的引燃火焰。

  燃烧测试测定的参数包括释热速率（最大平均释热速率 MARHE）、总生烟量（TSP）和座椅底座上面火焰高度。

- ISO 9239-1 – 地板材料水平火焰蔓延测试

  该测试方法评估水平地板的燃烧特性及火焰蔓延程度。将试件置于水平位置，使其暴露于一定的热通量。

  将引燃火焰接触试件的温度较高一端。燃烧测试测定的参数为火焰熄灭处的临界热辐射通量（CHF），单位为千瓦/平方米。

## 5. 船舶部件燃烧测试 国际海事组织燃烧测试程序

根据国际海事组织第 MSC 307（88）号决议，国际海事组织颁布实施了新的燃烧测试程序规则 - 《2010 年国际燃烧测试程序应用规则 》（2010 FTP Code）。该规则涵盖了船舶和游艇材料及部件的燃烧测试。该规则的各相关部分及相应标准列于下表。

#### 燃烧测试程序组成部分

![](/images/news/643_4.png)
_**图 4 - 国际海事组织燃烧测试程序**_

## 6. 飞机部件燃烧测试 FAR 25.853

为了确保适航性，大多数国家已采用美国联邦航空管理局（FAA）制定的联邦航空条例（FAR）。与塑料生产商最相关的的是该条例第 25 部分第 853 条关于客舱内饰材料的燃烧测试（“FAR 25.853”）。

内饰材料最常用的测试包括本生灯垂直燃烧测试、俄亥俄州立大学释热速率测试以及烟密度和烟雾毒性测试。座椅燃烧测试通过油燃烧器进行。

#### 本生灯垂直燃烧测试

此测试用于证明材料的“自熄性”，在测试时，将材料暴露于火焰 12 秒或 60 秒。

![](/images/news/643_5.png)
_**图 5 - 本生灯垂直燃烧测试要求**_

#### 俄亥俄州立大学热释速率测试

俄亥俄州立大学为飞机客舱内的大部件设计了一种释热速率测试方法。测试的目的是模拟撞机之后燃料燃烧引发的火灾。

将试件置于垂直位置，使其暴露于 35 千瓦/平方米辐射热通量 5 秒。测定的参数为第 5 分钟的最大释热速率以及在前 2 分钟内总释热量。

![](/images/news/643_6.png)
_**图 6 - 应用俄亥俄州立大学量热仪**_
_**进行释热测试的要求**_

#### 烟密度和烟雾毒性测试

在美国国家标准局（NBS）要求的烟雾箱（与 ASTM E662 标准相同）内进行材料的烟密度参数测试。打开引燃燃烧器，在火焰模式下，将试件垂直放置，测试 4 分钟。最大比光密度不得超过 200。

应用同一 NBS 烟雾箱进行烟雾毒性测试。在完成 4 分钟烟密度测试后，立即采集气体样品，分析 6 种不同的组分。空客公司和波音公司对最大允许浓度规定了不同的合格要求（参见表）

![](/images/news/643_7.png)
_**图 6 7 - 在烟密度 2 毒性测试中的最大允许浓度**_

#### 座垫可燃性测试

此测试模拟撞机后通过机身引起的燃烧。测试的目的是限制飞机座椅对火灾蔓延和烟雾释放的促进作用。利用煤油燃烧器进行测试。座椅燃烧的质量损失不得超过 10%。

![](/images/news/643_8.png)

_**图 8 - 用于座垫可燃性测试的煤油燃烧器**_
_图片版权 ©Currenta_

## 7. 部件其它测试

### 7.1. UL 94

UL 94 测试是电气电子行业最常用的测试，也是一种评价材料可燃性的有效测试方法，能评价阻燃剂的阻燃效果。传统的测试在注塑成型试件或成品部件的切割样品上进行，引燃火焰的能量输出为 50 瓦。

将样品置于水平方向（HB、HBF 防火等级）或垂直方向（5VA、5VB、V-0、V-1、V-2 防火等级）进行测试。垂直测试更具挑战性，分级结果取决于移开火焰后，试件继续燃烧的时间以及试件下面的脱脂棉是否会被熔滴点燃，也取决于样品厚度（薄样品更容易燃烧）。

在测试分级结果中，必须说明被测试样品的厚度（用毫米表示）。以下标准对测试进行了规定：美国保险商试验所（UL）94；ASTM D 3801；ASTM D 635；IEC 60695-11-10/20；ISO 1210；ISO 10351。

![](/images/news/643_9.png)
_**图 9 - 在 UL 94 V（垂直）燃烧测试过程中**_
_使用的测试装置_

### 7.2. 灼热丝测试

按照 IEC 60695-2-11-13 标准进行灼热丝测试（GWT），模拟最终产品的功能异常、不当使用或失效。在进行测试时，将一个灼热电阻丝贴紧试件 30 秒，然后，将其移开。

