阻燃（FR）塑料对于我们每天使用的设备必不可少，为防火提供了有价值的工具，但是它们的技术很复杂。尽管某些树脂具有固有的阻燃性，但其他树脂则需要特殊的添加剂，以最大程度地减少烟雾和火焰的传播。
阻燃剂-作用机理与化学作用
阻燃剂（FR）是为了抑制/延缓塑料着火/燃烧而添加的化合物。为了防止燃烧，有必要设计一种热稳定的聚合物，该聚合物在热应力下分解为可燃气体的可能性较小。
但是，热稳定的聚合物可能表现出性能限制，并且通常太昂贵并且难以加工。因此，制造商添加了各种阻燃剂以赋予塑料阻燃性。
添加剂与反应性阻燃剂
与聚合物一起使用的阻燃剂 有几种化学类别，包括溴化阻燃剂，有机磷阻燃剂，基于三聚氰胺的阻燃剂，金属氢氧化物FR等。除这些化学类别外，还有其他阻燃剂可以掺入聚合物中。它们可用作添加剂和反应性阻燃剂。
两种类别都可能在很大程度上影响不同聚合物的相似性能，例如粘度，柔韧性，密度等。下表中列出了反应性阻燃剂和添加剂阻燃剂的某些特性，以便更好地了解其各自的特性。
为什么要使用阻燃剂？阻燃剂直接有助于挽救生命
在大多数情况下，聚合物会引发或蔓延火灾，因为作为有机化合物，当暴露于热时，它们会分解为挥发性可燃产品。
但是，在许多领域，例如电气，电子，运输，建筑等，聚合物的使用受到其易燃性的限制，无论其使用带来的好处的重要性如何。
目前合成聚合物的扩散大大增加了“火灾危险 ”和“火灾隐患 ”，分别是发生火灾的可能性及其对人或建筑物的后果。
为了满足这些法律要求，需要在聚合物中添加阻燃剂。为了增加人员的逃生时间，这些添加剂的作用是：减慢聚合物燃烧和降解（灭火）、减少烟雾排放、避免滴落。
法规的严格程度取决于逃避环境所需的时间！
使用阻燃剂的防火
阻燃剂的目标是通用的，可以在以下各项中简单说明：防止火势或阻止火势蔓延，即闪光。控制可燃物品的着火性能，提供灭火。
随时间闪光与阻燃用途
在着火的情况下，使用阻燃剂会大大增加可用的逃生时间。保护乘员免受火灾影响，及时提供紧急通知，保护逃生路线，在必要和可能的地方提供避难所。
烟雾释放与火势蔓延
阻燃剂的使用减少了火焰的蔓延，因此产生烟雾的速率增加。更少的烟雾产生会增加可用的逃生时间。最小化火的影响，按租户，入住人数或最大面积进行分隔。维护财产的结构完整性，提供共享属性的继续操作。
火灾初期要维护的功能示例
支持消防业务
提供识别火灾地点的信息，提供与避难区的可靠通信，提供消防部门的访问，控制，通信和选择。
为了防止火灾或阻止火灾的蔓延和蔓延，材料和产品性能测试用于对代表系统中主要燃料的物品的燃烧性能设置限制。大部分消防安全要求包括材料防火性能测试标准，以阻止其增长和扩散。基于评估单个材料着火性能的测试方法，测试方法通常基于火焰蔓延速度的测量。
下表简要列出了阻燃和耐火特性：
阻燃剂作用机理
火灾是三个因素的结果：热、燃料、氧
热量通过聚合物的热解产生易燃气体。然后，这些气体和氧气之间的适当比例导致聚合物着火。燃烧导致热量散发出来（增量H1）并反馈（增量H2）。该热反馈使聚合物热解并保持燃烧。
为了限制该燃烧循环的建立，必须去除一种（或几种）成分。为了打破这个燃烧循环，有几种技术可用。
阻燃剂必须抑制甚至抑制燃烧过程。取决于聚合物和防火测试，阻燃剂会干扰燃烧过程的一个或几个阶段：加热，分解，着火，火焰蔓延，冒烟过程。
阻燃剂的作用是: 在凝聚 / 气相中发生化学反应，以及 / 或物理反应
但是，我们必须记住，它们都发生在一个复杂的过程中，同时发生了许多同时反应。让我们深入了解它们的作用机理：
a.化学效应（凝聚相）在冷凝阶段，可以发生两种类型的反应：
