1、第一章 阻燃技术与阻燃材料第一节 阻燃技术发展简史 一、 阻燃技术的早期进度人类最早的阻燃历史可追溯至炼金术和罗马帝国时代，据Claudius年鉴记载，在公元前83年，即用alum溶液处理木城堡以阻燃。这里的alum或alumem系拉丁文，很可能是铁和铝的二硫酸盐。有关织物的阻燃，最早记载是Nikolas Sabbatini在1638年发表的文献，当时考虑到剧院的火灾危险，建议用陶土（2Al2O36SiO234H2O）和熟石膏（CaSO40.5H2O）作为填料加入涂料中以用于处理剧院的帆布窗帘而使其获得阻燃性。此外，1684年9月16日发表的报告“Early Science at Oxford
2、”中也提到过一种难燃织物及衣服。第一个提及阻燃纤维的文献是1935年的英国专利551，此专利用于阻燃织物和纸浆的阻燃剂含有alum、borax（Na2O2B2O310H2O）及Vitriol（可能是不纯的硫酸铁）或Copperas（FeSO47H2O）。50年后，著名的Montgolfier兄弟用alum涂覆比空气还轻的气球，以降低气球的可燃性。1786年，Arfird 首先建议采用硫酸铵作为阻燃混合物的组分。随后不久，法国国王路易十八嘱著名科学家Gay-Lussac 研究降低剧院织物可燃性的方法。此时，剧院的火灾已引起社会的普遍关注。1820年，Gay-Lussac发现硫酸铵、氯化铵和硼砂的
3、混合物对亚麻和黄麻的阻燃十分有效。1859年，Versmann和Oppenheim研究了40多种可能的阻燃化合物，发现只有磷酸铵、磷酸铵钠、硫酸铵、锡酸钠和磷酸铵与氯化铵的混合物对纤维素有效。他们还发展了一种阻燃纤维素织物的工艺，即将氧化锡沉淀于织物上。不久，此工艺获得专利（2077）。上述研究成果为后来天然有机材料（纤维素）的阻燃奠定了技术和实践基础，至今仍有重要的理论和实用价值。1913年，化学家W.H. Perkin采用锡酸盐（或钨酸盐）与硫酸铵的混合物处理织物，获得了较好的耐久阻燃性能。值得一提的是，在此期间，Perkin以其渊博的化学知识对阻燃作用机理进行了理论上的研究，这一开创性的
4、工作标志着阻燃技术进入了一个新纪元。在19与20世纪之交， Perkin在阻燃领域内所进行的一些卓有成效的工作成为近代人们新阻燃方法的标志，并导致人们对阻燃机理的了解。二、 阻燃技术的近代进度在19世纪末，人们已经知道大多数可用于阻燃的无机物。至20世纪30年代，不仅是阻燃棉织物、木材、纸张，还要求阻燃塑料，并随着合成高分子材料的出现和广泛应用而使早期的阻燃技术受到了挑战。人们发现，当时用于阻燃纤维素的以无机盐为主的阻燃剂和阻燃工艺已不能满足新型材料的阻燃需要，故与高分子材料有较好相容性的阻燃体系应运而生。1930年，人们发现了氧化锑-氯化石蜡协效阻燃体系，并很快在一些高分子材料中应用成功。这
5、一卤-锑协效作用的发现被誉为近代阻燃技术一个里程碑，且至今仍是阻燃实践和研究中的主流。第二次世界大战中，美国农业部南方地区研究所开发了以四羟甲基氯化鏻为主的一系列纤维素的阻燃整理剂，后来英国Albright-Wilson公司Proban子公司在此基础上开发出著名的Proban阻燃整理工艺。上述工作开创了阻燃技术史上利用阻燃剂与被阻燃物的反应赋予材料阻燃性的先河，为日后从分子结构上赋予合成高分子材料以阻燃性提供了有益的启示。20世纪50年代初期，Hooker化学公司用反应性单体氯菌酸研制出阻燃不饱和聚酯，这一研究工作开辟了阻燃领域的一项新技术，随后新的含溴和/或磷的反应型阻燃单体不断出现，如四溴
6、邻苯二甲酸酐、氯化苯乙烯和四溴双酚A等，推动了阻燃剂新品种的应用开发研究，其中四溴双酚A已成为目前仍在使用的溴系阻燃剂中用量最大的品种之一。但用氯化石蜡、四溴双酚A等阻燃高结晶性的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）时发现，阻燃制品的性能明显恶化（因为熔化后的阻燃剂使高聚物的结晶度降低）。因此，1960年以后相继研制出了多种适用于热塑性塑料的填料型添加阻燃剂，其中大部分为溴系。在20世纪70年代初至80年代中期，这类阻燃剂的生产和应用得到了蓬勃发展。随着化学合成技术及科学研究方法的发展，阻燃剂品种日益增多，人们对阻燃剂性质的认识也越来越深入。自1986年以，阻燃领域内开展了多溴二苯醚