在灼热丝温度一定的条件下，测试的准则是，在试件接触灼热丝期间（或移开后 30 秒内）试件是否着火以及熔滴是否引燃试件下面的滤纸。测试温度每次升高 50K。灼热丝起燃温度与样品着火性相关，在测试中只允许很短的明燃时间（≤ 5 秒）。

灼热丝可燃性指数（GWFI）用明燃时间短于 30 秒时的温度表示。

<div class="grid grid-cols-2 gap-3">

![](/images/news/643_10_1.png)

![](/images/news/643_10_2.png)

</div>

_**图 10 - 灼热丝测试实验装置**_
_图片版权 ©UL 国际_

### 7.3. 相对漏电起痕指数（CTI）测试

根据 IEC 60112 标准的相对漏电起痕指数测试，能快速模拟试件表面的电解质溶液腐蚀可能导致的绝缘材料表面形成漏电痕迹和造成绝缘的失效。应用两个电极进行测试，通常测试电压可在 100 - 600 伏之间调节。

在两个电极之间，滴落 50 滴电解质溶液，按照每次升高 25 伏的规律逐渐增大电压。失效标准是，在＞ 2 秒的时间内，材料燃烧或跳闸电流 ≥0．5 安培。相对漏电起痕指数越高，材料的绝缘性能越好。

![](/images/news/643_11.png)
_**图 11 - 在应用相对漏电起痕指数测试程序后失效的材料**_
_图片版权 ©UL 国际_

<div class='grid grid-cols-2 gap-3'>

![](/images/news/643_12_1.png)

![](/images/news/643_12_2.png)

</div>

_**图 12 - 斜面法漏电起痕测试实验装置**_
_图片版权 ©UL 国际_

### 7.4. 斜面法漏电起痕测试（IPT）

按照 IEC 60587 和 ASTM D2303 标准进行的斜面法漏电起痕测试模拟在恶劣室外条件下使用的材料暴露于污染物和潮湿环境时的绝缘性能。将样品倾斜 45 度，在样品沿向下倾斜面的顶端和底端安装电极。

应用的测试电压介于 1 千伏与 35 千伏之间，每次增加 500 伏。失效标准是形成孔洞、样品燃烧或漏电痕迹达到 25 毫米以及电流超过 60 毫安。

### 7.5. 球压测试

按照 IEC 60695- 10-2 标准进行的球压测试模拟压力下的热应力。将测试材料水平放置，用一个钢球压在材料表面，施加一个 20 牛的力。在 23 - 300°C 的温度下测试 60 分钟。

在测试结束后，移开钢球，让试件冷却至室温。如果钢球造成的印痕没有超过 2 毫米直径，则材料通过特定温度的测试。

> 参考文献：
>
> 1.  联合国欧洲经济委员会第 118 号条例 – 关于在某些类型机动车辆生产中使用材料的燃烧特性和（或）耐燃料油或耐滑润油能力的统一技术要求
>
> 2.  EN 45545-2 – 铁路应用 – 铁路车辆的防火保护– 第 2 部分：材料和部件的防火性能要求


PIN无卤阻燃改性材料在交通应用中常见的燃烧测试


![](/images/news/644_1.jpg)

欧洲化学品管理局 (ECHA) 于 2023 年 1 月 17 日更新了 SVHC 清单，<span style='color:#b5ce02;'>现在候选清单中包含 233 种物质</span>。

针对三聚氰胺（Melamine, CAS 108-78-1）被列为高度关注物质候选清单（SVHC Candidate list）一事，欧洲三聚氰胺生产商协会 EMPA（European Melamine Producers Association）近日发布文章为消费者和利益相关方解释和说明了三聚氰胺法规监管现状。

## REACH 法规

于 2007 年 6 月 1 日生效的化学品注册、评估、授权和限制 (The Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals, REACH) 法规是欧盟化学品立法的主要框架。

