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高分子材料阻燃技术范文1
1有机阻燃剂概述
阻燃剂主要是用来提高材料的抗燃性，从而避免材料被引燃并且要抑制火焰的传播。阻燃剂成为高分子材料发展的重要动力之一，使用量仅次于增塑剂。阻燃剂根据不同类型的化合物分成有机阻燃剂、无机阻燃剂以及有机-无机混合阻燃剂这几种类型。其中无机阻燃剂应用最为广泛，需求量占到阻燃剂总量的50%以上。理想阻燃剂需要有着阻燃效果好以及添加量少的优点，同时要无烟无毒从而避免环境污染，并且对其他材料的性能影响小，有着良好的加工性能好，热稳定性高并且价格便宜等特带你。阻燃剂的这些要求，决定着阻燃剂以及阻燃技术的发展放心。有机阻燃剂有着添加量少以及基材相容性好的优点，同时对阻燃制品性能的影响也更小，不过现有的有机阻燃剂在燃烧时发烟量大同时挥发性大，热稳定性以及水解稳定性都比较差。目前研究的有机阻燃剂有氮系阻燃剂、卤系阻燃剂、有机磷阻燃剂以及硅系阻燃剂等。
2有机硅阻燃剂的合成
有机硅高分子材料近年来开发出来的新型高效环保的无卤阻燃剂，作为成炭型的抑烟剂，能够赋予高聚物在阻燃以及抑烟的过程中，还可以改善材料的机械强度以及加工性能。作用机理主要是硅氧烷燃烧过程中能够生成硅，进而碳阻隔层能够隔绝树脂与氧气的接触，避免熔体滴落，因此实现阻燃效果。有机硅阻燃剂有着热稳定性良好的特点，这是由分子主链的-Si-O-键所决定。有机硅闪点绝大多数都高于300℃，所有具有难燃性。较为常见的有硅油、硅树脂、硅橡胶以及聚硅氧烷等。目前市场应用的有机硅阻燃剂打斗是美国通用电器提供的SFR-100，是一种黏稠透明的硅酮聚合物，能够与各种协同剂例如多磷酸胺等并用，已经使用在聚烯烃阻燃，低用量可以满足阻燃要求，高用量能够赋予基材有意的抑烟性以及阻燃性。研究人员通过研究有机硅高分子材料的阻燃性，发现在PU弹性体当中加入粉末状环氧以及硅氧烷，只需要加入5%，就能够使HRR降低到80%，液态的硅氧烷则能够降低HRR到50%。通过分析阻燃PP，还能够发现有机硅的复合物对PP有着明显的阻燃以及减少熔滴效果。
3有机硅阻燃剂的国内外研究进展
1）国外研究进展。1981年坎贝尔等人发表关于聚碳酸酯与聚二甲基硅氧烷（PDMS）的共混，能够提高PC阻燃性的报告。不过PSMS自身阻燃效果不够理想，为了改善阻燃性能，需要在其结构当中加入反应性官能团，例如端羟基、氨基以及环氧基等，如下图所示。
1983年，GE公司采用1-40wt%的硅胶或者线性硅油，1-20wt%的有机化合物例如硬脂酸镁和1-20wt%的有机硅树脂制备热塑性塑料使用的有机硅阻燃剂，能够广泛应用于热塑性塑料。1985年，GE公司继续开发用于尼龙树脂的有机硅阻燃剂，通过添加10-50wt%，能够达到理想的阻燃效果。1990年，GE公司通过二羟基苯酚与羟基芳香酯硅氧烷进行光气化反应制备出有机硅-聚碳酸酯共聚物，用来做阻燃绝缘层，同时与2003年研制聚碳酸酯硅氧烷阻燃材料，在加工流动性以及阻燃性方面性能良好。日本的三菱瓦斯化学公司在羟苯基烷基封端的聚二甲基硅氧烷合成有机硅阻燃剂领域进行了大量研究工作，并合成含有聚硅氧烷链段的一系列阻燃剂，有着良好的耐热性、阻燃性、透明性以及低温冲击强度。日本NEC公司研发商品化的硅酮系阻燃剂“XC-99-B56-54，是一种带有芳香基同时含有支链结构的聚硅氧烷，突出特点是对分子结构当中的苯基含量以及功能端基反应性科学设计，从而达到最理想的水平。比聚甲基硅氧烷有着更好的分散性，对PC/ABS、PC合金具较高的阻燃性。
2）国内研究进展。我国科研机构也在有机硅高分子材料的阻燃性方面进行了大量工作。欧育湘等人对有机硅阻燃剂SFR-100性能和PE应用的效果展开了详细的研究，SFR-100是非卤成炭型的阻燃剂，一方面赋予聚烯烃良好的阻燃抑烟性，另一方面也改善材料加工性能，同时提高材料机械强度。华东理工大学的刘述梅以及王瑜润等合成苯基含量高的硅树脂阻燃剂，实验表明如果硅树脂中的苯基含量在80%～90%之间时，阻燃效果最优并且对机械性能的影响也最低。哈工大的黄玉东以及孙举涛等人用苯基氯硅烷以及甲基为单体合成耐高温的有机硅树脂，不过在空气气氛之下，因为有机基团出现氧化分解而导致硅树脂阻燃性有一定程度的下降。浙江大学的杨辉以及周文君等人通过水解缩合法制备有机硅树脂阻燃剂，在800℃以及N2气氛之下，热失重控制在38%之下，热稳定性优异，通过往PC添加5%（质量分数）之后，氧指数从25%进一步提高到35%。
4结语
总而言之，有机硅高分子材料有着性能优异以及环保的优点，符合目前阻燃剂发展的趋势，一方面能够提高阻燃效果，同时还能够改善材料的加工性能以及机械性能。有机硅高分子材料阻燃剂的各方面发展处于起步阶段，简化其合成工艺从而降低成本是有机硅阻燃剂继续发展的关键内容。
【参考文献】
[1]欧育湘，陈宇，王筱梅.阻燃高分子材料[M].北京：国防工业出版，2011.