7、类阻燃剂的毒性与环境问题的争议即所谓Dioxin问题之争，促进了十溴二苯醚新型替代品（包括膨胀型阻燃剂及无卤阻燃剂）的研究与开发。阻燃剂的无卤化、抑烟及减毒已成为当前和今后阻燃研究领域的前沿课题，但新的、性能优异的溴系和磷系阻燃剂仍在不断地从实验室走向市场。与此同时，人们对金属氧化物及其他协效剂、有机硅系和三嗪系阻燃剂及反应型阻燃单体的开发和应用也备加重视，特别是有机磷阻燃单体在阻燃热塑性聚酯或涤纶中的应用研究更为活跃，有的已经实现了工业规模应用。随着合成高分子材料的迅速发展，使得围绕三大合成材料而进行的阻燃技术研究日益广泛和深入，逐渐形成了包括阻燃剂的制备与性质、阻燃材料与阻燃处理技术、阻燃
8、机理和阻燃环境效果评价等较完整的学科研究体系。一些发达国家先后制定出各种具有法律效力的阻燃法规和评价材料燃烧性能的标准，为阻燃技术的发展创造了极为有利的条件。1954年，美国Flammable Fabric Act制定了编号为AATCC STM-33的“织物纤维的燃烧试验”法。1966年，Fenimore和Martin根据材料在不同氧浓度中的燃烧情况，反复测定了使材料持续燃烧所需的最低氧浓度，得到了很好的重复性，提出了“氧指数”的概念，从而使得阻燃材料的燃烧性能有了科学的定量手段，对现代阻燃科学技术产生了深远的影响，并得到十分广泛的运用。随着现代科技的发展，许多先进的分析测试仪器和处理方法，如
9、付立叶变换红外光谱仪、热分析技术、X-射线光电子能谱（XPS）、锥形量热仪（Cone Calorimeter）等也被应用于阻燃研究，成为阻燃科学理论研究的有效手段。人们在燃烧试验中发现的炭的难燃性（氧指数达65%），导致了使有机材料表面形成炭层的阻燃方法重新受到重视并得到迅速的发展。事实上，使材料表面形成炭层的阻燃方法可以追溯到Gay-Lussac时代，但到1938的才有了Tramm等的第一个膨胀阻燃涂料专利，而直到1948年Olsen和Bechle才首先使用“intumescent”这一术语描述阻燃体系的膨胀与发泡现象。从20世纪80年代至今，这种膨胀阻燃体系由于新的材料标准和法规以及卤素阻
10、燃剂的环境问题而受到了阻燃界的高度青睐。通过对燃烧过程气相氧化的认识，一些新的阻燃方法得到了应用。如在高分子链中引入活性基团或不同阻燃元素来抑制或改变高分子链的热降解历程以实现阻燃；将少量层状结构无机化合物（如硅酸盐类粘土、磷酸盐类、石墨、金属氧化物和二硫化物等）嵌入聚合物以获得具有特殊性能和优良阻燃性的纳米复合材料；通过化学改性，使高分子结构芳构化或杂环化，提高高分子材料本身的耐热性和阻燃性，即合成本质阻燃同聚物；应用物理和数学模型对阻燃材料的分子结构与阻燃性能的构效关系进行探索等。这些新技术的出现，大大丰富了阻燃科学技术的内容，拓宽了人们选择最优阻燃系统的范围。可以预见，随着阻燃科学及其相
11、关学科的发展，阻燃科学技术将日臻成熟。在过去的近30年中，人们发表了难以数计的有关阻燃科学、阻燃工程和阻燃材料（特别是阻燃高聚物）方面的论文，每年举行多次这一领域的国际会议，越来越多的行业和部门要求采用阻燃材料，这充分反映阻燃技术的日益为人重视和持续发展。当我们进入21世纪时，新的阻燃聚合材料将得到进一步发展，新的阻燃试验标准将进一步完善和丰富，更加严格的阻燃规范将被考虑和制订，新的阻燃方法和阻燃技术，包括计算机模型和阻燃材料的分子设计，将被用于研制更加高效的阻燃高聚物。人们深信，“阻燃”的理论和实践，不但拥有过去的繁荣，还将伴随更加诱人的前景进入新的世纪。第二节 材料的阻燃性为了减少火灾损失