REACH 旨在通过不断完善和更早地识别化学物质可能带来的风险实现对人类健康和环境的高水平的保护。

> 欧洲化学品管理局(ECHA)发挥协调作用，通过技术和行政两方面实现 REACH 法规的实施并向消费者和专业人士提供信息的方式，支持欧盟委员会。

#### 注册

根据 REACH 法规（第 5 条），“物质本身、预制品或终端制品中的物质在未注册的情况下，不得在欧盟生产或投放欧盟市场 [..]”。

这要求制造商和进口商收集其物质的信息以进行安全管理，并在 ECHA 数据库中注册该信息。

三聚氰胺（EC 编号 203-615-4; CAS 编号 108-78-1）自 2010 年 12 月起已根据 REACH 法规进行了注册。

#### 评估

三聚氰胺经历了多次由 ECHA 执行的注册登记评估，按照 ECHA 要求启动的所有程序均已完成

#### 授权和限制

三聚氰胺不受 REACH 的任何授权要求或任何限制。

#### SVHC (高度关注物质)识别

德国联邦职业安全与健康研究所(BAuA)于 2022 年 6 月 21 日在 ECHA 网站上公布了将三聚氰胺确定为高度关注物质(SVHC)的意图。

BAuA 随后根据 REACH 附件 XV 准备了一份 SVHC 档案。档案包括两部分：

- 第 1 部分：将该物质确定为高度关注物质 (SVHC) 的理由
- 第 2 部分：与后续过程相关的更多信息（该物质的用途、数量和可能的替代品）

附件 XV 档案于 2022 年 8 月 4 日提交给 ECHA 进行一致性检查，然后于 2022 年 9 月 2 日在 ECHA 网站上发布。

经历为期 45 天的公众意见征询，该征询已于 2022 年 10 月 17 日结束。

Annex XV 档案建议根据 REACH 第 57(f)条将三聚氰胺添加到 SVHC 候选清单中：

- 可能对人类健康造成严重影响的同等程度的关注（第 57(f) 条——人类健康）
- 可能对环境造成严重影响的同等程度的关注（第 57(f) 条 – 环境）

公众意见征询的重点是 SVHC 档案第 1 部分中详述的物质特性和危险特性。同时也可以提交与用途、单次使用量、暴露、替代品和风险相关的评论，但相关评论只会在授权过程的后期考虑。意见是非机密的，将在征询结束后不久发布在 ECHA 的网站上，BAuA 必须对收到的所有评论意见做出回应。<span style="color: #00516a;">如果列入 SVHC 清单的科学依据没有受到质疑，该物质将自动添加到候选清单中。</span>

> 在 2022 年 10 月 17 日结束的为期 45 天的 ECHA 公众意见征询中，提名三聚氰胺作为 SVHC 物质进行鉴定的科学依据受到了质疑。
>
> 提案和评论意见都应提交给 ECHA 成员国委员会(MSC) ，并于 2022 年 12 月前达成一致。如果 MSC 未能就三聚氰胺是否应被确定为 SVHC 达成共识，则该决定将提交给欧盟委员会。

![](/images/news/644.png)

_三聚氰胺化学结构_

在 12 月 13 日至 15 日举行的成员国委员会会议(MSC-80)之后，由于<span style="color: #00516a;">科学证据表明三聚氰胺可能对人类健康和环境产生严重影响并引起与 PMT (persistent, mobile, toxic, 持久、经常被移动和有毒物质)同等的程度关注。</span>

> 列入 SVHC 候选名单将必须即时承担相应的义务。这些义务自列入之日起生效，不仅涉及所列物质本身或混合物，还涉及它们在制品中的存在。

该物质/混合物供应商的义务：

- 列入候选清单上的物质的欧盟和欧洲经济区的供应商（单独供应或混合供应）必须向其客户提供安全数据表(SDS)。必须更新现有 SDS 的第 15 节，以反映物质作为 SVHC 的标识。
- 对于满足 PBT 和 vPvB 标准的物质，制造商和进口商在其现场加工并向下游用户推荐风险管理措施(RMM)时必须使用其化学品安全报告(CSR)中的信息，以最大限度地减少对人类和环境的暴露和排放。根据该建议，下游用户必须确定并采取适当措施以充分控制相关风险。

制品制造商的义务：

- 应消费者的要求，如果制品中含有浓度超过 0.1% w/w 的 SVHC 候选清单中的物质，则欧盟或欧洲经济区的供应商必须提供足够的信息以允许安全使用该物品。此类信息必须在收到请求后 45 天内提供。
- 如果制品中包含 SVHC 候选清单中的物质，则欧盟和欧洲经济区的制品生产商或进口商必须通知 ECHA。如果该物质在这些制品中的存在量，每个生产商或进口商每年总计超过一吨，并且如果该物质在这些物品中的浓度超过 0.1% w/w，则适用此义务。通知必须在列入候选名单后的 6 个月内提交。
- 欧盟供应商在将候选清单中含有浓度超过 0.1% w/w 的物质的制品投放欧盟市场时，必须向 ECHA 提交有关这些制品的信息。此信息将发布在根据废物框架指令(WFD)建立的 SCIP 数据库中。

<div style="display: flex; align-items: center; gap: 8px;">

![](/images/news/644_2.jpg)

![](/images/news/644_3.jpg)

</div>

## CLP 法规

分类、标签和包装(The Classification, Labelling and Packaging, CLP)法规旨在确保高度保护人类健康和环境，以及物质、混合物和制品的自由流动。

> 它于 2009 年 1 月 20 日生效，以联合国化学品统一分类和标签全球协调制度(GHS)为基础，以便与化学物质和混合物的分类、标签和包装保持一致。

#### 三聚氰胺自分类

ECHA 于 2017 年 11 月发布了重新调查三聚氰胺的生殖毒性影响的决定。就此而言，三聚氰胺 REACH 联盟，作为 EMPA 的一个独立实体，其中包括三聚氰胺制造商，加入 REACH 合规活动的努力，协调所有必要步骤与合格的服务提供商一起执行生殖毒性动物测试，并遵循 ECHA 指令。

