聚氨酯泡沫的阻燃研究

聚氨酯的燃烧和阻燃聚氨酯材料是由碳—碳键为基本结构组成的有机高分子聚合物，属于可燃物质。

用聚氨酯材料生产的各类产品与制品，在人们的社会活动中随处可见。

由于它们处在各种各样的环境之中，引发火灾的几率较高。

由各种引火源引发聚氨酯材料的燃烧以及伴随燃烧产生的烟雾毒性，已成为消防安全密切关注的重点之一，对有关聚氨酯产品及生产制定了日益严格的阻燃标准和法规。

同时，聚氨酯产品的生产所使用的大量原料多属于有机化合物和聚合物，也同属于可燃物之列，而在生产中使用的许多原料助剂，如有机溶剂及其配置的涂料、脱模剂等，因闪点、着火点较低，都存在不同程度的燃烧隐患；此外，在大型软质聚氨酯块泡的生产中，由于使用高水量配方生产低密度泡沫体产生的热量多而泡沫体的散热性差，因此在贮存过程中，由泡沫体产生自燃而引发的火灾也曾有发生。

由聚氨酯泡沫体等燃烧产生的火灾危害，不仅来源于燃烧本身产生的大量热辐射而引发的火焰的蔓延和扩大，同时还来源于燃烧时产生的烟雾和分解释放出来的诸多有毒气体。

许多火灾报告指出：由燃烧烟雾和有毒气体造成人员伤亡的比例远远高于真正燃烧本身造成的伤亡人数。

因此，为保证生产过程和使用过程中的防火安全，必须系统地研究该类产品的燃烧机理、检测方法以及阻燃办法，制定产品的生产、使用安全标准和法规。

下面，洛阳天江化工新材料有限公司将就聚氨酯泡沫的燃烧机理以及阻燃方法这两方面为大家进行简单介绍。

一、燃烧机理在聚氨酯产品中，由于聚氨酯泡沫塑料的质量轻、体积大且传热系数低、最易发生燃烧，因此将它作为燃烧行为的研究对象最具有代表性。

一般物质的燃烧行为基本可分为三个阶段：第一个阶段为物质引燃和火焰蔓延的初期阶段；第二个阶段为物质的完全燃烧的发展阶段；第三个阶段则为火焰衰减、燃烧熄灭的最终阶段。

洛阳天江化工新材料有限公司在这里告诉大家，物质引燃的难易程度是物质燃烧行为的第一表征，它与物质本身的化学结构、组成、传导能力、热分解温度以及反应所产生的气体和液滴的助燃程度等因素有关。

聚氨酯泡沫塑料的阻燃聚氨酯泡沫塑料由于含可燃的碳氢链段、密度小、比表面积大，未经阻燃处理的聚氨酯是可燃物，遇火会燃烧并分解，产生大量有毒烟雾，给灭火带来困难。

特别是聚氨酯软泡开孔率较高，可燃成分多，燃烧时由于较高的空气流通性而源源不断地供给氧气，易燃且不易自熄。

聚氨酯泡沫塑料的许多应用领域如建筑材料、床垫、家具、保温材料、汽车座垫及内饰材料等，都有阻燃要求。

国外对聚氨酯泡沫材料的阻燃相当重视，颁布了许多有关阻燃的法规和阻燃标准。

在我国，对用于飞机、轮船、铁路车辆、汽车、其它重要场所及设施的聚氨酯泡沫，先后都提出了阻燃要求，且很多已采用了阻燃级聚氨酯泡沫[1]。

所谓阻燃，实际上指达到某种规范或某种试验方法的一个具体标准，塑料的“阻燃”或“难燃”一般只是对于小火而言，在大火中仍能燃烧。

不过阻燃性能好的泡沫塑料遇小火年自熄，不易引起火灾；在火灾中，由于燃烧性能的降低，可降低火灾蔓延及产生刺激性有毒烟雾的危险。

已有大量的文献综述阻燃剂在聚氨酯泡沫塑料中的应用[1～3]，现根据部分文献数据，对聚氨酯泡沫塑料的阻燃技术作一简单的综述。

1997年颁布国家标准《建筑材料燃烧性能分级方法》（GB8624-1997）（以下简称《标准》），于1997年4月1日实施，规定中的氧指数、垂直燃烧法、烟密度3项指标，更为严格的测定硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃性能，即用着火性、火焰传播性，烟密度3项综合指标衡量材料的阻燃性能。