[2]阻燃剂应用研究综述叨.化工中间体[J].2007.
[3]吕丹.聚合物的阻燃及阻燃剂的研究进展[J].广东化工，2009.
[4]李继彦，吴伯麟，刘志锋.无机阻燃剂及其应用的几个问题[J].塑料工业，2007.
高分子材料阻燃技术范文2
Abstract: The paper introduces the application of inflaming retarding ABS resin at daily life.
关键词：阻燃；ABS树脂；消防安全
Key words: inflaming retarding; ABS resin; firefighting safety
中图分类号：TQ32 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）36-0107-01
0引言
近十年来，公众聚集场所的火灾突出，群死群伤的重、特大火灾时有发生，损失惨重，严重地影响了社会主义市场经济建设，影响了社会的安定和人民安居乐业的生活秩序，公共安全问题已经越来越成为公众关注的焦点。
为什么会造成这么多重特大火灾事故呢？我们发现，其中很重要的一个因素是大量使用易燃的有机高分子材料。现代火灾表明，大多数高分子聚合物制品是可燃的，而且在着火过程中能释放出大量有毒气体，热量大，温度高，对火灾的扑救，人们的逃生有着极其重的影响。而造成人员死伤严重的主要原因是来自于有机高分子材料和木材组成的室内装修材料燃烧时所产生的有毒烟雾和有毒气体。
采用阻燃技术改善高分子材料的阻燃性能，可降低火灾发生的概率，延长起火时间，延缓火势蔓延，降低有毒气体释放导致的窒息死亡，延长人们的逃生时间，是减轻火灾危害的有效手段之一。一个典型的例子是，以在欧洲和美国销售的电视机为例，由于欧洲绿色环保组织的非理性偏见，制约政府对电视机的严格阻燃标准，采用安全系数较低的IEC65燃烧标准，在欧洲因电视机引起的火灾达到165起/百万台，死亡16人/年。而在美国，由于一直非常重视消防安全，电视机设计结构及选用材料必须通过严格的UL安全认证，每年因电视机引起的火灾只有1起/百万台的水平，并且很少有人员死亡记录。ABS树脂氧指数（OI）只有18，很容易燃烧，且燃烧时释放出大量的有毒气体和黑烟，这不仅会造成严重的财产损失，还会给人们的生命安全和生存环境带来极大威胁。在用于各种电子电器产品时，需要进行阻燃改性，以满足安全防火的使用要求。随着科技进步和生活质量的提高，人们安全意识越来越强，国内外对汽车、建筑、家用电器、办公用品等方面使用的塑料材料提出了严格的防火阻燃要求，制定了相应的技术标准与规范。
自从1955年美国人Phreaner等人用硅氧烷作阻燃剂，申请ABS阻燃的专利以来，将近有半个世纪了。20世纪60年代Hindersinn等人用氯化物作ABS阻燃剂，使ABS的阻燃大大向前迈了一步。20世纪80年代至90年代阻燃ABS的应用发展达到鼎盛时期，在该阶段申请ABS阻燃的专利也最多。21世纪阻燃ABS已走向性能化方向发展的新阶段，其应用也越来越普遍。根据阻燃剂的类型，ABS树脂及其合金的阻燃体系有以下几种：①含卤阻燃体系；②有机含磷、氮、硅阻燃体系；③无机阻燃体系，包括红磷阻燃和无机氢氧化物等的阻燃；④与其它高分子材料共混或同时添加阻燃剂制成阻燃合金材料，最常见的就是PVC/ABS合金以及阻燃PC/ABS合金。
阻燃ABS树脂品种多样，特性各不相同，广泛应用于各种电子电器产品。在公共场所设施中，合理的利用阻燃ABS树脂，可以为公共场所消防安全提供有效的安全保障。根据不同设备的具体使用要求，对于材料的特性要求也不尽相同。
1视听设备
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，为了方便顾客，现在很多大型商场等公共场所都配备了电视、音响等视听设备。典型的产品是液晶电视。根据不同的要求，液晶电视的外壳选择不同的阻燃ABS。比如出口欧洲的高光泽免喷涂产品通常选用高光泽无卤阻燃PC/ABS合金，既可以满足WEEE的要求，也可以满足欧洲TC003的环保要求。对于免喷的普通产品，大尺寸的电视通常选用溴化环氧树脂阻燃的ABS树脂，以满足产品的加工要求；而小尺寸的产品通常选用四溴双酚A阻燃的ABS树脂，以节约成本。出口美国，或其它没有ROHS指令相关要求的液晶电视支架、电器盒等内部制件，通常可以采用十溴二苯醚阻燃的ABS树脂。
2电工器材
电工器材如排插、墙壁开关、电表、配电箱等产品，通常会有频繁的开闭路工作，很容易产生电火花，如果壳体选用的材料阻燃性能不够甚至不阻燃，往往是引起火灾的重要源头。我国早已针对相关产品出台了相关的标准及法规，但是由于管理疏漏，各种劣质产品仍然充斥市场，是公共消防安全的重大隐患。电工器材材料的选择是非常重要的，同一种产品使用场合不同时，也应该根据具体的要求选择合适的材料。以排插为例，10A的排插用ABS/PVC合金已经足够了，因为电流较低，发热量不大，通常不会导致壳体材料变形，产生安全隐患。但电流为30A的排插，就必须考虑极限条件下的产品的温升，选择高耐热的阻燃ABS甚至是阻燃PC/ABS合金材料做外壳，避免排插使用过程中，由于温升过高，导致产品变形，产生严重的安全事故。
3消防安全设备
消防安全设备例如应急灯，烟雾探测器，监控器材等产品，要求必须具有很高的可靠性，在紧急状态下仍可维持正常运转一定时间，为挽救人们生命财产的安全提供一点时间和指引。通常要求材料具有良好的阻燃性，同时在较高的温度下可以不变形，尽量延长恶劣条件下设备的寿命。
4电源转换装置
电源转换装置通常包括UPS电源、充电器，以及各种电器产品的电气控制盒。这些设备的主要功能是通过一定装置完成交直流电源的转换或通过功率补偿稳定电压，提供电器产品所需要的交直流电源。在操作过程中也常常伴随着频繁的开闭路动作，容易产生电火花。同时，由于具有一定的功率，通常也会伴随一定的温升。由于这类产品结构比较复杂，尺寸较大，多数是外观件，需要根据产品具体的要求选择不同的阻燃ABS。空调、冰箱等家电的电气盒一般选用TBBA阻燃的ABS树脂。而充电器外壳材料根据使用要求不同会选用TBBA阻燃的ABS树脂，溴化环氧阻燃的ABS树脂或高耐热PC/ABS树脂。
我国是世界上最大的ABS树脂消费国，在电子、电器、通讯、汽车、化工、医药、生物等领域都有着极其广泛的应用。但和其他高分子材料一样具有易燃烧的缺点，燃烧时会产生大量的有害气体和烟雾，由此而带来的火灾隐患已成为人们关注的焦点。为此，研究高效、低毒、少烟、含溴阻燃ABS树脂及以低聚芳香磷酸酯无卤化阻燃ABS将成为ABS树脂及其合金阻燃研究的热点和重点。
参考文献：
[1]阻燃ABS树脂在公共场所消防安全中的应用[J].国外塑料，2007，25（7）：46-50.