虽然三聚氰胺在对大鼠进行的扩展的一代生殖毒性研究(EOGRTS)中不会引起发育毒性或对生殖性能产生不利影响，但一些不利的发现导致联盟普遍同意将三聚氰胺自我归类为生殖毒物第 2 类（怀疑对人类生殖有毒的物质）。

制造商和进口商将向下游用户提供所有相关信息，而下游用户则应使用相同的分类并始终如一地标记其产品，以确保完全符合自我分类。

#### 三聚氰胺 (CLH) 统一分类程序

2019 年 11 月，德国联邦职业安全与健康研究所 (BAuA) 提交了三聚氰胺分类和标签(CLH)为致癌物质 2 类（怀疑对人类具有致癌潜力的物质）和 STOT RE 1（特定目标器官长期或反复接触的毒性）。

ECHA 发起了一项公众意见征询，该征询于 2020 年 2 月结束，EMPA 为其提供了科学投入。该档案在 2020 年 12 月的风险评估委员会(RAC)-55 会议上进行了讨论。

风险评估委员会 RAC 意见于 2021 年 3 月 3 日在 ECHA 网站上发布，建议将三聚氰胺分类为致癌物 2 类和 STOT RE 2。最终决定由欧盟委员会采纳，该委员会是欧盟唯一有权对三聚氰胺进行分类的机构。

这是通过准备和通过一项名为“适应技术进步”（ATP）的立法提案来完成的。欧盟委员会于 2022 年 2 月通过了 CLP 下的第 18 个 ATP，并将立法提案作为授权法案程序的一部分提交给欧洲议会和欧盟理事会。

第 18 届 ATP 的审查期于 2022 年 4 月 18 日结束，并于 2022 年 5 月 3 日在官方公报上发布。ATP 将于 2022 年 5 月 23 日生效。考虑到通常的 18 个月过渡期，三聚氰胺统一分类作为第 2 类致癌物和重复暴露特定目标器官毒性 2 (STOT RE 2)预计将于 2023 年 12 月合法实施。

#### 三聚氰胺风险管理方案分析

2022 年 6 月 15 日，德国联邦职业安全与健康研究所(BAuA)发布了风险管理选项分析(Risk Management Option Analysis, RMOA)的结论。RMOA 得出结论，由于三聚氰胺在环境中具有持久性、流动性、毒性(Persistent, Mobile, Toxic, PMT)特性，因此符合根据 REACH 被确定为高度关注物质(SVHC) 的标准。

此外，RMOA 提议通过 CLP 下生殖毒性 2 的统一分类来解决三聚氰胺的生殖毒性。

最后，RMOA 还建议为工作场所建立一个指示性职业暴露限值(IOELV)。


三聚氰胺法规监管状况


## 可持续性标准

### TCO 第 9 代产品——安全性更高的化学品

![](/images/news/645_1.png)
**IT 设备认证更新再次强化对含卤阻燃剂的限制，准许使用更安全的无卤阻燃剂 (PIN FR)。**

TCO Certified 第 9 代产品主要用作办公和家用电子产品的保护标签，为了适应健康、环境和工人保护的需要，新一代产品将进一步解决原材料供应的可持续性、循环性和寿命延长问题，新一代产品不仅涵盖了最终产品中存在的化学品而且还涵盖了 IT 制造中使用的化学品）。

更新后的标准禁止了某些部件中使用含卤素阻燃剂（如显示器、计算机的外壳部件和电源 PCB 等），所有的部件中禁止使用特定的溴系阻燃剂（PBB、PBDE、HBCDD），并对无卤阻燃剂（PIN FR）进行安全评估（根据 GreenSreen® 评分 2、3 或 4），批准安全性更高的无卤阻燃剂。

因此，目前有 22 种 PIN FR 被 TCO 授权为“接受的更安全物质”，主要包含基于磷、三聚氰胺、铵、铝、镁和硅氧烷/硅酮的阻燃剂。

> 👉 更新的标准赋予采购者在 IT 供应链中更大的影响力”，TCO，2022 年 2 月 23 日https://tcocertified.com/news/updated-criteria-give-purchasers-more-influence-in-the-it-supply-chain
>
> 👉 TCO Certified 标准文档https://tcocertified.com/criteria- documents/
>
> 👉 “危险物质的更安全替代品”、“TCO Certified 接受的物质清单”https://tcocertified.com/industry/accepted-substance-list/

### 欧盟法院确认卤素阻燃剂禁令

![](/images/news/645_2.png)
**欧盟普通法院已颁布《欧盟生态设计法规》，禁止在电视和显示器中使用含卤阻燃剂。**

法院驳回了 BSEF 提出的异议，BSEF 行业组织的成员是四家生产溴系阻燃剂（Br-FR）的公司。自 2021 年 3 月起，《欧盟生态设计法规 2019/2021》禁止在欧洲销售的所有大于 100cm2 的电视和电子显示器的外壳和支架中使用卤化阻燃剂。

