塑料燃燒過程以及影響塑料燃燒的因素

塑料具有優良的性能，應用范圍越來越廣，特別是在建筑、交通、家具、電子電器及日用品等行業被大量使用，方便和美化了人們的生活與環境，獲得了顯著的經濟效益和社會效益，已逐步代替了傳統材料。

但是，絕大多數常用塑料在空氣中是可燃或易燃的，燃燒時會產生大量煙霧和有毒氣體，使人中毒窒息而死，且影響消防救援工作。

因此，塑料阻燃改性技術已引起世界各國的高度重視。而在進行阻燃改性之前，我們有必要了解塑料的燃燒過程以及影響塑料燃燒的因素。

1、塑料的燃燒過程    

塑料的燃燒過程是一個非常激烈復雜的熱氧化反應，具有冒濃煙或熾烈火焰的特征。塑料燃燒的一般過程可分為5個基本階段。

第一階段：加熱升溫。塑料之所以發生燃燒，首先是因為在外部熱源的作用下溫度上升。熱塑性塑料此時會有熔融現象。

第二階段：熱分解。當塑料受熱升溫至分解溫度時，將發生熱分解，并產生可燃性氣體和其他熱分解產物，主要包括：

① 可燃氣體，如甲烷、乙烷、丙烷、甲醛、丙酮、一氧化碳等。

② 不燃氣體，如二氧化碳、氮氣等。

③ 液體產物，即熔融降解聚合物和預聚體。

④ 固體產物，如碳化物等。

⑤ 煙氣，即懸浮于空氣中的固體（如碳）顆粒。

第三階段：著火。當塑料受熱分解產生的可燃氣體濃度達到著火及先后，與氧氣相遇，并且被加熱到點燃溫度時，即可引發塑料燃燒，并從局部向整體擴散。

第四階段∶持續燃燒。當塑料的燃燒凈熱，即塑料的燃燒熱與加熱鄰接材料到燃燒狀態所需的熱量之差等于或大于0時，塑料將持續自行燃燒。

第五階段∶燃燒停止。當塑料燃燒進行到燃燒凈熱為負值時，則已著火的塑料將會在點火源移開后停止燃燒。

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2、塑料的燃燒反應     

塑料熱分解產物的燃燒是按照自由基鏈式反應進行的，其機理與塑料熱氧降解類似，包括以下四步：

  鏈引發：

  鏈增長：

  鏈支化：

  鏈終止：

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3、影響塑料燃燒的因素     

影響塑料燃燒的因素很多，包括作為內因的聚合物燃燒特性和作為外因的燃燒環境條件。

在燃燒環境條件相同的情況下，則主要取決于聚合物的燃燒特性，包括化學組成和結構、比熱容、熱導率、分解溫度、燃燒熱、閃點和自燃點、火焰溫度、極限氧指數以及燃燒速度等。

化學組成和結構

聚合物燃燒實質上為聚合物受熱發生熱分解產生的可燃性氣體的燃燒，因此化學組成和結構不同的聚合物由于熱分解產物中可燃性氣體含量不同而具有不同的燃燒特性。

顯然，熱分解產物中可燃性氣體含量越高的聚合物越容易燃燒。

常用塑料的熱分解產物

比熱容

所謂比熱容就是1g物質溫度升高（或降低）1℃所需吸收（或放出）的熱量。在其他因素相同的情況下，比熱容大的聚合物材料，在燃燒過程的加熱階段需要較大的熱量，因此較難燃燒。

常用塑料的比熱容

熱導率

熱導率又稱導熱系數，是一個表示物質熱傳導性能的物理量。在其他因素相同的情況下，熱導率大的聚合物材料，在燃燒過程的加熱階段升溫較慢，因此較難燃燒。

常用塑料的熱導率

分解溫度

由于聚合物燃燒實質上為聚合物受熱發生熱分解產生的可燃性氣體的燃燒，因此，一般來說，熱分解溫度較低的聚合物較易燃燒。

常用塑料的熱分解溫度

燃燒熱

燃燒熱是維持燃燒和延燃的重要因素。大多數聚合物的燃燒是放熱反應。

常用塑料的燃燒熱

閃點和自燃點

閃點是明火可以引燃的最低溫度，而自燃點是不需明火引燃而自發燃燒的最低溫度。

常用塑料的閃點和自燃點

火焰溫度

與燃燒熱一樣，火焰溫度是維持燃燒和延燃的重要因素。大多數聚合物的火焰溫度比火柴和香煙高得多，約達2000℃。

常用塑料的火焰溫度

極限氧指數

能維持聚合物燃燒的混合氣體中氧氣的最小體積分數，稱為聚合物的極限氧指數（LOI），簡稱氧指數（OI）。

氧指數是衡量聚合物材料是否燃燒的重要指標。由于空氣中氧氣的體積分數為20.9%，所以，氧指數小于21%的聚合物，一般可在空氣中被點燃。

常用塑料的氧指數

燃燒速度

燃燒速度影響火災的發展蔓延。各種聚合物材料的燃燒速度不盡相同，因此，燃燒時的傳播速度也有快慢。

在實際火災中，材料的燃燒速度受外界氣體的擾動和擴散、熱的傳導、對流和輻射等因素的影響。

常用塑料的燃燒速度常用塑料的燃燒速度

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