高分子材料阻燃技术范文3
论文关键词：专题性教学实验模式高分子专业实验能力
论文摘要：专题性教学是一种全新的寓实验教学于科学研究之中的实验课程教学模式。它从生产实践选择研究专题，并建立专题实验课组，改革实验教学方法和考核手段，将多门专业课的实验有机地结合统一。实践证明．专题性教学应用于高分子材料专业实验课中是可行的，它改变了陈旧的实验教学模式，对于推动高等教育向产、学、研方向发展具有良好的效果。
1引言
实验教学作为高校培养人才的重要环节，对提高学生的创新能力和实践能力以及人格品质的培养具有理论教学不可替代的重要作用。实验教学的主要任务是：①增加学生的感性认识，有利于学生接受和理解所学知识；②理论联系实际，通过实验巩固和加深所学知识；③培养学生的实验技能和观察、分析、判断及处理问题的综合能力。我国高校一直以上述目的为任务进行实验教学活动，但是在实行过程中向前两项倾斜，从而导致大学毕业生普遍缺乏创造性思维、工作适应期较长，难以满足新时期应用型、创新型人才培养的要求。为改变上述状况，使大学生在有限的大学学习期间获得较强的观察问题、分析问题，以及运用所学知识处理和解决问题的能力，我院高分子材料系经过多年的专业教学实践，结合专业培养目标及校外专业实习基地(企业)急需解决的生产技术问题，探索出一种全新的寓实验教学与科学研究之中的实验课程教学模式——专题性教学模式。该教学模式有效地实现了专业实验教学目标，收到了良好的实践效果。
2专题性教学的内涵及应用
2．1专题性教学的内涵
专题性教学是指教师从专业培养目标着眼，结合教学实验现状，精选实验教学专题，学生在教师的指导下完成实验学习任务的教学形式。其主要内容就是以专业体系理论为基础，结合实验、实训内容及企业生产需求提出研究专题，创设一种类似科学研究的情境，指导学生围绕拟定专题，查阅书籍及文献资料，拟定实验方案，进行实验，完成专题研究。专题性教学的目的是要改变学生的学习方式，强调一种主动研究式的实验学习过程，培养学生的创新精神和实践能力，从而使学生在研究过程中主动地获取知识，提高技能，并应用知识来解决实际问题。
2．2专题性教学在专业实验课中的应用
实验教学的改革不是简单的教学方法上的改变，而是整个实验教学体系的改革。根据“高分子材料与工程专业”实验课程教学的培养目标，精选实验课题，以所选专题作为主线和载体，贯穿于“高分子材料与工程专业”实验课程中，以保证教学体系的完整。
(1)精选实验课专题。经过专业教师到我系校外实习基地及相关高分子材料企业进行调研，近几年来先后选择了如下专题性实验专题：①木粉填充聚丙烯的研究；②无卤阻燃塑料的研究；③纳米金刚石添加在塑料中的应用。教师精选好实验课题后，于专业课开设前的上一学期下达给学生，并结合学生的实际为学生开设“文献检索”选修课。学生根据自己所选课题，利用业余时间查阅资料，撰写实验课题综述，并于专业课开设学期初提交给教师。
(2)统一规，建立专题实验课组。根据高分子材料与工程专业实验课整体改革方案，整合多门专业课“高分子材料与助剂”、“塑料配方设计”、“塑料成型设备”、“塑料成型工艺”、“高分子性能测试”的实验教学内容，建立3个专题实验课组。合理安排实验时问，由各实验课负责人集体讨论核定每门实验课在该专题中应当承担的教学内容，在此基础上各实验课负责人再分别就各自承担的内容进行实验规划，做到每一个专题实验都要有明确、合理、全面的设计思想。各实验课负责人根据各自所承担的教学内容构建专题实验课组。
“高分子材料与助剂”、“塑料配方设计”实验课为一实验课组，主要根据材料的结构及性能的关系、材料的选用和塑料配方设计的基本原则，对专题材料进行选料及各种配方设计，制定出多套实验配方方案。如2004级“高分子材料与工程”专业的学生选择木粉填充聚丙烯课题组，其设计的几个配方中，充分考虑木粉与聚丙烯的极性差异大、相容性差等问题，配方中填加各种份额的接枝材料、相容剂，考虑易于成型加工、增强等方面的问题，配方中填加不同份额的增强剂、内外剂等。尤其在木粉的添加量、粒径方面作了研究。在无卤阻燃材料的研制配方中，选用氢氧化镁、氢氧化铝、红磷等无卤阻燃剂及具有阻燃性能的添加剂对低密度聚乙烯(LDPE)进行阻燃性能的研究，以及对树脂的力学能和加工性能影响的研究。
“塑料成型设备”、“塑料成型工艺”2门实验课为同一实验课组，主要研究同一配方下，选用不同的成型加工设备以及不同的加工工艺条件对材料性能产生的影响，制出标准样件。在实验过程中，随时都有不可遇见的问题出现。每当出现问题时，引导学生找出问题、分析原因、通过进一步查阅资料、提出解决问题的办法、修改工艺参数，而后再进行实验，反复数次，最后加工出较为理想的材料，以便对材料进行性能测试。
“高分子性能测试”课为另一课组，综合分析检测各实验课组的各种材料样件的有关性能。综合评价各种配方、各种工艺条件下制备的材料是否符合社会生产需求。这样以精选的研究专题为载体，把相关的实验知识、实验技术和实验方法有机地串连起来，使学生较早体验参加科研和创新活动的乐趣。(3)改革教学方法和考核手段。在专题性专业实验中，摆在学生面前的是一些有待解决的实际问题，学生没有现成的书本照办，学生主动参与的意识较强，但也显得不知所措。教师要加强引导，使学生去掉急于求成的心理，认识到专题性专业实验课题并非1节课、1本书、1门专业课和1种学习方式就能完成的，要注意把长期学习的各门课程知识形成体系。注意对所学知识综合运用的训练，引导学生分析有待解决的问题，根据专业基础理论，查阅有关文献资料，进行整理，提出解决问题的方案，这种寓实验教学于科学研究之中的专题性实验课教学模式，完全改变了以往专业实验教学主要以训练基本技能为主，实验课的内容比较孤立、陈旧，也改变了以往按课程进行各自的专业实验，其内容不可避免地会相互重复，导致有限的实验经费不能最大限度地发挥作用的弊端。对专题性实验教学的部分内容，我们采用开放式管理模式，学生在一定的时间范围内根据实验内容、自己的学习计划和实验室开放的时间自由选择做实验的时间。