法院驳回了生态设计法规中规定不能禁止所有的溴系阻燃剂的建议，建议者的理由是溴化系阻燃剂有其他适用的欧盟法规（例如 RoHS、REACH）。

但法院认为，在电视和显示器的部分产品中禁用所有溴化阻燃剂与 RoHS 对所有电子设备中特定溴系阻燃剂的广泛限制并不矛盾。法院判定，欧盟委员会在决定对所有卤系阻燃剂的生态设计禁令（如适用）时，进行了必要的事先意见征询，并充分考虑了相关信息，将所有卤素阻燃剂作为一个群体加以禁止在法律上是有效的。从提高电子元件中塑料的回收率考虑，这一适用禁令是“合理的”。

> 👉 “欧盟法院驳回对禁止销售含卤素阻燃剂电视的异议”，《化学与工程新闻》，2022 年 3 月 23 日https://cen.acs.org/policy/litigation/EU-court-dismisses-challenge-ban/100/web/2022/03
>
> 👉 CURIA 判例法：欧盟普通法院（第八分庭），案件 T- 113/20，2022 年 3 月 16 日“能源 - 指令 2009/125/EC - 电子显示器的生态设计要求 - 法规（欧盟）2019/2021 - 禁止在电子显示器的外壳和支架中使用卤素阻燃剂 - 法案作者的权限 - 明显的评估错误 - 法律确定性–合理性 - 平等待遇”，BSEF 诉欧盟委员会
> https://curia.europa.eu/juris/document/document.jsf?docid=256004

## 监管和意见征询

### 更新 CPR 的拟议法规文本

![](/images/news/645_3.png)
**截止到 6 月 1 日。欧盟公布了修订后的《建筑产品法规（CPR）》的建议文本，以征求意见。**

pinfa 已经在筹备阶段提出了意见。CPR 的修订旨在解决当前法规的实施和单一市场问题，促进环境绿色交易目标，并“尽可能促进产品安全”。

> 👉 欧盟公众意见征询截止到 2022 年 6 月 1 日。“建筑产品 - 欧盟规则审核”。公众、公司或组织的任何成员都可以输入 4000 字的评论和/或立场或提案文件（最大 5M）。https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/12458-Construction-products-review-of-EU-rules_en

### 欧盟纺织行业 BAT 法规更新

![](/images/news/645_4.png)
**BAT 更新草案将要求在织物整理中考虑使用溴系阻燃剂的替代品。**

根据工业排放指令（IED），欧盟最佳可行技术（BAT）规范（如有规定）在法律上适用于欧洲所有相关的工业设施。pinfa 为 2020 年更新纺织行业 BAT 参考文档（BREF）的过程提供了详细的意见。

目前的 BREF 始于 2003 年。更新后的纺织行业 BAT BREF 将在 2022 年 5 月的 IED 论坛上通过，现在包括一项新要求（BAT 50），要求选择用于整理的阻燃剂时考虑相关风险，特别是持久性和毒性，以及“替代的可能性（例如溴系阻燃剂）”，针对整个纺织过程建立一个化学品管理系统，包括定期分析替代“危险物质和高度关注物质（如全氟辛烷磺酸、邻苯二甲酸盐、溴系阻燃剂、含六价铬物质）的更安全替代品”的可能性。

拟议更新还要求（BAT 7）监测溴系阻燃剂向水中的排放，（BAT 14）废水处理要求去除有机磷和溴系阻燃剂，以及（BAT 30）要求单独收集含有危险或受关注有机磷或溴系阻燃剂的废弃物。

> 👉 EU IED BAT 参考文档（JRC – IPPC 局）
>
> https://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/
>
> 👉 2022 年 3 月更新的纺织行业 BAT 参考文档草案
> https://eippcb.jrc.ec.europa.eu/sites/default/files/2022-03/TXT_Final_draft_B-W.pdf
>
> 👉 工业排放最佳可行技术信息交流专家组（IED 第 13 条论坛）
> https://ec.europa.eu/transparency/expert-groups-register/screen/expert-groups/consult?do=groupDetail.groupDetail&groupID=2611

### 欧盟进行化学品信息意见征询

![](/images/news/645_5.png)
**关于协调不同化学品评估程序和改进化学品数据访问的提议。**

作为欧盟化学品可持续发展战略的一部分，委员会提议简化欧盟各机构（化学品管理局 ECHA、食品安全局 EFSA、环境局 EEA 和药品管理局 EMA）以及欧盟专家组、科学委员会和承包商研究的化学品评估。还提议建立一个规定人类和环境健康化学品的极限值的欧盟存储库，以及一个关于化学品的开放数据平台。

> 👉 欧盟公众意见征询，截止到 2022 年 4 月 12 日“化学品 - 充分利用欧盟机构简化科学评估”https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/13161-Chemicals-making-best-use-of-EU-agencies-to-streamline-scientific-assessments_en