B1等级材料指标：1）氧指数大于32%；2）平均燃烧时间30s，平均燃烧高度小于250mm；3）烟密度等级SDR＜75。

1 阻燃原理一般，通过添加阻燃剂提高泡沫塑料的阻燃性，以延缓燃烧、阻烟甚至使着火部位自熄。

也可采用含阻燃元素的多元醇(即反应型阻燃剂)为泡沫原料。

阻燃剂必须具有以下一种或数种功能：能在着火温度或接近着火温度下吸热分解成不可燃物质；能与泡沫燃烧产物反应生成不易燃物质；可分解出能终止泡沫自由基氧化反应的物质。

聚氨酯泡沫塑料的阻燃聚氨酯泡沫塑料是一种广泛应用于建筑、交通工具、电子电器、包装等领域的材料。

与传统的聚苯乙烯泡沫塑料相比，聚氨酯泡沫塑料具有更高的强度和较好的防潮、防水性能。

但是，聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能却较差，易引起火灾事故。

因此，在提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能方面，进行了大量的研究。

聚氨酯泡沫塑料的阻燃机理聚氨酯泡沫塑料的基础材料是聚异氰酸酯（Polyisocyanurate）。

在生产过程中，需要将异氰酸酯与多元醇反应，生成聚氨酯多元醇（Polyurethane）。

在加入膨胀剂后，聚氨酯多元醇开始氧化聚合反应，生成大量水和二氧化碳，从而形成泡沫结构。

然而，聚氨酯泡沫塑料在长时间高温的条件下，易引发燃烧。

由于聚氨酯泡沫塑料中含有大量的烃类有机物，燃烧后会产生大量有害气体，从而对环境和人体健康造成极大的危害。

因此，提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能，对于减少火灾事故和保护环境具有极其重要的意义。

提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能的方法1.添加阻燃剂在聚氨酯泡沫塑料的生产过程中，可以添加阻燃剂。

阻燃剂是一种可以减少燃烧或延缓燃烧的添加剂。

在实验室的测试中，添加阻燃剂确实能够显著提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能。

然而，阻燃剂的添加量过大会影响泡沫的物理性能，从而降低泡沫的强度和密度，使其难以正常使用。

因此，在实际应用中，需要选择合适的阻燃剂，准确控制添加量。

2.添加无机材料另一种提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能的方法是添加无机材料，如纳米氧化铝、纳米钛白粉等。

这些无机材料能够单独或者与阻燃剂共同作用，产生化学反应，从而减缓聚氨酯泡沫塑料燃烧的速度。

添加无机材料能够显著提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能，且不会对泡沫的物理性能产生不利影响。

3.改变聚氨酯的结构改变聚氨酯的结构也是提高聚氨酯泡沫塑料阻燃性能的一种方法。

例如，通过选择合适的异氰酸酯和多元醇，可以得到不同结构的聚氨酯，从而影响其燃烧机理和热分解性能。

同时，也可以通过改变材料的配方、工艺等方法来调整其物理性能和化学性能，从而提高其阻燃性能。

不同辐照强度下阻燃聚氨酯泡沫的燃烧行为随着硬质聚氨酯泡沫材料在建筑保温、装饰材料的广泛应用,由其引发的建筑灾也在逐年增加,造成了重大生命财产损失,其火灾危险性研究已引起整个社会的广泛关注。