专题性专业实验课的考核内容主要包括：课题资料的查找、课题综述的撰写、开题报告的撰写、实验的准备、实验的设计、技能的基本操作、实验结果、实验报告、以及毕业论文等诸方面。考核的视角不仅注重结果，而更重视过程。在成绩评定上实行“两紧”，①开题报告的答辩从紧，要求学生对查阅资料进行综述，讲清实验配方及选用工艺条件的依据；②实验所用大型设备的使用技能要求从紧，严格规范按照操作程序操纵大型设备。
3应用于专业实验课教学的意义
2004级学生就将专题型教学应用于专业实验课教学，实践证明：专题性教学由于内容新、措施完善、体系设计科学合理，从而取得了较大的成功。受到了学生的广泛欢迎。
(1)实验课体系科学合理。专题性教学模式将多门专业实验课，统一规划整合，并有机地结合统一，使学生将各门专业课程知识融会贯通，自成体系。更全面而系统地掌握本专业的知识和实验技能，良好地训练学生综合运用所学知识的能力。也符合人们认识问题内在的规律性、系统性和完整性。并有效地避免了各学科实验的重复和浪费，使有限的教学实验经费最大限度地发挥作用。
(2)培养学生综合能力。在专题性教学中，每一个专题都从查阅相关资料开始，基本按照科研流程进行；而选题又多来自企业生产的需求，其内容新，科学体系合理，完成这样的专题，既训练学生的认知能力也提高了学生的实验技术技能，培养了学生分析、解决问题的能力。也易于激发和调动学生的学习兴趣、积极性和创新意识。
(3)注重实验全过程。由于每一专题是贯穿于学生在学校一年半的专业课实验教学中，学生集实验知识、实验技术和实验方法的训练为一体，不单重视结果，更注重过程。以渗透式的方式培养学生的科学素质，这些素质包括敢于怀疑、敢于创新和不追求功利的精神，实事求是的科学态度和规范严谨的科学方法。
(4)与生产实际相结合。专题性教学不是单纯的为教而教，它是在引导学生进行科学实验的同时，帮助企业解决生产中的实际问题，直接为社会生产服务，体现了它的服务性。
(5)提前进入毕业设计。将专题性教学实验课题与学生“毕业论文”课题嫁接，较早地引导学生撰写课题综述、开题报告，创造条件使学生参加科研活动，将毕业论文(设计)工作前移与专业课实验融合贯通这对于解决困饶学生撰写“毕业论文”(毕业设计)无从下手等问题也开辟了一条有效的途径。
因此，专题性教学在夯实学生理论基础、增加学生实践经验、培养学生科研能力和解决实际问题的能力推动高等教育向产、学、研方向发展，以及理论结合实际等方面都有着十分重要的意义。
高分子材料阻燃技术范文4
关键词：高分子材料；导电机理；导电塑料；用途
文章编号： 1005–6629(2012)5–0071–04 中图分类号： G633.8 文献标识码： B
20世纪70年代，白川英树、Heeger和MacDiarmid等人首次合成了聚乙炔薄膜，后来又经掺杂发现了可导电的高聚物，这就是导电高分子材料。导电高分子材料的发现，改变了人们对传统塑料、橡胶等高分子材料是电、热的不良导体的观念，经过40多年的发展，导电高分子材料也从最初的聚乙炔发展到聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等数十种高分子材料，成为金属材料和无机导电材料的优良替代品。而今这种导电高分子材料已广泛应用于电子工业、航空航天工业之中，并对新型生物材料和新能源材料的开发产生巨大的影响。
1 高分子材料的分类及导电机理
导电高分子材料通常是指一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10-6 S/cm以上的聚合物材料。这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态（10-9到105 S/cm）的范围里变化。这种特性是目前其他材料所无法比拟的。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。
1.1 结构型导电高分子材料
结构型导电高分子材料是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质的高分子材料，一般是由电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体进行掺杂后制得的。结构型导电高分子材料具有易成型、质量轻、结构易变和半导体特性。最早发现的结构型高分子聚合物是用碘掺杂后形成的聚乙炔。这种掺杂后的聚乙炔的电导率高达105 S/cm。后来人们又相继开发出了聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等导电高分子材料。这些材料掺杂后电导率可达到半导体甚至金属导体的导电水平。
1.1.1 聚乙炔
纯净聚乙炔掺进施主杂质（碱金属（Li、Na、K）等）或受主杂质（卤素、AsF5、PF5等）后才能导电。与半导体不同的是，掺杂聚乙炔导电载流子是孤子。
聚乙炔中孤子是怎样形成的呢？反式聚乙炔结构有两种形式，互为镜像，如图1所示：
A相和B相能量相等，都是基态。如果原来整个反式聚乙炔处于A相，通过激发可以变为B相，中间出现的过渡区域，称为正畴壁，反之称为反畴壁。正畴壁称为孤子，反畴壁称为反孤子[1]。激发过程中所提供的能量只分布在正、反畴壁中，畴壁以外的部分能量不变。孤子态是由导带和价带各提供1/2个能级构成的，因此电荷Q=0，当用施主或受主杂质进行掺杂形成荷电孤子后，Q=±e。反式聚乙炔掺杂后，施主杂质向碳链提供电子，被激发形成的孤子带有负电，如果是受主杂质，将从碳链中吸取电子，使孤子带有正电。这样孤子就成为反式聚乙炔中的导电载流子。