### 欧盟关于 REACH 的意见征询

![](/images/news/645_6.png)
**主要包含：聚合物、内分泌干扰、混合效应、环境足迹、必要用途。**

> 👉 欧盟公众意见征询截止到 2022 年 4 月 15 日“化学品立法 - 修订 REACH 法规，帮助实现无毒环境”https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/12959-Chemicals-legislation-revision-of-REACH-Regulation-to-help-achieve-a-toxic-free-environment/public-consultation_en

### 1-溴丙烷在加拿大的评估

![](/images/news/645_7.png)
**加拿大提议对非阻燃剂化学品 1-溴丙烷（nPB）的持久性、健康和环境风险进行分类。**

1-溴丙烷主要用作化学品生产中的溶剂、脱脂剂或中间体，以及胶粘剂和密封剂，而不是阻燃剂。

加拿大政府公布的 1-溴丙烷评估草案建议将该物质归类为具有健康和环境风险（《加拿大环境保护法》第 64 条），因为该物质在有机硅脱模剂、电子清洁剂和汽车空调冲洗中的使用存在发育毒性风险，即与阻燃性无关的用途。

草案评估的结论是，其他三种卤代烷（溴乙烷、氯乙烷、反式-1,2-二氯乙烯）不符合《加拿大环境保护法》第 64 条的标准。草案评估自 2022 年 3 月 5 日起 60 天内公开征求公众意见。

> 👉 “草案筛选评估 - 卤代烷基”，加拿大政府，2022 年 3 月
>
> https://www.canada.ca/en/environment-climate-change/services/evaluating-existing-substances/draft-screening-assessment-alkyl-halides-group.html和“卤代烷基”网页
>
> 👉 https://www.canada.ca/en/health-canada/services/chemical-substances/chemicals-management-plan-3-substances/alkyl-halides-group.html
>
> 公众意见征询期：自 2022 年 3 月 5 日起 60 天。（链接如上）。

### 欧盟公众意见征询：玩具安全指令

![](/images/news/645_8.png)
**玩具中化学品的规定应该更严格吗？哪些化学品应该被限制或禁止？**

意见征询问卷向公众和利益相关者开放，询问是否应该对玩具中的化学品做出更严格的规定，应该针对哪些类型的化学品风险，指令应该如何处理危险化学品，以及如何在玩具标签上标明化学品。

其他问题涉及市场影响、网络安全、符合性评估和合规性验证，以及玩具安全指令是否应转化为法规（适用于整个欧盟）。

> 👉 欧盟公众意见征询，截止到 2022 年 5 月 25 日“保护儿童免受不安全玩具的危害，加强单一市场监管 - 玩具安全指令的修订”
>
> https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/13164-Protecting-children-from-unsafe-toys-and-strengthening-the-Single-Market-revision-of-the-Toy-Safety-Directive/public-consultation_en

### 欧盟公众意见征询：RoHS 审核

![](/images/news/645_8.png)
**RoHS 和回收，关键原材料，REACH。更新受限物质的流程。**

RoHS 指令（电子电气设备中有害物质的限制 2011/65/EU）目前正在审核。公开意见征询面向公众，有四个关于 RoHS 和回收的问题（回收材料中的有害物质、回收成本），以及 30 个针对行业和专家的问题。

这些内容涉及监管和行政方面、范围和豁免、合规性和市场监督（包括在线 EEE 销售）、允许在 EEE 回收受限物质的标准、EEE 的关键原材料、审查和修正 RoHS 受限物质清单的流程、RoHS 和 POP（持久性有机污染物）法规之间针对某些溴系阻燃剂（PBDE）的一致性。

> 👉 欧盟公众意见征询，截止到 2022 年 6 月 2 日“审核：在电子产品中使用有害物质的限制”https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/13137-Review-Restriction-of-the-use-of-hazardous-substances-in-electronics_en
>
> 这在 2022 年 3 月 14 日结束的关于 RoHS 审核路线图的欧盟意见征询（“证据呼吁”）之后进行，参见 pinfa 简讯第 135 期

### 针对美国环保局关于 HBCD 风险结论的辩论

![](/images/news/645_9.png)
**IT 设备认证更新再次强化对含卤阻燃剂的限制，准许使用更安全的无卤阻燃剂 (PIN FR)。**

美国环保局 2021 年 12 月对六溴环十二烷和环状脂肪族溴化物簇（HBCD）的最终风险评估，总结了对水生植物、鱼胚胎、水生无脊椎动物、蚯蚓的影响，以及对甲状腺激素的主要人类健康影响。

美国化学委员会已经提交了反对使用“整体化学方法”而不是“特定使用条件”风险测定的意见。另一方面，环境协会认为，“整体化学”方法尊重法律的措辞（TCSA），即“化学物质”。这种“整体化学”方法现在正被应用于修正环保局对许多化学物质的决定。

> 👉 “ACC 呼吁环保局重新考虑其造成误导的“整体化学方法”和关于 PPE 的假设”，2022 年 3 月 4 日
>
> https://www.americanchemistry.com/chemistry-in-america/news-trends/press-release/2022/acc-calls-for-epa-to-reconsider-its-misguided-whole-chemical-approach-and-assumptions-about-ppe


