随着人们安全意识增强、环保法规趋严，国内外对家用电器的阻燃性能要求将越发提高，加上新能源汽车及配套设施（充电桩）、5G建设的快速发展，阻燃材料的应用正变得更加广泛。但是，阻燃并不是一个很轻松的话题。
塑料的燃烧与阻燃机理
可燃物、温度、氧气是燃烧发生的三要素。当温度上升至一定数值时，塑料受热首先降解为大分子化合物，然后继续裂解为低分子量化合物。这些低分子量的化合物是具有挥发性的可燃物质，当其在空气中积累到一定浓度时，就会发生燃烧现象，燃烧热量的释放又进一步促进了塑料的降解。
从塑料燃烧机理可知，阻燃可通过减缓或阻止一个或多个要素来实现。塑料阻燃机理一般分为气相阻燃、凝聚相阻燃和中断热交换阻燃三种。阻燃剂是一种塑料添加剂，利用阻燃剂可以对塑料进行阻燃处理，从而避免材料燃烧以及阻止火势蔓延，促使合成材料具有消烟性、自熄性以及难燃性。
含卤阻燃渐受冷落
一般来讲，阻燃材料可以分为有机阻燃材料以及无机阻燃材料，其中，有机阻燃材料主要是卤素添加剂。卤素阻燃材料阻燃效率高以及用量少，成为当前市场上的主流产品，应用最为广泛。
但是，卤素阻燃剂的缺点是，当火灾发生时，含卤阻燃材料会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，从而导致电路短路或者其他金属物件腐蚀，造成二次危害。此外，还造成大气污染，对于人体呼吸道产生严重影响。欧盟去年颁布的电子显示屏生态设计法规要求，自2021年3月1日起，禁止在所有电子显示屏、显示器以及电视的机箱和机座中使用卤化阻燃剂。环保要求是未来材料的重点关注方向，无卤阻燃剂的使用将是大势所趋，因此，其用量也会与日俱增。
无卤阻燃被追捧
无卤添加阻燃剂不但可以起到稀释可燃材料浓度的作用，更重要的是，可以通过自身吸热脱水或促使材料脱水，吸收燃烧产生的热量，降低燃烧材料表面温度，达到阻止材料继续燃烧的目的。有些阻燃剂在自身脱水后形成一种不燃的隔音层或使可燃表面炭化，隔离可燃材料与空气的接触，从而起到阻燃的目的。？
理想的塑料无卤阻燃剂应该满足以下要求：
阻燃效率高，可赋予塑料良好的难燃性；
与塑料的相容性好，可较好地分散在塑料中形成均相体系；
在塑料的加工温度下不分解；
不降低塑料的力学性能、电性能、耐候性能等；
耐久性好，能长期保留高聚物材料中发挥阻燃作用；
无毒、无臭、无污染，在阻燃过程中不产生有毒气体，不产生二次污染。
无卤阻燃材料的助剂以磷系化合物和金属氢氧化物为主。这两类化合物，燃烧时不挥发、不产生腐蚀性气体，另外还有硅系和氮系阻燃剂等几类新型的无卤阻燃剂。新型无卤阻燃材料燃烧时发烟量小，密度小，成本低，产生的有毒、腐蚀性气体也少，毫无疑问，无卤阻燃材料是阻燃材料目前增长速度最快的。
◆ 磷系无卤阻燃剂
磷系阻燃剂分为无机和有机磷阻燃剂。无机磷阻燃剂主要以红磷、磷酸盐及磷-氮基化合物为主；有机磷系阻燃剂主要以磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯为主。聚磷酸铵（APP）是目前磷系阻燃剂比较活跃的研究领域，其外观为白色粉末，分解温度>256℃，聚合度在10-20之间的为水溶性的，聚合度大于20的难溶于水。APP比有机阻燃剂价廉，毒性低，热稳定性好，可单独或与其它阻燃剂复合用于塑料的阻燃。高温下，APP迅速分解成氨气和聚磷酸，氨气可以稀释气相中的氧气浓度，从而起阻止燃烧的作用。红磷是另一种性能优良的阻燃剂，不但具有抑烟、高效的优势，而且具有无毒的特点。然而，在实际应用中，红磷阻燃剂材料容易吸潮、氧化，并且释放有害剧毒气体，此外燃烧产生粉尘容易导致爆炸，在树脂混炼以及注塑等成型加工中存在一定的危险性，因此，磷系阻燃材料受到一定使用限制。经过改进的红磷阻燃剂是在其中加入金属氢氧化物，一定程度上解决了塑料毒性问题。