锥形量热仪,已广泛应用于材料引燃特性、燃烧热释放速率、烟气生成量等火灾危险性参数的测试,锥形量热-傅里叶红外光谱联用仪(CC-FT-IR)兼具二者的优点,实现了对材料的热危险性和烟气危险性的综合性研究和分析。

以三(1-氯-2-丙基)磷酸酯(TCPP)为阻燃剂和以二氯一氟乙烷(HCFC-141b)为发泡剂来制备阻燃硬质聚氨酯泡沫材料(FRPU)是目前中国市场上普遍采用的技术,本文利用CC-FT-IR对FRPU在不同辐照强度下的燃烧行为及燃烧烟气中的有毒气体进行了研究。

利用英国FTT锥形量热仪在辐照强度分别为25kW/m2、35 kW/m2、50 kW/m2和75 kW/m2条件下,按ISO 5660-1标准进行测试,样品尺寸为100 mm ×100mm×48 mm。

通过芬兰Gasmet傅里叶红外光谱仪分析燃烧烟气中的有毒气体,按ISO19702标准进行测试,取样速率4 L/min,取样气路及样品仓温度为180 ℃。

热释放速率(HRR)是评价材料火灾特性的一个重要指标,峰值热释放速率(PHRR)常作为表征材料火灾危险性的最重要参数之一[7]。

Fig.1为PU和FRPU 在不同辐照强度下的HRR曲线图,数据总结在Tab.1。

ab.1中质量损失率(mass loss)的数据表明,PU和FR-PU在燃烧时会形成炭层,而炭层有一定阻碍传质和传热的作用,可以延缓炭层下的基材分解和燃烧速率,因此从Fig.1中可以看到,PU 和FRPU的HRR曲线在点燃后很快达到峰值,到达峰值后很快下降并在一段时间内缓慢下降至变为直线。

TCPP的添加能有效降低FRPU的热释放速率,在辐照强度35 kW/m2下FRPU的PHRR值为181 kW/m2,约为PU的63%,FRPU的总热释放量从未阻燃的25.9MJ/m2下降至17.2MJ/m2。

聚氨酯泡沫的阻燃技术聚氨酯泡沫的阻燃技术最常用的方法是在PUF中加入反应型或添加型阻燃剂。

用于PUF 的阻燃剂除了应满足阻燃剂的一般要求外，还应与PUF各组分相容，在多元醇中溶解性好，不致引起泡沫体“焦化”，且最好是粘度较低的液体，以免造成加工工艺上的困难。

PUF也可采用固态添加型阻燃剂，但常与液态添加型阻燃剂联用。

所以PUF所用阻燃剂与热塑性塑料用阻燃剂有所不同。

提高聚氨酯泡沫的阻燃性的方法：1、物理法（包括添加阻燃剂法和浸渍、涂敷法）①添加阻燃剂法，即将添加型阻燃剂直接加入聚氨酯基料中，机械的混合，再经挤塑、模塑、发泡定型等加工过程而成为制品，使其具有阻燃性。

有机磷酸酯类化合物，尤其是有机卤代磷酸酯，是聚氨酯泡沫常用的添加型阻燃剂。

阻燃机理如下：含磷阻燃剂在泡沫塑料燃烧时受热，将磷化物转化为偏磷酸和聚偏磷酸：磷化物→磷酸→偏磷酸→聚偏磷酸聚偏磷酸覆盖在聚合物表面形成保护层，磷酸、聚磷酸及聚偏磷酸的脱水作用，形成碳化膜阻止氧气的补给和热量传递，从而阻止燃烧反应的不断进行。

含卤素阻燃剂在泡沫塑料燃烧时，受热分解成卤化氢，卤化氢具有与燃烧反应中OH自由基反应生成水的作用，从而降低了OH自由基的浓度，破坏了燃烧反应继续进行的条件，抑制了燃烧反应进一步进行。