无卤阻燃法律法规简讯


## 1. 前言

纺织品和织物一般为纤维网络形成的柔性材料。现有多种技术制造各类织物（例如，机织、针织、钩织、编织等）和无纺产品（例如，将纤维压制生产的“毡”）。

> 纤维来源于不同的渠道：
>
> - 动物：例如， 毛绒（羊绒、马海毛、安哥拉山羊毛）、蚕丝等。
> - 植物：例如，棉、亚麻、黄麻、大麻，剑麻等。
> - 矿物：例如，玻璃纤维、玄武岩纤维等。
> - 合成：例如，聚丙烯腈，聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯（“氨纶纤维”）、聚芳酰胺等。

纺织品可以由均质纤维或共混纤维制造（例如，聚酯\聚丙烯腈共混物，棉/聚酰胺共混物等）。

纺织品用于生产衣物和地毯已有悠久传统，甚至可追溯至史前时期。从家庭应用（毛巾、窗帘、软垫、床上用品等）到必须满足严格性能要求的苛刻技术应用，例如，土工织物、农用纺织品、防护服（例如，消防员防护服）和复合材料加增强纤维等工程织物，纺织品的现代应用更广泛和复杂。

纺织品用于各类交通工具中的多种部件。在几乎所有的应用中，纺织品必须达到相关的燃烧性能标准。本章总结了最常见的应用和必须达到的标准。

出于环境原因，生物合成纤维（例如，PLA 聚乳酸纤维）和再生原材料（例如，R-PET 再生聚对苯二甲酸乙二醇酯）纤维的需求不断增大。尤其在交通领域，人们希望减轻交通工具的重量，从而减少 CO2 的排放量。这将影响未来纺织品的生产和防火性能。本章讨论纺织品在交通领域的传统应用，不讨论非传统应用，例如，在增强塑料中使用的天然纤维或在复合材料中使用的织物。虽然皮革和人造革本身不是纺织品，但具有与纺织品相同的功能，是与纺织品竞争的另类材料，因此我们在本文件的讨论中包括了皮革和人造革。

![](/images/news/641_1.png)
_**图 1- 各种纤维对火的反应**_
_（ 资料来源：法国国家测试实验室 ）_
_“可燃性和燃烧特性”数据来源于法国国家测试验室 <sup>1</sup>。_
_“烧失量”（“Loss on Ignition，LOI”）数据来自多份公开文献的典型值 <sup>2</sup>。_

## 2. 纺织品与消防安全

纺织物品重量轻，在火灾中贡献的燃料量（“火灾荷载”）比其它有机材料的更少，但大部分纺织品更易着火，可快速传播火焰，尤其能熔融（几乎所有合成纤维都如此）产生熔滴，从而造成其它火灾风险。

纺织品的“对火反应”实质上是由原材料（无论天然材料或合成材料）的化学主链决定的。当暴露于火源时，未经阻燃整理的纺织品的燃烧特性差异很大。燃烧特性可以用极限氧指数（LOI）表征，LOI 值较低的材料更易着火燃烧。除了测定 LOI 值，纺织品的消防安全也可以根据不同的阻燃标准评价。交通领域某些最相关的标准总结于下表中。如果一种纺织品没有达到相关的阻燃标准，则必须应用阻燃剂或使用具有固有阻燃性的纺织材料。

交通应用中的纺织品常常必须经过耐洗阻燃整理，为确保消防安全，必须采用耐久性或半耐久性阻燃剂方案。

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![](/images/news/641_2.png)
_**图 2** - 图片版权 ©Tratong – Shutterstock_

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![](/images/news/641_3.png)
_**图 3** - 图片版权 ©Franz12 – Shutterstock_

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![](/images/news/641_4.png)
_**图 4** - 图片版权 ©Freevideophotoagency – Shutterstock_

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![](/images/news/641_5.png)
_**图 5** - 图片版权 ©Edvard Nalbantjan - Shutterstock_

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![](/images/news/641_6.png)
_**图 6**- 在交通工具中使用的纺织品总结_

## 3. 纺织品阻燃剂的耐水洗性及应用技术

不同的纺织品取决于产品的最终用途，可能需要在不同的条件下洗涤，相对于永久性阻燃整理，根据阻燃剂的不同程度的耐洗性可以分为耐久性阻燃剂或半耐久性阻燃剂：

- 非耐久性：阻燃剂完全不耐水洗；
- 半耐久性：纺织品经过有限次数洗涤或浸泡后失去阻燃性；

耐久性：纺织品经过多次洗涤后仍保持阻燃性能。

![](/images/news/641_7.png)

_图 7 – 纺织品阻燃整理典型工艺_

![](/images/news/641_8.png)