12、，提高人类环境安全水平，现在人们在选择不同用途的材料时，阻燃已成为经常考虑的重要因素之一了。一般而言，材料在火中的行为可以用以下几个参数来描述。1、被引燃的难易程度；2、火焰传播速度，即火沿材料表面的漫延速度；3、耐火性，即火穿透材料构件的速度；4、释热速度（HRR），即材料燃烧时放出的热量和放出的速度；5、自熄的难易程度；6、生烟性，包括生烟量，烟的释放速度及烟的组成；7、有毒气体的生成，包括气体量、释放速度及组成。但对这些阻燃性能的测定则十分复杂，因为材料在真实火灾中所表现的阻燃性是与火灾情况有关的，而要模拟真实火灾条件来测定材料的阻燃性则非常困难，甚至不可能实现。所以，目前一些材料所标称
13、的阻燃性常与很多和材料本身无关的测试条件有关，如试件的方向，试件的尺寸（表面积及厚度），试件的均匀性，引火源的位置和强度，测试环境（温度、热流强度等），试件的预处理条件，测试进行中及测试后所用的测定手段等。这就是说，一个阻燃材料所标称的阻燃性能并不完全是材料本身所固有的，而是与测定这些阻燃性能所采用的测试方法有关的。例如，与引火源呈垂直放置的试样就比呈水平放置的试样所承受的高热作用大得多。同时，现在国际上采用的阻燃性能测试方法和标准很多，即使是测定同一阻燃参数的几个方法，有时也缺乏科学的相关性。实际上，有些阻燃测试方法是根据阻燃法规制定的，而有些方法则主要是为了满足研究工作的需要。前者一般是很
14、实用的，但有其局限性，其评定结果是“通过”或“不通过”。后者则往往能测得更多的数据，并可在其基础上得出较科学和定量的结果，有时还能转化为数学模型和/或物理模型。目前，单是在美国就有100种以上的测定材料上述阻燃参数的方法，而且其他国家还有一些与美国不同的方法，有时将它们的测定结果相互比较都是相当困难的。所以，有些在某个国家能够接受的阻燃材料，而在另一些国家则可能不被采用。还有，有些阻燃材料的某些阻燃参数（如引燃性、自熄性）可能很好，但另一些阻燃参数则可能不合格而不宜用于某些场合。应当特别注意的是，阻燃不是一个绝对的概念，在标称材料的某一阻燃性能时，一定要具体说明采用的测试方法和测试条件。而且，
15、为了正确使用阻燃高聚物，人们必须了解，使用现有的阻燃测试方法来评价高聚物的阻燃性是不全面的和不完全客观的，所以现代愈来愈多地采用那些可以测定材料阻燃基本性能，然后据此能够转化为数学模型和/或物理模型的测试方法。此外，与材料阻燃性密切相关的一个基本问题是材料的阻燃机理，尽管已有很多人对其进行过长期的研究，但仍有很多未解决的问题，例如某些添加型阻燃剂对高聚物的作用机制就仍不十分清楚。而且，由于阻燃系统中常含有多种添加剂，它们之间的相互作用就使得阻燃剂对高聚物的阻燃机理更为复杂。阻燃机理及阻燃效率还与被阻燃高聚物的结构及性能有关。不过，研究不同阻燃剂对各种高聚物的阻燃机理是十分重要的，只有这样，才能
16、有效地使用阻燃剂。另一方面，通过观察阻燃高聚物在阻燃测试中的行为及变化，研究各种材料的阻燃性能，也有助于加深人们对阻燃机理的洞察。人们还应当考虑的是，在任何实际应用中，评价一种材料的优劣应根据对它们的整体平衡分析。即除了材料的阻燃性外，材料的其他技术性能、环境因素和产品在整个使用期间（包括材料再生）的费用也是十分重要的。只有能全面满足优化最终产品各条件的材料，才具有长远的使用前景和竞争力。第三节 材料阻燃的必要性现在，人们日益认识到，合理的材料阻燃是减少火灾的战略措施之一，而且阻燃和抑烟、减毒是可以同时实现的。1987年，当时的美国国家标准局（NBS）采用小型及大型试验，比较了下述5种典型塑料
17、制品的阻燃试样及未阻燃试样的火灾危险性：（1）聚苯乙烯电视机外壳；（2）聚苯醚电子计算机外壳：（3）聚氨酯泡沫塑料软椅；（4）带聚乙烯绝缘层和橡胶护套的电缆；（5）不饱和聚酯玻璃钢电路板。试验的测定结果是：（1）发生火灾后可供疏散人口和抢救财产的时间，阻燃试样为未阻燃试样的15倍；（2）材料燃烧时的质量损失速度，阻燃试样不到未阻燃试样的；（3）材料燃烧时的放热速度，阻燃试样仅为未阻燃试样的；（4）材料燃烧生成的有毒气体量（换算成CO计），阻燃试样仅为未阻燃试样的；（5）阻燃试样与未阻燃试样两者燃烧时生成的烟量相差无几。试验还表明，阻燃材料并不生成极其有毒的或不寻常的燃烧产物。另外，关于材料烧时