同时，生成的水在高温下汽化，会在环境中吸收热量，使温度有所下降，从而减慢燃烧速度，达到阻燃的作用。

使用添加型阻燃剂是聚氨酯泡沫应用最广泛的阻燃方法。

该法对泡沫体生成时的反应影响较小，制造工艺不必做很大改动，阻燃效果显著，泡沫制品的综合性能较好。

聚氨酯硬质泡沫常用三氯丙基磷酸酯（TCPP）、三氯乙基磷酸酯（TCEP）、甲基磷酸二甲酯（DMMP）作为添加型阻燃剂。

这三种阻燃剂均为含磷阻燃剂，由于磷元素含量不同，导致阻燃性能差异较大，其中，TCPP阻燃性能较差；TCEP阻燃效果持久性较差，但价格便宜；DMMP磷元素含量最多，阻燃性极佳。

大量研究表明，当阻燃剂混合使用时，阻燃效果要比单独添加一种阻燃剂好得多，且阻燃剂的用量可以大大减少，从而降低成本、降低燃烧发烟量，这既是阻燃剂的协同效应。

高回弹聚氨酯泡沫的研究和应用聚氨酯泡沫是一种性能优异的保温材料，它具有质量轻、耐高温、保温隔热、施工方便等优点，所以受到了广大消费者的喜爱。

然而在发泡时，很容易产生大量的气体。

那么如何才能更好地解决这个问题呢？下面就让我来谈一谈我对这个问题的认识。

一、高回弹聚氨酯泡沫的特点1、优良的隔热性能聚氨酯泡沫的导热系数比普通的发泡聚苯乙烯和挤塑板低得多，仅为0。

03-0。

048W/(m·k)，为普通发泡聚苯乙烯的一半。

其隔热性能是目前所有建筑材料中最好的。

2、突出的阻燃性能聚氨酯泡沫与其他建筑材料相比具有卓越的阻燃性能。

试验表明，将一般泡沫材料置于距离火焰30厘米处灼烧3小时，泡沫不会熔化或燃烧；而当采用聚氨酯泡沫材料制成的保温层与其它材料复合时，其芯材部分也能达到此要求。

3、优异的防水性能除其自身的防水性外，由于其闭孔率>98%，还能有效地阻止水蒸汽渗透，因此它还具有较强的抗水压、抗风压的能力。

4、热稳定性好聚氨酯泡沫属于硬质闭孔发泡体，具有化学结构稳定、不吸水、不燃烧、不产生有毒气体、耐老化、不变形、不塌陷、使用寿命长等特点。

5、聚氨酯泡沫可进行二次利用聚氨酯泡沫具有良好的保温、隔热和隔音性能，可作为墙体保温层，还可进行二次加工改造，用作保温门窗、室内装饰板等。

二、高回弹聚氨酯泡沫的应用聚氨酯泡沫主要用于冷库保温、家用电器、木地板保温、太阳能反射镜、冰箱、冷藏车及冷冻设备、船舶、铁路机车、航空航天等领域。

三、高回弹聚氨酯泡沫的研究现状国际上，德国、日本、美国、法国等许多国家都投入巨资开展了聚氨酯泡沫的科技攻关项目。

我国从20世纪80年代初期起步，经过十几年的努力，已逐渐掌握了聚氨酯泡沫的配方、生产工艺、质量检测手段、专业人员培训等基础理论知识和实践操作技术。

近些年来，我国又陆续引进了国外先进的聚氨酯泡沫生产线，并且取得了显著的经济效益和社会效益。

但是，由于我国尚未正式颁布《聚氨酯泡沫》标准，致使我们无法参照国外的生产工艺规范进行生产，只能依靠企业摸索着走。

2023-10-28•软质聚氨酯泡沫塑料简介•自燃原因分析•预防措施探讨•案例分析与应用•结论与展望目录01软质聚氨酯泡沫塑料简介定义与特性•软质聚氨酯泡沫塑料是一种轻质、易压缩的材料，具有优良的隔音、隔热和缓冲性能，广泛应用于家具、建筑和汽车等领域。