阻燃剂可加速聚合物的分解。这导致聚合物明显流动，从而减少了火焰的冲击，火焰消失了。阻燃剂会在聚合物表面形成一层碳（炭化）。例如通过阻燃剂的脱水作用在聚合物中产生双键而发生。这些过程通过环化和交联过程循环形成碳质层。
炭化膨胀形成
膨胀
通过膨胀的阻燃聚合物本质上是凝聚相机理的特例。在这种情况下，活性发生在冷凝相中，而气相中的自由基捕集机理似乎不起作用。
在膨胀阶段，产生的燃料量也大大减少，并形成炭而不是可燃气体。然而，膨胀型炭在此过程中具有特殊的积极作用。它构成了双向屏障，既阻止了可燃气体和熔融聚合物通过到火焰中，又阻止了聚合物受到火焰热的影响。
尽管在过去15年中开发了许多膨胀系统，但它们似乎都基于以下3种基本成分的应用：
一种“催化剂”（酸源），炭化剂和发泡剂（特殊）。
结合了导致膨胀作用的最后三种成分的添加剂是可商购的。但是，膨胀型制剂可以简单地开发出来，并且比某些商业级产品更适合某些特定应用。下表1总结了常用的催化剂，炭化剂和发泡剂。
1. b.化学效应（气相）
阻燃剂或其降解产物阻止了在气相中发生的燃烧过程的根本机理。因此，在火焰中发生的放热过程被停止，系统冷却，可燃气体的供应减少，最终被完全抑制。 高反应性自由基HO·和H·可以在气相中与其他自由基发生反应，例如由阻燃剂降解导致的卤化自由基X·。生成的反应性自由基较少，从而降低了燃烧动力学。（请参见下图）
火焰抑制研究表明，其有效性降低如下：HI> HBr> HCl> HF
卤代阻燃剂的作用机理
通常使用溴化化合物和氯化有机化合物，因为碘化物在加工温度下是热不稳定的，并且氟化物的有效性太低。选择取决于聚合物类型。卤化阻燃剂在加工条件下的行为（稳定性，熔融性，分布性等）和/或对所得材料的性能和长期稳定性的影响是必须考虑的标准。
此外，特别推荐使用在聚合物降解为可燃挥发性产品的相同温度范围内，能在火焰中产生卤化物的添加剂。然后，燃料和抑制剂都将根据“在正确的时间在正确的位置”原则到达气相。
最有效的阻燃（FR）聚合物材料是卤素基聚合物（PVC，CPVC，FEP，PVDF ...）和添加剂（CP，TBBA，DECA，BEOs ...）。但是，防火性能的提高取决于防火测试的类型，即应用。
它们完美地说明了先前描述的化学作用方式。燃烧动力学机制的严重扰动导致不完全燃烧。
与三氧化二锑（Sb2 O 3）协同作用
为了有效捕获自由基，需要以气态气相到达火焰。三氧化二锑的加入允许形成挥发性的锑物质（卤化锑或卤氧化锑），通过下面提出的一系列反应可通过抑制H *自由基来中断燃烧过程。该现象解释了卤代化合物与Sb 2 O 3之间的协同作用。
对于大多数应用，这两种成分均存在于配方中。
2.物理影响，形成保护层
这些添加剂可以通过外部热流形成一个低热导率的屏蔽层，从而减少热源对材料的传热。然后降低聚合物的降解速率，减少“燃料流”(材料降解产生的热解气体) ，为火焰提供燃料。
磷添加剂的作用也是一样的。它们的热解产生热稳定的多聚磷化合物，形成保护性玻璃屏障。使用硼酸基添加剂、硼酸锌或低熔点玻璃也可以观察到同样的机理。
图一: 形成保护层抑制，燃烧和挥发
冷却效应
添加剂的降解反应会影响燃烧的能量平衡。该添加剂可以使内热降解，使基材冷却到低于维持燃烧过程所需的温度。不同的金属氢氧化物遵循这一原则，其效率取决于聚合物中的含量。
稀释
加入惰性物质(例如滑石粉或白垩等填料)和添加剂(在分解过程中演变为惰性气体) ，使燃料在固相和气相中稀释，使气体混合物的点火下限未达到。在最近的工作中，大量灰分(由某些硅基填料产生)的隔离作用已经在阻燃体系中得到证实。
此外，它还突出了一个相反的效果，即填充材料的热导率增加了本体中聚合物的热降解。
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