_图 8 – 纺织品耐久性阻燃整理典型工艺_

采用不同的应用工艺，阻燃剂可以实现下述不同的耐久性。

1. 非耐久性阻燃整理：例如，按照轿车内饰件要求的方法，将水溶性盐沉积在纤维表面和填充于纤维之间，然后烘干。在连续工艺中，将纺织品浸入含阻燃剂溶液的水浴，在压力受控的条件下，在两个辊子之间将纺织品挤压。这种方法将预定数量的阻燃剂应用于纺织品上。应用的量必须达到防火性能要求。然后，同样也采用连续工艺，于 100–160°C 温度范围烘干纺织品，具体温度取决于材料。

2. 半耐久性阻燃整理：可以采用两种方法进行整理：

   - 在背面涂层中应用阻燃剂。一般来说，这种方法适用于所有纺织品，只有在织物表面结构敏感并且表面在阻燃整理过程中可能被损坏时才限制这种方法的使用。在涂布阻燃涂层时，可以用涂辊或刮刀系统将膏体或泡沫涂布在纺织品的背面，涂布厚度确保达到防火性能要求。然后，烘干涂层，并提高温度实现粘合剂交联。这些涂层的耐久性实际上取决于粘合剂的类型和特性。
   - 在特殊阻燃剂盐与纤维之间实现弱交联，通常限于少数几种纺织纤维与阻燃剂（例如，棉纤维与特定阻燃剂）的交联。在浸渍之后，烘干织物，使聚合物固化。

3. 耐久性阻燃整理：通过以下５种技术和工艺达到阻燃整理目的：
   - 反应物交联：在基质与阻燃剂之间，实现稳定的化学交联，例如，纤维素纤维的阻燃整理。以溶液形式应用阻燃剂，然后，干燥和固化。在最后干燥织物之前，中和没有反应的分子，然后洗涤。
   - 自交联：阻燃剂在基质上聚合或缩聚，例如，针织或机织织物的阻燃整理。在含水介质中，通过浸轧应用来施加阻燃剂预缩合物。然后，将经过整理的织物转移至一个密闭反室器，氨气与预缩合物在该反应器内反应，生成不可溶性阻燃剂聚合物。然后，对经过整理的织物进行氧化、通风、中和和洗涤，脱除未反应的分子和反应副产物，最后进行烘干处理。
   - 热固定：将阻燃剂沉积于纤维内，例如，聚酯纤维的后整理。将阻燃剂添加至水溶液，然后，将其在较高温度下（190-210°C）应用，使阻燃剂渗透进纤维。当纤维冷却后，阻燃剂被圈闭在聚合物分子链之间。虽然该阻燃剂 100%溶于水，但是，此时已不会从分子链之间被洗涤脱除。也可以对聚酯纤维进行阻燃染色同浴加工。高温染色打开了纤维的结构，允许阻燃剂渗透。在染色之后，纤维冷却，阻燃剂被圈闭在纤维内。
   - 离子交联：带负电荷的络合物与带正电荷的基团键合，例如，毛绒的阻燃整理。通过从酸化母液中提供阻燃剂，使之与纤维进行离子交换。结果，带负电荷的络合物流出，粘附于带正电荷的基团。最终实现了离子交联，使纤维具有固有的阻燃性。这类技术与其说是纺织品阻燃整理，还不如说是聚合物化学反应。
     - 在聚合反应阶段或在熔体纺丝阶段（例如，特雷维拉公司的 Trevira® CS 阻燃聚酯纺线、东洋纺公司（Toyobo）的 HEIM® 阻燃聚酯纤维和兰精公司的 Lenzing FR® 阻燃纤维等聚酯纤维），添加阻燃剂共聚单体或阻燃染料（例如，聚膦酸酯，硫代磷酸盐）。
     - 在聚合反应阶段或在熔体纺丝阶段（例如，特雷维拉公司的 Trevira® CS 阻燃聚酯纺线、东洋纺公司（Toyobo）的 HEIM® 阻燃聚酯纤维和兰精公司的 Lenzing FR® 阻燃纤维等聚酯纤维），添加阻燃剂共聚单体或阻燃染料（例如，聚膦酸酯，硫代磷酸盐）。

![](/images/news/641_9.png)
_**图 9 - 纺织品阻燃整理的不同方法**_
_图片版权 ©Thor ©wedphotoline - Shutterstock_

## 4. 在交通工具纺织品中使用的磷氮无机阻燃剂

下表列出了在交通工具维织品中最常使用的阻燃剂。除了少数特例，为了达到交通工具（例如，飞机、轨道车辆）严苛的燃烧性能要求，必须将不同的阻燃剂结合应用。

![](/images/news/641_10.png)
_**图 10 - 交通工具纺织品用无卤阻燃剂**_

> 参考文献：
>
> 1. 资料来源：Carine Chivas et al，法国国家测试实验室（LNE，法国），2007， “在消防安全相关条例草案框架下某些软垫家具经过阻燃整理后的阻燃作用研究。第 1 部分：最新技术进展”， 研究项目编号 27EAF6707，引用时有修改。
>
> 2. 材料科学与工程，254（2017），聚合物和生物聚合物理化学学报，2014，2（4），78-83。国际化学纤维 62（4）：183-186。


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