聚乙炔是目前世界上室温下电导率最高的一种非金属材料，它比金属质量轻、延展性好，可用作太阳能电池、电磁开关、抗静电油漆、轻质电线、纽扣电池和高级电子器件等。
1.1.2 聚对苯撑
聚对苯撑（PPP）有如图2 所示两种结构形式：
其中（a）式稳定，而（b）不稳定，很难单独存在，当FeCl3与PPP掺杂时发生电荷转移使PPP分子链成为正离子，而FeCl3以FeCl4-负离子的形式加到分子链上，同时FeCl3被还原成FeCl2[2]，即：
2FeCl3+eFeCl4-+FeCl2
因此，掺杂过程实际上是一个氧化还原过程或电荷转移过程。如果掺杂剂为受体分子，电荷转移使高分子链成为正离子，掺杂剂为负离子，如果掺杂剂为给体时，则相反。聚对苯撑（PPP）的导电性和热稳定性优良，有多种合成方法，常温下为粉末，难以加工成型。电化学聚合可得到薄膜状产品，但电化学聚合的产物聚合度小、电气特性和机械性能低，可采用可溶性预聚体转换工艺提高其聚合度。
1.1.3 聚噻吩
噻吩的分子结构如图3所示，环上有两类C原子，因此在发生聚合反应时会有3种连接结构，其中α-α连接时，噻吩环之间的扭转角度最低，当其与一些复合材料发生掺杂时会通过π-π键共轭作用结合在一起，形成一个个相对独立的导电单元，这些导电单元相对纯的聚噻吩而言，具有更高的电导率[3]。
1.1.4 聚吡咯
聚吡咯（PPy）是少数稳定的导电高聚物之一，但纯PPy只有经过合适掺杂剂掺杂后才能表现出较好的导电性。聚吡咯常用的掺杂剂有金属盐类如FeCl3，卤素I2、Br2，质子酸如H2SO4等。不同种类的掺杂剂对PPy掺杂及形成高导电性的机理不同，但大部分具有氧化性的掺杂剂，其掺杂过程可以用电荷转移机理来解释。按此机理掺杂时，聚合物链给出电子，掺杂剂被还原成掺杂剂离子，然后此离子与聚合物链形成复合物以保持电中性。以FeCl3为氧化剂制备聚吡咯，通过电荷转移形成复合物，反应按下式进行[4]：
1.1.5 聚苯胺
与其他导电高聚物一样，聚苯胺（PAN）是共轭高分子，在高分子主链上交替重复单双链结构，具有的价电子云分布在分子内，相互作用形成能带等。其化学结构如图4 所示。
聚苯胺可以看作是苯二胺与醌二亚胺的共聚物，x的值用于表征聚苯胺的氧化还原程度，不同的x值对应于不同的结构、组分及电导率。完全还原型（x=1）和完全氧化型（x=0）都为绝缘体，在0＜x＜1的任一状态都能通过质子酸掺杂进行交换，当x=0.5时，电导率最大，且可通过聚合时氧化剂种类、浓度等条件控制x的大小。对其进行电化学或化学掺杂，使离子嵌入聚合物，以中和主链上的电荷，从而可使聚苯胺迅速并可逆地从绝缘态变成导电状态，当质子酸进行掺杂时，质子化优先发生在分子链的亚胺氮原子上。质子酸发生离解后，生成的（H+）转移至聚苯胺分子链上，使分子链中的亚胺上的氮原子发生质子化反应，生成元激发态极化子[5]。
聚苯胺（PAN）的研究后来居上，它与热塑性塑料掺混具有良好的导电性，与其他导电高聚物相比，具有良好的环境稳定性，易制成柔软、坚韧的膜，且价廉易得等优点。在日用商品及高科技方面有着广泛的应用前景。
1.2 复合型导电高分子材料
复合型导电高分子材料是以高分子聚合物作基体，加入相当数量的导电物质组合而成的，兼有高分子材料的加工性和金属导电性。既具有导电填料的导电性、导热性以及电磁屏蔽性，又具有基体高聚物的热塑性、柔韧性以及成型性，因而具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等很多优良的特点，已被广泛应用于电子工业、信息产业以及其他各种工程应用中。复合型导电塑料是经物理改性后具有导电性的塑料，一般是将导电性物质如碳黑、金属粉末、金属粒子、金属丝和碳纤维等掺混于树脂中制成。在技术上比结构型导电塑料成熟，不少品种已商业化生产。
目前，关于复合型导电高分子材料的导电机理有宏观渗流理论，即导电通路学说、微观量子力学隧道效应理论和微观量子力学场致发射效应等三种理论[6]。
（1）渗流理论：这一理论认为，当复合体系中导电填料用量增加到某一临界用量时，体系电阻率急剧下降，体系电阻率-导电填料用量曲线出现一个狭小的突变区域，在此区域内导电填料的任何微小变化都会导致电阻率显著变化，这种现象称为渗滤现象，导电填料的临界用量通常称为渗滤阈值。
（2）隧道效应理论：该理论认为复合体系在导电填料用量较低时，导电粒子间距较大，混合物微观结构中尚未形成导电网络通道，此时仍不具有导电现象。这是因为此时高分子材料的导电性是由热振动电子在导电粒子之间的迁移造成的。隧道效应现象几乎仅仅发生在距离很接近的导电粒子之间，间隙过大的导电粒子之间没有电流传导行为。
（3）场致发射效应理论：该理论认为，当复合体系中导电填料用量较低，导电粒子间距较大、导电粒子内部电场很强时，电子将有很大几率飞跃树脂界面势垒跃迁到相邻电子离子上，产生场致发射电流，形成导电网络。
1.2.1 炭黑添加型导电高分子材料
炭黑不仅价格低廉、导电性能持久稳定，而且可以大幅度调整复合材料的体积电阻率。因此，由炭黑填充制成的复合导电高分子材料是目前用途最广、用量最大的一种导电材料。复合材料导电性与填充炭黑的填充量、种类、粒度、结构及空隙率有关，一般来说粒度越小，孔隙越多，结构度越高，导电性就越强。
1.2.2 金属添加型导电聚合物
这类导电塑料具有优良的导电性，比传统的金属材料重量轻、易成型、生产效率高、成本低，进入20世纪80年代后，在电子计算机外壳、罩、承插件、传输带等方面得到应用，成为最年轻、最有发展前途的新型导电和电磁屏蔽材料。常见的金属类导电填充剂有金、银、铜、镍等细粉末。
2 导电高分子材料的广泛应用
2.1 在电子元器件开发中的应用
2.1.1 用于防静电和电磁屏蔽方面