18、生成的烟量及各种气态产物的种类和含量，小型试验与大型试验在很多情况下都得到了近似的结果。试验结果的确证明，只要制备阻燃材料的配方和工艺合理，阻燃材料的火灾安全性在很多方面都比未阻燃的同类材料要高，前者燃烧时烟和有毒气体的生成量也可以比后者低。近20年来，在欧洲及美国，对电子-电气设备（主要是电视机及计算机）用材料，进行了一系列的火灾安全性试验，所得结果都证明，采用适当级别的阻燃材料制造电子-电气设备，可大大提高火灾安全性水平。下文综述了这方面的部分试验情况。1998年，欧洲化学工业协会的阻燃协会发表了一个关于电视机（TV）和个人计算机（PC）监视器阻燃性能的研究报告，他们在德国测定了在欧洲市场
19、销售的TV和PC监视器的阻燃性能，首先是根据UL标准的垂直和水平燃烧试验，测定了TV及PC监视器、后板和外壳用塑料的阻燃剂及材料的阻燃级别，随后将后板、TV和PC监视器用强度逐渐增大的引火源及大火源引燃。结果表明，对不含阻燃剂的塑料，即使强度最低的引火源也易于将其引燃，而含阻燃剂的塑料则即使强度最大的引火源也不能将其引燃（美国及日本生产的TV及PC监视器均以阻燃塑料制造）。20世纪70年代早期，美国也进行过类似上述德国进行的试验。当时美国有1200万台电视机，每年由于TV引起的火灾约有20，000起，威胁生命的火灾约800起。那时，美国消费品安全协会（CPSC）曾经称电视机是一个难以捉摸的危险
20、源。后来，美国施行了强制性的电视机标准制造过程，保险业实验室（UL）也制订了一个当时属自愿遵守的电视机阻燃规范（后来发展成今天的标准UL 1410（TV），并要求按这个规范制造电视机。在20世纪70年代早期，美国用于制造TV内部构件的材料是阻燃的（UL94V-2），但制造机壳、天线架及调谐架的材料则是未阻燃的（UL 94 HB），当时的制造厂家也注意到了一些基本上是无规律的故障，于是进行了热丝引燃电视机调谐架的试验，结果当然是被点燃了。这以后，美国用于制造电视电外壳、天线架及调谐架材料的阻燃性，从1975年7月10起改为UL 94V-2级，1977年7月10起改为UL 94 V-1 级，197
21、9年7月10起改为UL 94V-O级。美国还试验了采用未阻燃塑料（UL 94 HB）及阻燃塑料（阻燃级别为UL 94 V-O）所制造的TV的火灾安全性，试验采用一台21吋彩电（外壳为聚苯乙稀），在3m3m的房间内进行（系设计用于按IEEC标准检验电缆阻燃性的），在调谐架下端用热丝引燃（模拟开关故障时产生的火花）。对用未阻燃PS制造外壳、天线架及调谐架的电视机，试验5min 后，房内即发生闪燃，屋内充满烟雾，室内导管中空气平均温度达260。显然，这发生了威胁生命的火灾。但对用阻燃PS（阻燃级别为UL 94 V-0，以十溴二苯醚和氧化锑为阻燃剂）制造外壳、天线架及调谐架的电视机，机壳未被引燃，调谐
22、架也未被引燃。且热丝也未能引燃电视机。还有，在进行电视机的另外一些阻燃试验时，阻燃级为UL 94 V-0的材料，只引起熔化和热破坏，但未发生持续燃烧。专家们认为，如果以V-O级材料制造电视机，由于电视机导致的危及人身安全的火灾次数，在美国可减少1-2个数量级，实际也已经证明了这一点。另外，阻燃塑料也能大大降低家用电器的火灾危险程度。显然，材料的适度阻燃能提供适当的火灾保护，这是无需置疑的。第四节 阻燃高聚物 目前，应用高聚物的领域已遍及工农业生产和人民生活的各个方面。1999年，全球五种主要热塑性型料（LDPE、HDPE、PP、PVC及PS）的总产量已近1.1亿吨。从19891996年，这五种
23、塑料的平均年增长率达5.3%。2000年，西欧电子-电气行业用塑料也已增至230万吨。目前在美国生产的塑料中，有约5% 被阻燃，电子-电气行业用塑料有15%以上被阻燃。因此，现在的阻燃技术主要是应用于高分子材料，人们称的阻燃材料，也多指阻燃高聚物。 一、 阻燃高聚物的含义阻燃高聚物应称为Flame(Fire)retarded Polymer，而不是Flame(fire) retardant Polymer，即是被人为阻燃了的高聚物，而不是阻燃性高聚物。另外Flame retardant与Flame resistant 也是有所不同的，后者系指本质阻燃，这种阻燃不是由于阻燃剂的加入，而是由于高聚
