塑料燃烧过程以及影响塑料燃烧的因素

塑料具有优良的性能，应用范围越来越广，特别是在建筑、交通、家具、电子电器及日用品等行业被大量使用，方便和美化了人们的生活与环境，获得了显著的经济效益和社会效益，已逐步代替了传统材料。

但是，绝大多数常用塑料在空气中是可燃或易燃的，燃烧时会产生大量烟雾和有毒气体，使人中毒窒息而死，且影响消防救援工作。

因此，塑料阻燃改性技术已引起世界各国的高度重视。而在进行阻燃改性之前，我们有必要了解塑料的燃烧过程以及影响塑料燃烧的因素。

1、塑料的燃烧过程    

塑料的燃烧过程是一个非常激烈复杂的热氧化反应，具有冒浓烟或炽烈火焰的特征。塑料燃烧的一般过程可分为5个基本阶段。

第一阶段：加热升温。塑料之所以发生燃烧，首先是因为在外部热源的作用下温度上升。热塑性塑料此时会有熔融现象。

第二阶段：热分解。当塑料受热升温至分解温度时，将发生热分解，并产生可燃性气体和其他热分解产物，主要包括：

① 可燃气体，如甲烷、乙烷、丙烷、甲醛、丙酮、一氧化碳等。

② 不燃气体，如二氧化碳、氮气等。

③ 液体产物，即熔融降解聚合物和预聚体。

④ 固体产物，如碳化物等。

⑤ 烟气，即悬浮于空气中的固体（如碳）颗粒。

第三阶段：着火。当塑料受热分解产生的可燃气体浓度达到着火及先后，与氧气相遇，并且被加热到点燃温度时，即可引发塑料燃烧，并从局部向整体扩散。

第四阶段∶持续燃烧。当塑料的燃烧净热，即塑料的燃烧热与加热邻接材料到燃烧状态所需的热量之差等于或大于0时，塑料将持续自行燃烧。

第五阶段∶燃烧停止。当塑料燃烧进行到燃烧净热为负值时，则已着火的塑料将会在点火源移开后停止燃烧。

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2、塑料的燃烧反应     

塑料热分解产物的燃烧是按照自由基链式反应进行的，其机理与塑料热氧降解类似，包括以下四步：

  链引发：

  链增长：

  链支化：

  链终止：

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3、影响塑料燃烧的因素     

影响塑料燃烧的因素很多，包括作为内因的聚合物燃烧特性和作为外因的燃烧环境条件。

在燃烧环境条件相同的情况下，则主要取决于聚合物的燃烧特性，包括化学组成和结构、比热容、热导率、分解温度、燃烧热、闪点和自燃点、火焰温度、极限氧指数以及燃烧速度等。

化学组成和结构

聚合物燃烧实质上为聚合物受热发生热分解产生的可燃性气体的燃烧，因此化学组成和结构不同的聚合物由于热分解产物中可燃性气体含量不同而具有不同的燃烧特性。

显然，热分解产物中可燃性气体含量越高的聚合物越容易燃烧。

常用塑料的热分解产物

比热容

所谓比热容就是1g物质温度升高（或降低）1℃所需吸收（或放出）的热量。在其他因素相同的情况下，比热容大的聚合物材料，在燃烧过程的加热阶段需要较大的热量，因此较难燃烧。

常用塑料的比热容

热导率

热导率又称导热系数，是一个表示物质热传导性能的物理量。在其他因素相同的情况下，热导率大的聚合物材料，在燃烧过程的加热阶段升温较慢，因此较难燃烧。

常用塑料的热导率

分解温度

由于聚合物燃烧实质上为聚合物受热发生热分解产生的可燃性气体的燃烧，因此，一般来说，热分解温度较低的聚合物较易燃烧。

常用塑料的热分解温度

燃烧热

燃烧热是维持燃烧和延燃的重要因素。大多数聚合物的燃烧是放热反应。

常用塑料的燃烧热

闪点和自燃点

闪点是明火可以引燃的最低温度，而自燃点是不需明火引燃而自发燃烧的最低温度。

常用塑料的闪点和自燃点

火焰温度

与燃烧热一样，火焰温度是维持燃烧和延燃的重要因素。大多数聚合物的火焰温度比火柴和香烟高得多，约达2000℃。

常用塑料的火焰温度

极限氧指数

能维持聚合物燃烧的混合气体中氧气的最小体积分数，称为聚合物的极限氧指数（LOI），简称氧指数（OI）。

氧指数是衡量聚合物材料是否燃烧的重要指标。由于空气中氧气的体积分数为20.9%，所以，氧指数小于21%的聚合物，一般可在空气中被点燃。

常用塑料的氧指数

燃烧速度

燃烧速度影响火灾的发展蔓延。各种聚合物材料的燃烧速度不尽相同，因此，燃烧时的传播速度也有快慢。

在实际火灾中，材料的燃烧速度受外界气体的扰动和扩散、热的传导、对流和辐射等因素的影响。

常用塑料的燃烧速度常用塑料的燃烧速度

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