导电高聚物最先应用是从防静电开始的。将特定比例的十二烷基苯磺酸和对甲苯磺酸混合酸掺杂的PANI与聚（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）树脂（ABS）共混挤出，制备了杂多酸掺杂PANI/ABS复合材料，通过现场聚合的方法在透明聚酯表面聚合了一层导电PANI，表面电阻可控制在106~109 Ω[7]。通过对复合材料EMI屏蔽的研究，发现在101 GHz下，复合材料的屏蔽效能随其中PANI含量的增大而增大。掺杂能提高PANI的屏蔽效能。
2.1.2 导电高分子材料在芯片开发上的运用
在各种带有微芯片的卡片以及条码读取设备上，高分子聚合物逐渐取代硅材料。塑料芯片的价格仅为硅芯片的1 %~10 %，并且由于其具有可溶性的特性而更易于加工处理[8]。目前国际上已经研制出集成了几百个电子元器件的塑料芯片，采用这种导电塑料制造的新款芯片可以大大缩小计算机的体积，提高计算机的运算速度。
2.1.3 显示材料中的导电高分子材料
有机发光二极管是由一层或多层半导体有机膜，加上两头电极封装而成。在发光二极管的两端加上3伏~5伏电压，负极上的电子向有机膜移动，相反，与有机膜相连的正极上的电子向负极移动，这样产生了相反运动方向的正负电荷载体，两对电荷载体相遇，形成了“电子-空穴对”，并以发光的形式将能量释放[9]。由于它发光强度高、色彩亮丽，光线角几乎达到180度，可用于制造新一代的薄壁显示器，应用在手机、掌上电脑等低压电器上，也应用于金融信息显示上，使图像生动形象，并可图文通显。利用电致变色机理，还可用于制造电致变色显示器、自动调光窗玻璃等。
2.2 在塑料薄膜太阳能电池开发中的应用
传统的硅太阳能电池不仅价格昂贵，而且生产过程中消耗大量能源，因此成本昂贵，无法成为替代矿物燃料的能源，而塑料薄膜电池最大的特点就是生产成本低、耗能少。一旦技术成熟，可以在流水线上批量生产，使用范围也很广。制造塑料薄膜太阳能电池需要具有半导体性能的塑料。奥地利科学家用聚苯乙烯和碳掺杂形成富勒式结构的材料，再将它们加工成极薄的膜，然后在膜层上下两面蒸发涂上铟锡氧化物或铝作为电极。由于聚苯乙烯受到光照时会释放出电子，而富勒式结构则会吸收电子，如果将灯泡接在这两个电极上，电子开始流动就会使灯泡发光[10]。
2.3 在生物材料开发中的应用
在生命科学领域，导电高分子材料可制成智能材料，用于医疗和机器人制造方面。由于导电有机聚合物在微电流刺激下可以收缩或扩张，因而具备将电能转化为机械能的潜力，这类导电聚合物组成的装置在较小电流刺激下同样表现出明显的弯曲或伸张/收缩能力。为了把聚合物变成伸屈的手指活动，加上了含PPY的三层复合膜[PPY/缘塑料膜/PPY]，其中一层PPY供给正电荷，另一层PPY供给负电荷。机器人手指工作：提供正电荷的一侧凹陷进去，即体积收缩；提供负电荷的一侧就鼓胀起来，体积膨胀，引起手指弯曲[11]。用改进的PAN和碳纤维合并起来作为纤维束驱动器，用它制造手指关节链（见图5）其中关节的动作是借助于激光发动和纤维反抗成对的推拉控制，是由改变pH来激发动作的，并有激发纤维和反抗纤维的数量来控制位置[12]。
最新研究表明，DNA也可以具有导电性，因此，把导电塑料与生命科学结合起来，可以制造出人造肌肉和人造神经，以促进DNA的生长或修饰DNA，这将是导电塑料在应用上最重要的一个趋势。
2.4 在新型航空材料开发中的应用
航空制造所用复合材料是一种聚合体树脂制成的矩阵结构，由耐热性能良好的增强型碳素纤维层或者玻璃纤维层胶合而成，再利用熔炉打造成所需要的形状，以适应不同零件所承受的压力。另外，像聚苯胺、聚吡咯可用于电磁屏蔽，涂有其聚合纤维的飞机，能吸收雷达信号，使飞机隐身，还可排除雷击的危险。在导弹外面裹上一层这类聚合物，不仅可防止产生静电，还可减轻导弹的重量[13]。
3 导电高分子材料的研究进展
20世纪70年代以来，电子、电气、通讯产业的迅速崛起，推动了导电材料的快速发展。随着导电材料使用环境的变化，对导电材料的发展也提出了新的要求。总体来说，导电高分子材料的发展主要围绕以下几个方面：
（1）开展分子水平上的研究和应用，开发新品种导电材料，尤其是高导电性导电聚合物、高强度导电高分子材料、可溶性导电高分子材料和分子导电材料，以便能够制成“分子导线”、“分子电路”和“分子器件”。
（2）研究设计和合成结构高度稳定的、具有高荧光量子效率和高电荷载流子迁移率的共轭聚合物，制备出结构有序的导电聚合物薄膜材料[14]。
（3）导电材料多功能化。除具有导电性能外，还应具有优良的阻燃性、阻隔性、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦等性能，并在加大导电填料用量以提高导电性能的前提下，如何保持或增强复合材料的成型加工性能、力学性能和其他性能。
导电高分子材料的这些发展趋向预示着一个新的塑料电子学时代即将到来。
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高分子材料阻燃技术范文5
关键词：防火材料；复合防火材料；高分子防火材料；轻质无机防火材料
Abstract: with the people to fire safety problems of attention gradually, fire materials research and development and application of natural as fire safety of the key. This paper puts forward the fire materials, and the importance of the common market composite fire materials, polymer fire materials and lightweight inorganic fire materials features and application of a simple introduction.