24、本身分子结构的原因。本质阻燃高聚物具有不寻常的热稳定性，低的燃烧速度，高的阻止火焰传播的能力，即使在相当高的热流时也是如此。还有，本质阻燃高聚物与热稳定性高聚物也是不同的，虽然两者有些性质类似。热稳定性高聚物能承受高温而不易分解，但它们仍能生成可燃性蒸气，而在一定的条件下，此可燃蒸气也能被引燃。另外，一旦被引燃，本质阻燃高聚物与热稳定性高聚物两者的燃速是不同的，即前者的燃速远低于后者。可采用释热速率（HRR，锥形量热仪测定）来区别本质阻燃高聚物、阻燃高聚物及热稳定性高聚物，但这也不是容易做到的。一般而言，本质阻燃高聚物及一些热稳定性高聚物比阻燃高聚物能承受更高的外部热流的辐照作用，但某些阻燃高
25、聚物的HRR值也可能很低，有时甚至可与本质阻燃高聚物媲美，甚至更低。这三种高聚物所表现的阻燃性能的差别是与它们的分子结构、组成及测试方法有关的。此外，某些本质阻燃高燃物或阻燃高聚物的抗引燃性能不一定很好，但引燃后能很快自熄。例如，热稳定的膨胀型阻燃系统在某些阻燃测试中可能易于引燃，但随后能成炭而自熄，直至测试完毕燃烧量也很低。应用阻燃高聚物是为了减少意外火灾。如果制品在引燃源作用下不会被引燃，或在引燃后火焰不会传播，则火灾可以避免。此外，与未阻燃材料相比，阻燃材料能降低火焰传播速度及燃烧速度。 二、 阻燃高聚物的局限性对一个高聚物系统进行任何改变（例如加入阻燃剂），都会引起材料外观、机械性能、
26、电气性能及其他性能的变化，这种变化有时是很严重的，可能影响材料的最后使用。阻燃材料的制造商和用户都力图减少这种变化。在发展阻燃产品时，必须顾及产品的性能、成本、加工性、工业卫生和安全及对环境的影响等诸多因素。此外，阻燃高聚物燃烧时产生的烟和燃烧产物，与未阻燃高聚物是不同的，此点尤应注意。因此，研制一个阻燃高聚物并不是简单地将阻燃剂加入高聚物中和使材料单纯地通过某些阻燃测试标准就可以完成的，而是要充分和全面考虑由于阻燃而带来的多种改变，并在保证材料能满足使用要求的前提下，在多项指标间求得最佳综合平衡。三、 新一代阻燃高聚物多年来对阻燃材料的物理和化学及有关火科学的研究取得了今天阻燃技术的结果，但
27、对了解有关阻燃聚合物的一些复杂而深层次的问题，还需要多门学科和技术的完美结合。对用于各个技术领域的材料，都有一般的和特殊的要求。例如，对用于制造电子和电气元器件的塑料，除了机械性能、电气性能及加工性能外，还应具有耐热和阻燃性能。近代兴起的“绿色”产品，则不仅要求制备它们的材料能循环再利用，而且应对人类健康和环境极少影响。这就使得人们从根本上改变以往设计材料和产品的思路。高聚物是与未来的高新技术产业息息相关的，从生物工程到微电子工程的发展都依赖于人们合成和研制新型高聚物的能力。电活性高聚物、光电高聚物、有控释放高聚物、生理活性高聚物、聚合物合金、有机基质复合物、高聚物-无机物纳米复合材料等，都是
28、新型高聚物的代表，它们给人们提供了电子-电气、生物工程、宇航等领域所需的先进材料（包括结构材料、纤维、薄膜、粘结剂、涂料、泡沫体、复合物等）和设计、制造新型元器件的基础。对其中很多用于可接触高温的高聚物，阻燃和耐热是必不可缺的要求。第五节 要求提高材料阻燃性的应用领域 一、 电视机制造业 要求提高材料阻燃性的一个应用场所是电视机制造工业，因为电视机火灾仍然是一个不容忽视的问题。以欧州为例，目前1亿4千万住户拥有2亿1千7百万台电视机，每年电视机的销售量达22002300万台。1996年，欧洲由于电视机引发的火灾为2,200次，或者说每百万台电视机发生火灾约10起。每年由此死亡16人，伤197人
29、。至20世纪80年代中期，电视机火灾已下降约50%。引发电视机火灾的首要原因在于电视机及其附属设备的内部结构和所用材料。电视机起火时，先是阴燃，随后是明燃，最后也可能发生爆炸。有鉴于此，有人建议要提高电视机用材料的阻燃性能，还要改进电视机的设计和生产，以避免形成引火源。例如，采用低可燃性材料制造邻近潜在引火源的内部元器件，采用阻燃外壳以限制火焰传播等。不过，法国有一家公司认为，上策是改进产品设计，一是避免形成引火源；二是即使形成了引火源，应使其不致外泄，而封闭在一定空间内；三是各元器件应彼此隔开，以阻止火焰传播。至于采用阻燃材料是对环境不友好的行为，实为下策。但是，再完善的产品设计也不能解决外