◆ 金属氢氧化物阻燃剂
比较常见的金属氢氧化物阻燃剂有氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂。氢氧化铝Al(OH)3是无机氢氧化物销售最多的阻燃剂，其用量占阻燃剂使用总量的40%以上，主要用于加工温度在200℃以下的弹性体、橡胶、人造橡胶、热固性树脂及热塑性塑料当中。氢氧化铝本身具有阻燃、消烟、填充三个功能，由其阻燃的塑料在火焰中发烟性较小是一个突出的优点。因氢氧化铝不挥发，无毒，又可与多种物质产生协同阻燃作用，被誉为无公害无机阻燃剂。氢氧化镁Mg(OH)2是一种热稳定性更好的无机阻燃剂，超过300℃仍然稳定，广泛用于许多人造橡胶、树脂，包括工程塑料及其他在高温加工下的树脂，在聚合物体系中起到阻燃、消烟的作用。氢氧化镁与氢氧化铝复合使用，互为补充，从而最大限度的提高材料的阻燃性，降低烟指数、发烟量、发热量和一氧化碳的产生量，提升氧指数，改善滴落性能等，阻燃效果比单独使用更好。
◆ 硅系阻燃剂
含硅化合物作为新一代环保型阻燃剂，因其高效、低毒、无污染等特性，以及对材料的加工性能和物理性能影响较小，也逐渐受到关注，如聚硅烷、聚硅氧烷等。
◆ 氮系阻燃剂
氮系阻燃剂的常用品种有三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）等，往往需加入协同剂，氮/磷为最常用的协同阻燃体系，主要用于PA、PU、PO、PET、PS、PVC等树脂中。MCA是一种含氮的无卤环保型阻燃剂，特别适合于不加填料的PA6和PA66，具有粉末状和颗粒状两种形式，当用该产品阻燃的聚酰胺泡沫燃烧时，形成的碳泡沫层对聚合物起到保护作用，绝热隔氧。
无卤阻燃材料在汽车零部件行业的应用
汽车保有量的提升，让汽车自燃起火事故也层出不穷。大部分塑料在阻燃方面的性能不尽理想，所以将塑料应用于汽车零部件时，首要考虑的问题就是安全性，必须保障塑料的阻燃防火性能达到国家标准。
一般来说，进行阻燃改性，制备成具有阻燃性能的塑料时，大多会将其极限氧指数LOI提升到25-35%左右，才能有效提升汽车整体安全指数（笔者注：极限氧指数是指在规定的条件下材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度，可判断材料与火焰接触时燃烧的难易。一般认为LOI<22%属于易燃材料，在22%-27%之间属可燃材料，>27%属难燃材料）。此外，加上目前电气化和“双碳”目标的双重背景，塑料这种以石油为原料的产品，以及各种含有卤素的阻燃剂，都将会受到更多限制。所以，未来阻燃塑料的发展方向，除了需要足够的机械性能，以满足轻量化需求之外，汽车特别是新能源电动汽车等领域还会需要材料注重阻燃、电气、加工、环保方面的要求。
无卤阻燃材料可满足电动汽车中先进电气和电子应用对性能和可持续性的更高要求
当下车用零部件中应用的阻燃塑料主要以PP、PU、ABS和PC为主，根据汽车零部件的特殊需求也相应有复合材料（塑料合金）、PA、PBT和PMMA等材料的使用。