Keywords: fire materials; Composite fire materials; Polymer fire materials; Light inorganic fire materials
中图分类号：TU545 文献标识码：A 文章编号：
随着现代建筑向高层化发展和室内装修的多样化，这些都对现代建筑材料的防火性能提出更高的要求。更关键的是，高层、超高层建筑物中人员十分集中，一旦发生火灾，逃生的难度极大。所有这些，都要求我们应加强对建筑防火材料的研究、开发和应用。2009年元宵夜央视大楼配楼发生火灾，大楼西、南、东侧外墙装修材料几乎全部烧尽，并致使7人受伤，其中一名消防员牺牲。只有掌握各种建筑防火材料的性质和用途，正确选择合适的建筑防火材料，才能保证建筑物的消防安全，尽量减少发生火灾的可能性。
本文介绍现在市面上主要使用的几种新型建筑防火材料。
1 新型复合防火材料
1.1 石膏板
石膏板是以石膏及其它掺加剂为夹芯，以板纸作为护面制成的薄板。具有质轻、强度高、抗震、防火、防虫蛀、隔热、隔音、可加工性好以及装修美观等特点。各种石膏板材均是以石膏为的复合材料。
纤维增强水泥平板(TK板)
TK板的全称是中碱玻璃纤维短石棉低碱度水泥平板。由上海市第二建筑工业公司研究所、上海石棉水泥制品厂协作研制成功，广泛应用于电子、纺织、冶金工业及其它建筑设施中。宝钢工程、金山石化总厂等都曾采用。TK板是I型低碱度水泥为基材，并用石棉、短切中碱度玻璃纤维增强的一种薄型、轻质、高强、多功能的新型板材，具有良好的抗冲击强度、抗弯强度和不燃烧、不翘曲、耐潮湿等特点。
1.2 复合高强防火板[3]
采用最新专利技术，为不均质夹芯结构，采用氧化镁为丰要胶凝剂，配以特殊调凝方法，及多元改性材料，并用其制成防火、防水面层。芯层采用轻质高强耐火骨料，起保温、隔音、隔热、防火作用，各层问有耐火纤维网格布来增加强度。由于选用了独特的胶凝材料及耐火骨料配方，当发生火灾时，产品自身被烧结为一体，不宜垮塌，有效地阻隔了火焰的外窜，加之特殊的不均质结构，进一步延缓了高温的传导。
高分子防火材料
2.1 无卤阻燃聚乙烯
阻燃聚乙烯一直就是国内外开发的难点和热点，常用的添加型阻燃方法大致分为含卤阻燃与无卤阻燃。而前者虽然防火效果较好，但是一旦分解将产生大量有毒烟雾，有二次污染且有害人体健康。所以后者就成为研究的重点。无卤阻燃PE就是在PE中添加无卤阻燃剂和阻燃增效剂的阻燃复合材料，必要时还可以加入其他加工助剂，如热稳定剂、分散剂、流变剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、交联剂或着色剂等。
聚氨酯材料
聚氨酯材料本是一种有机高分子材料，具有可燃性。由于聚氨酯材料在加工过程中添加了各种助剂包括阻燃剂等，因此聚氨酯泡沫塑料在燃烧时多为不完全燃烧，这种不完全燃烧在火灾中表现为很浓很黑的烟气，这种浓烟含有大量的异氰酸酯、多元醇、氨、二氧化碳、氰化氢、甲醛、一氧化碳等有毒性气体。
可瓷化高分子复合材料
可瓷化高分子复合材料是一种新型防火材料，是在含硅的高分子(如硅橡胶)基体中加入粘土类矿物粉末填料、结构控制剂以及其它助剂制备而成的。这种复合材料在室温下具有普通电线/电缆绝缘层材料的性质，遇高温燃烧时形成坚硬的陶瓷保护层，可以起到隔绝火焰和防火的作用。可瓷化高分子复合防火材料的基体为有机硅，填料为粘土类矿物。
轻质无机防火材料
3.1 硅酸铝纤维
硅酸铝纤维，又称耐火纤维，俗称陶瓷棉，是一种新型的特殊轻质耐火材料。它是用天然焦宝石为主要原料制成的棉丝状无机纤维耐火材料。硅酸铝纤维密度小，导热系数低，热抗振和机械抗振性好，富有弹性，有可塑性，并且具有良好的电绝缘性，是实用的非晶态无机纤维。膨胀珍珠岩
膨胀珍珠岩是一种无机玻璃质矿物材料，由火山岩粉碎成矿砂，再经过特殊膨化加工而成。其内部有丰富的多孔结构，具有价廉、表观密度低、导热系数小、化学稳定性好、使用温度范围广、无毒、无味、防火、吸音等特点。由于硅酸钠仪在220℃就开始膨胀流动，这种膨胀珍珠岩板耐火能力并不强，在大火灼烧下，一般30 min后就明显收缩变形扭曲。针对这种情况，可以添加一些能在高温下与硅酸钠形成烧结陶瓷结构的粉体以改善膨胀珍珠岩板的耐火能力，该粉体主要是二氧化硅、氧化铝等成分。由于聚醋酸乙烯胶黏剂(白乳胶)具有价廉、无毒、燃烧时基本不释放毒烟而成为首选。
2.2 膨胀蛭石