30、部引火源对产品的燃烧危险。在德国，有20%35%的涉及电视机的火灾是由外部引火源（如蜡烛）导致的。因此，舆论还是要求采用阻燃的电视机外壳及元器件。 二、家具制造业要求提高材料阻燃性的第二个应用场所是家具制造业。1994年，美国CPSC提出了一个关于小的敝口火焰引燃源对家具危险性的报告。这类引火源包括香烟、火柴和蜡烛，由于它们引燃家具而导致的火灾，每年在美国有3,100起，致死100人，致伤460人，财产损失5，000万美元。但1980年与1994年相比，美国家庭火灾致死人数已减少了2/3，但由上述小火源引发的家具火灾而致死的人数则几乎未变。专家们认为，制订一个有关这方面的阻燃法规，可以减少火灾
31、伤亡人数和财产损失。试验证明，家具罩布的阻燃性是家具是否易于被引燃的重要因素，因此，应当对家具罩布的阻燃性提出一个标准（例如通过小敝口火焰试验），但在符合这个标准的前提下，家具商可自由选用罩布，他们可以选用本质阻燃织物，也可对易燃织物进行阻燃后处理，或者将阻燃剂加入纤维中。目前，经阻燃处理的织物已用于汽车和飞机座椅，也经常用于商业和工业家具。据大概估计，采用阻燃家具罩布虽然会增高费用，但如与火灾损失相比，仍然应选择前者。在完全了解阻燃家具罩布所用阻燃剂能够安全使用后，美国国会有可能通过这个法规。 三、家用电器制造业要求提高材料阻燃性的第三个应用场所是电视机以外的家用电器制造业。目前，全球每年都
32、发生数以千万计的小型家用电器火灾，其原因包括内部元器件失灵和未阻燃塑料外壳被引燃等，这类家用电器包括电加热器、风扇、监视器、咖啡壶等，它们本来应当阻燃的，可能是由于设计方面的缺陷或使用材料不当而造成事故。美国CPSC建议通过自愿遵守的标准采用阻燃材料制造这类小型家电的外壳，并已就此事与UL实验室、塑料工业协会及家电制造商进行过磋商。UL实验室也成立了一个“电子-电气设备外壳火灾危险性”的顾问小组，但研究的重点是能够产生引火源的家电。CPSC建议，应当采用UL94V-0阻燃级材料制造某些家电的外壳。UL实验室建议，家电中小于3mm的塑料连接件（非焊接）应采用UL94V-0或V-1级材料，或采用通
33、过热丝实验（750，30s）的材料制造。对用于塑料轴承元件的材料，应通过125球压力试验。如果上述建议获批准，估计也需要几年才能实现。显然，大量未阻燃塑料的被引燃，的确是一大危害。据估计，在一个家用房间内，只要有约5kg塑料被引燃，即可引起严重的危及人身安全的火灾。所以，电视机和计算机的外壳首先应当采用阻燃塑料制造，对其他家电和某些电子-电气产品以及家具的罩布，都应出台相应的法规，提高它们的阻燃性能。第六节 改变阻燃材料类型的推动力在某些情况下，人们不需提高材料的阻燃性能，但要求改变阻燃材料的类型。或者由于阻燃标准统一化，或者由于环境问题，或者由于设计更新或价格因素等，均可能要求选用新的阻燃塑
34、料。例如，为了降低成本，需采用阻燃通用塑料来代替阻燃工程塑料；为了提高元器件的功能和性能，需采用高性能的树脂等。一、 阻燃标准国际化和统一化随着经济的全球化，需要统一各国的阻燃标准，以消除贸易壁垒。因为单一国家的产品和测试标准不利于产品在各国间的流通，所以，在科学的基础上制订国际阻燃标准来代替现存的多个阻燃标准就成为十分必要的了。在1991年，北欧就提出了统一建材（壁纸、天花板衬里）阻燃性测试方法的研究规划，并以锥形量热仪（ISO5660）和大型燃烧试验（ISO9705）两者的测试结果来划分壁纸和天花板衬里材料的阻燃级别，还建立了一个由锥形量热仪测定结果来预测ISO9705大型燃烧试验时火势成