其特性包括良好的回弹性、较高的压缩强度和优良的隔音性能。

应用领域家具制造：用于制造沙发、床垫等家具的填充材料。

建筑保温：用作建筑物的保温材料。

其他领域：如包装材料、体育器材等。

汽车制造：用于汽车的隔音和隔热材料。

软质聚氨酯泡沫塑料被广泛应用于以下领域制造过程与工艺•软质聚氨酯泡沫塑料的制造过程包括以下步骤•准备原料：主要原料包括多元醇、异氰酸酯、催化剂、发泡剂和其他助剂。

•混合：将原料按照一定比例混合。

•搅拌：在高速搅拌下将混合液体制成泡沫。

•熟化：经过一定时间的熟化后，泡沫变得柔软并具有弹性。

•切割和加工：根据需要将泡沫切割成一定形状并进行加工。

•成品检验和包装：对产品进行质量检验，合格后进行包装。

02自燃原因分析原材料因素催化剂的影响催化剂使用不当或过量都可能导致自燃。

引发剂的影响引发剂的种类和用量不当也可能导致自燃。

原材料的稳定性不足如果使用不稳定的原材料，在制造过程中可能会出现自燃现象。

温度和湿度高温和高湿度的环境可能导致软质聚氨酯泡沫塑料自燃。

氧气含量氧气含量过高也可能促进自燃。

环境因素在制造过程中，如果混合不均匀，可能会导致局部温度过高，从而引发自燃。

混合不均匀如果成型工艺不当，可能会导致聚氨酯泡沫内部产生热点或气泡，从而引发自燃。

成型工艺不当制造过程因素存储条件不当如果存储环境温度过高或存在其他安全隐患，可能会引发自燃。

使用条件不当如果使用过程中存在过载、高温等不当条件，也可能导致自燃。

存储和使用因素03预防措施探讨03限制易燃添加剂的使用避免使用过多的易燃添加剂，以防增加聚氨酯泡沫塑料的自燃风险。

原材料控制01选用低燃性原料在生产过程中，尽量选择低燃性的原料，降低聚氨酯泡沫塑料的燃烧风险。

阻燃实验报告
一、实验目的：
通过实验比较不同材料的阻燃性能，找出最适合作为阻燃材料
的元素以及比例。

二、实验设计：
选择常见的三种材料进行实验，分别为聚苯乙烯泡沫板、聚氨
酯泡沫板和铝箔复合泡沫板。

将这三种材料分别加入到燃烧仪中，加入的数量各为10g，然后将燃烧仪点火。

在点火后观察每个材料的燃烧情况，比较它们的燃烧情况，选择性能最佳的材料。

三、实验过程：
1.将聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板和铝箔复合泡沫板分别称
量10g并放入燃烧仪中。

2.点燃燃烧仪，观察每个材料的燃烧情况。

3.记录每个材料的燃烧时间、燃烧率和燃烧后状态。

四、实验结果：
在实验中我们发现，聚苯乙烯泡沫板的燃烧时间为15s，平均燃烧率为0.67g/s，燃烧后形成了黑色有毒烟雾；聚氨酯泡沫板的燃烧时间为9s，平均燃烧率为1.11g/s，燃烧后形成了黑色烟雾；铝箔复合泡沫板的燃烧时间为25s，平均燃烧率为0.4g/s，燃烧后无烟、无毒，没有明显残留物，阻燃性能最好。

五、实验结论：
通过对聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板和铝箔复合泡沫板的阻燃实验，我们发现铝箔复合泡沫板的阻燃性能最好，是最适合作为阻燃材料的元素。

同时，实验也告诉我们，制造高效阻燃材料需要不断研究和探索新的方法和材料，以便制造更加环保、节能的材料，为社会发展做出积极贡献。