蛭石是由黑云母、金云母、绿泥石等矿物风化或热液蚀变而来，自然界很少产出纯的蛭石，而工业上使用的主要是由蛭石和黑云母、金云母形成的规则或不规则间层矿物，称之为工业蛭石。蛭石呈片状，灼烧成为膨胀蛭石，工业蛭石的膨胀倍数在15 ~ 40倍之间。由蛭石-黑云母间层矿物组成的膨胀蛭石，其强度较由蛭石-金云母间层矿物组成的膨胀蛭石低，耐高温性能较差；由蛭石-绿泥石组成的膨胀蛭石，脆性较大。膨胀蛭石在建筑工业中被制成膨胀蛭石板、蛭石涂料和蛭石水泥、石膏等广泛应用。蛭石制品具有轻质、隔热、绝缘和吸音的特点。
4 结束语
防火材料作为一种新型的产品，应用时间虽然不长，但市场前景广阔，被广泛应用于电力，石化，冶金，航空，邮电等各个方面。通过整理研究笔者发现，防火材料的发展速度非常迅猛，而防火材料产品也日新月异。
参考文献
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高分子材料阻燃技术范文6
【关键词】聚碳酸酯；ABS；耐寒；阻燃
国家十二五规划中《新材料产业“十二五”发展规划》提出工程塑料将围绕提高宽耐温、高抗冲、抗老化、高耐磨和易加工等性能，加强改性及加工应用技术研发。国家电网行业也先后出台了各项产业政策和技术政策，提出重点发展包括先进高分子材料、高性能复合材料等新型电网材料。目前我国电网设备在北方等地区容易因耐寒性不够而导致材料在低温使用过程中出现脆裂状况，而智能电表外壳脆裂情况尤为严重。智能电表外壳材料是指安装在智能电表外部、起绝缘和保护作用的高分子材料，目前使用的材质包括PC、PBT、PP和PA等，其中PC有高性能、高阻燃、高抗冲、高稳定性、抗静电和耐寒性等特点，PC的合金或复合材料因加工工艺简单、材料抗冲击性能好而被电网设备广泛采用。本文重点研究耐寒剂、阻燃剂的品种和用量对智能电表外壳用耐寒阻燃PC/ABS合金的结构性能的影响，为智能电表外壳用PC/ABS合金的国产化、低成本化和高性能化提供技术基础。
一、耐寒剂的筛选
初步的研究表明PC/ABS合金在常温下韧性较好，但低温韧性稍差，本课题组致力于开发满足严寒地区智能电表壳体所用的耐超低温PC/ABS合金，因此需要加入增韧剂。我们选择一种自主设计的“核-壳”结构的增韧剂（记为自主增韧剂A）和两种市售增韧剂（分别记为增韧剂B、增韧剂C），于上述添加10%ABS树脂和含PC回收料的PC/ABS合金中分别加入质量分数为3%、5%和7%的3种增韧剂，熔融挤出制备增韧PC/ABS合金，研究不同增韧剂和不同增韧剂含量对PC/ABS合金的增韧效果。增韧PC/ABS合金的性能如表1和图1所示。
由表1和图1可见，增韧剂的加入降低了PC/ABS合金的强度、刚性和常温冲击韧性，但均显著提高PC/ABS合金的低温缺口冲击韧性，在3种增韧剂中，自主设计的“核-壳”增韧剂A具有最好的低温增韧效果，又不明显降低PC/ABS合金的强度和刚性，在添加量为5%时，PC/ABS合金低温缺口冲击强度达几乎为未加耐寒剂合金的2倍，并且PC/ABS合金的综合力学性能较好，因此，选择添加5%的“核-壳”增韧剂A对PC/ABS合金进行增韧，以提高其耐超低温性能。
图2为不同增韧剂在含量为5%时增韧PC/ABS合金的常温缺口冲击断面扫描电镜照片。添加了5%增韧剂B的PC/ABS合金的断面显示，基体未呈现大量的塑性变形，其增韧效果稍差，而添加了5%具有“核-壳”结构的增韧剂A，PC/ABS合金的断面不平整，存在大量的褶皱和基体发生严重的塑性变形。从图2（c）还可见，合金断面出现类似彗星似的变形区域（红色虚线标出部分），这主要因为冲击裂纹在扩展过程中，遇到具有“核-壳”结构的增韧剂时，增韧剂发生塑性形变，吸收大量的能量，并且阻止裂纹的扩展，使裂纹产生偏转，诱导附近基体产生大量的塑性变形，进一步吸收能量，从而时PC/ABS具有较高的韧性。
二、阻燃剂的筛选
本课题组制备的耐超低温PC/ABS合金主要用于制造智能电表壳体，因此需要具有一定的阻燃性能。用于PC/ABS的阻燃剂较多，本课题组主要选择符合RoHS要求的阻燃剂，并且满足阻燃要求的同时，还未明显降低合金的韧性。为此，在上述优选出的耐寒PC/ABS配方上，选择3种市售阻燃剂（含卤阻燃剂A、氮磷阻燃剂B和特殊阻燃剂C）按不同比例加入合金中，熔融挤出制备耐寒阻燃PC/ABS合金，研究不同阻燃剂对PC/ABS合金的阻燃和力学性能的影响，优选出较佳的阻燃剂及其比例。阻燃耐寒PC/ABS合金的性能见表2。