35、长的数学模型。此分类方法与欧洲各国现用的分类方法相比，对高阻燃性产品是彼此吻合的，但对低阻燃性产品则不然，所以尚未被批准实行。要想废除现行的各国测试方法和标准是不容易的，特别是当涉及产品认证时更甚。最近，欧共体各国还在讨论一种适用于建材的以ISO9705法为基础的阻燃测试方案，提出采用材料发生暴燃的时间、释热速度，生烟速度及其他阻燃参数来评价材料的阻燃性，且已测试过约30种建材产品，虽还存在一些问题，但正逐渐为各国所接受。此外，一些欧洲国家还制订了共同接受的评价和测试家具及床上用品阻燃性的法规，这类法规的着重点是限制上述材料燃烧时对人的危害，即应控制材料燃烧时的释热速度、生烟量及毒气体量，而这
36、些参数可采用家具量热计及锥形量热计测得。人们还建立了三种不同的数字模型，用来由锥形量热仪的测试结果预测家具的燃烧情况，但这类模型不适用于塑料家具。电子-电气产品阻燃测试方法和标准的国际化更是迫切的。以前，这类产品的安全标准有些是各国独立制订的，有一些是国际标准。在这类产品测试标准的国际化进程中，首先统一的就是计算机和办公室设备的标准，如现在的IEC60950。最近，这个标准也已用于通讯技术设备，因为现在的计算机已经连网。其次要统一的是家用电气产品，特别是这些产品也已入网时，它们应采用什么样的阻燃标准，就更是一个值得重视的问题。当人们由国家标准步入国际标准，标准统一化进程中将会改变对材料、对产品
37、的一些特殊要求，但不一定会提高或降低它们的阻燃性能。二、 环境对阻燃材料的要求（一）材料的环保标准现代，对用于很多领域的材料，如用于制造电子-电气产品外壳的材料，必须耐冲击、耐热和抗引燃。“绿色”产品的出现，要求材料对人类健康及环境的影响较小。即要求产品和材料均应获Eco-标志及使用安全规范。Eco标志代表的含义是材料不会引起环境污染，不含某些金属，不含某些有害于人类健康的添加剂，可以循环再利用。1991年9月，德国环保商颁发了一个用于复印机的Eco标志兰天使（Blue Angel）标志,至1992年中，德国几乎每一家复印机制造商至少有一类复印机附有兰天使标志。对个人计算机及打印机也已提出过这
38、种Eco标志的要求。瑞典也已经颁发了对计算机的环保标志要求（TCO-95），要求尽量减少制造计算机所用塑料品种，销售的塑料部件应通过认证，质量大于25g的塑料部件不能含有有机氯化物及溴化物。北欧的“白天鹅”（white Swan）环保标志要求，质量大于25g的塑料部件不能解油漆或喷涂。瑞典的TCO-99及北欧的Ecolablel-98（白天鹅）环保标志要求，计算机材料不能采用PVC及含溴阻燃剂。德国的兰天使标志也要求打印机和复印机外壳材料不含卤素。欧洲的Ecolbel EU-99要求计算机外壳塑料中不含溴阻燃剂。但对上述限制，有人认为还缺乏足够的科学根据。同时，火灾分析及政府的评估日益表明，在
39、建材及其产品中限用PCV也尚欠妥当。尽管科学论据不够充分，但对绿色产品的上述要求，将导致人们改变某些正在使用的材料。如在保持材料阻燃性能不变的情况下，改用卤系以外的阻燃系统。实际上，目前已有超过300种与计算机有关的产品列入了TCO-95的范畴。 （二） 材料的回收和循环利用为了保护人类赖以生存的环境，应尽量将高分子材料回收，并加以循环利用。为此，制造的元件必须易于拆装；产品所用材料种类必须尽可能减少，以使每一种材料的回收处理规模增大；材料回收工艺应尽可能简单，回收后材料的性能应尽可能不变等。在20世纪90年代初期，法国和荷兰即有文规定，要求设备出售商从用户回收已用过的设备，并拆卸出可用的部件
40、重用或将材料再生。在1998年及1999年，欧共体又三次发布关于回收废电子-电气设备的条例（草案），最后的草案将提交给议会讨论。从材料回收而言，在塑料中加入阻燃剂似乎是不利的。尽管已有一些研究表明，很多经回收的塑料及阻燃塑料，性能变化不大，降解程度甚微，虽经多次循环而仍可使用。对阻燃PC、PPO和ABS，回收塑料的阻燃性也几乎不变。但人们仍然担心，不同阻燃剂存在于塑料中，在回收中是否会引起树脂相容性问题呢？阻燃剂的存在是否会使回收过程复杂化和妨碍回收塑料的再应用呢？对混合树脂，阻燃可能会使塑料回收过程复杂化。还有，不管材料的回收和循环利用如何完善，总有一些废料是要处理的，而含某些阻燃剂的塑料在