◆ 阻燃PP
聚丙烯（PP）是车用塑料中用量最大的塑料，但由于未添加阻燃剂前的PP的阻燃型较差，其LOI仅为17. 8%，发生事故后容易燃烧。阻燃PP在我国起步较晚，但发展很快，特别是近年来增长迅猛的新能源汽车行业直接推动了阻燃PP需求量的快速增长。目前，国内外对汽车阻燃用PP研究将重点聚焦于高效和环保，主要围绕对PP基体进行改性，同时通过添加低毒、无卤阻燃剂，开发具有优异力学性能和阻燃功效的PP复合材料，以满足汽车零部件的阻燃需求。
在现有对PP进行无卤阻燃改性的技术中，膨胀型阻燃剂（IFR）由于对PP的加工流动性、低密度优势影响最小且其具有阻燃效率高、用量少、低烟、无毒、无腐蚀气体释放等特点，被认为是当今无卤阻燃PP最有前景的发展方向之一。由于膨胀型阻燃剂是均匀分散在聚合物中，所以要求体系中各组分能够起到协效作用。未来的膨胀型阻燃剂发展热点会集中在以下几个方面：膨胀阻燃剂的表面处理技术、微胶囊处理技术、微细化处理技术、各种阻燃剂的协效技术以及阻燃剂的共聚与改性技术。
◆ 阻燃ABS
在汽车行业崛起之前，ABS也是全球家电业用量最大的塑料之一。据不完全统计，我国约80%的ABS消费量来自于家电领域，而这主要得益于ABS出众的表面涂装性能、耐久性和防腐性。但由于ABS树脂只含有C、H、O三种元素，自身不具备阻燃性能，这使得ABS树脂在高温阶段稳定性很差，极易燃烧；在点燃的过程中还伴有异味气体和黑烟颗粒的产生，将其直接用于车用零部件存有安全隐患。所以在使用前必须对其进行阻燃性能、耐热性能做改性处理。环保无卤化的推广，让无卤、磷氮系阻燃剂用于ABS受到关注。
◆ 阻燃PC
聚碳酸酯（PC）作为五大工程塑料之一，因其具有高强度、高抗冲以及耐热等优点被应用于汽车零部件的生产，例如汽车仪表板、照明系统、加热板、除霜器及PC合金制的保险杠等。PC本身具有一定阻燃性，相较于其他普通塑料（如 PE、PP）拥有一定优越性，LOI可到21%-24%，UL94为V2级。然而对汽车零部件阻燃要求相对较高的应用领域，其阻燃性能还是难以胜任，仍还需要对其进行阻燃改性。
当前，工业化的PC产品中使用最多的磷系阻燃剂主要是TPP（膦酸三苯酯）、RDP（二苯基磷酸酯）和BDP（双酚A双，即二苯基磷酸酯）。TPP常温下为固态，热稳定性较差，在PC加工温度下容易挥发，仅发挥气相阻燃作用。RDP和BDP常温下为液体，具有较好的热稳定性，可同时发挥气相和固相阻燃作用，同时BDP与PC有较好的相容性，可起到增速硬化的作用，所以PC+BDP体系成为使用较多的一种体系，BDP添加比例10%。
汽车零部件用PC在选用阻燃剂时也在向无卤环保靠近，通过添加多种助剂或者制备复合型阻燃剂等途径，提升PC的综合性能。此外，PC通过与ABS、PBT 等组成复合材料也是提升PC加工性能和阻燃性能的不二选择。
◆ 其他阻燃塑料
PP、PU、ABS和PC是目前主要应用于汽车零部件生产的阻燃塑料，此外，将两种或以上塑料熔融共混制备的复合材料也是目前使用较多的一种材料，如PC/ABS，PC/PBT复合材料等。
阻燃塑料的发展方向
全球范围内，阻燃法规实施最严格的是电子电器和电缆领域，欧美等发达市场对汽车、电子电器、网络通信设备等行业都制定了较为严格的阻燃法规，从而拉动了对阻燃塑料的需求。
来源：《国际塑料商情》4月刊
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