41、热裂和焚烧时可能生成有毒的产物，这也是阻燃给环保的潜在危害。综上所述，环保对材料的要求可能促使人们改变阻燃材料的类型。 三、 阻燃塑料的多功能化上面已经谈到，基于阻燃标准国际化和环保要求，人们有可能改变某些产品所用的阻燃高聚物。另外还有两个情况，它们也可能使产品制造商改变所用材料，从而也有可能导致改变材料所用的阻燃系统。第一种情况是，制造应为了降低产品成本，将采用低价的阻燃通用塑料来代替高价的阻燃工程塑料。第二种情况是，人们将继续致力于塑料的多功能化，降低产品中金属材料的用量。例如，1998年，通用电气公司推出了一种以新型塑料为基材的手提式个人计算机Nomad，这种计算机的很多内部元件都是PC
42、/ABS合金制造的。1997年，全球销售了6千万台家用计算机，使用了约25万吨塑料，即平均每台约4kg。Nomad的部件数由100个降至57个，组装时间由10.5min降至（67）min。这种计算机要采用一些具有特殊性能的塑料，但它们仍然能满足产品对阻燃的要求。此外，由于采用一些先进的塑料加工工艺，如制造薄壁元件的模塑工艺（壁厚由常规模塑的（2.03.0）mm降至小于1.2mm），因而注射速度及压力更高，循环时间更短，所以需要采用能满足这些加工要求的新塑料。第七节 可以少用或不用阻燃材料吗？为了降低产品成本，简化材料回收工艺，且又不引起环境问题，不使用阻燃材料是相宜的，如果能保证产品安全性能的
43、话。例如，在20世纪90年代早期，欧洲很多电视机采用阻燃材料制造电视机后板，后来由于环保压力而改变了这一作法。如第五节所述，一家法国的电视机制造商考虑到电视机的着火危险，从改进电视机设计着手来提高电视机的防火安全性，他们将电视机内有可能发生的火花局限在一个比较安全的空间内，同时将一些部件彼此隔开一定距离以防止火灾传播。他们认为，采用阻燃材料是对环境不友好的，是防火的下策。与此类似，德国一些人也认为，卤系阻燃剂受热对放出少量有毒气体，不利于塑料的正常回收。因而在德国，阻燃剂正受人们审慎对待。即使自愿采用阻燃材料，也由于价格和环境两方面的原因，一般只要求材料的阻燃性达到适当级别即可。一些欧洲电子-
44、电气产品制造商长期以来就认为，人们能够设计无故障电气元件，因而不需要采用阻燃外壳。但IEC 60905规定，对信息加工设备，应采用阻燃材料，以尽量减少在设备内及设备外材料被点燃和火焰传播的危险。该规定还详细列出了在哪些情况下，电子-电气设备需要采用阻燃外壳。还有人认为，由小于100VA功率所产生的次级电流的设备不需要阻燃外壳。如果所有的电子元件都经过彻底检测而无缺陷，一般设备也通常允许不采用阻燃外壳。即是说，通过限制一级电流，隔离危险性的充电元件和对元器件进行全面的故障检验，就可以对某些塑料部件不采用阻燃材料。目前，在一部分人们中似乎有这样一种倾向，即希望和主张更多地重视元器件的无故障检验，而
45、减少需采用阻燃设备外壳的场所。即是说，对阻燃的要求已适度降低。此外，有些阻燃检验方法也正在修订，还有某些试验方法，有人建议取消。实际上，价格、回收和环境问题已使阻燃塑料承受很大的压力。不采用阻燃剂，可以降低产品价格，使塑料回收容易，且易于满足环保要求。但不用阻燃剂则肯定会增加产品的火灾危险性，而采用其他技术途径来保证火灾安全似乎尚处于讨论阶段，人们远远没达到共识。更多的人认为，人们对阻燃材料是不宜苛求而应逐步改进的。事实上，无论哪一种材料，总是有一个或多个缺点的。PVC是一种广泛应用的材料，特别是在建筑行业中；尽管人们也认为PVC的生产、使用和处理都涉及环境问题，但它价格低廉，且由于氯含量高而
46、具本质阻燃性。如果有其他价廉的树脂代替PVC，则替代品的阻燃性恐怕是要远低于PVC的。第八节 新世纪的阻燃塑料新世纪使用的阻燃塑料应有更佳的综合性能，能在更苛刻的模塑条件下加工。例如，薄壁模塑就要求阻燃塑料在高压下具有更高的流动性，更短的循环时间，但构件的机械性能则应更好，且仍应能满足阻燃要求。塑料加工工艺不断发展，材料也应相适应。在新世纪，对环境友好的阻燃塑料的需求将会增长，火灾安全方面的有识之士也仍将继续致力于提高产品的安全性能。最近发表的一些研究结果再一次证明，在材料中加入阻燃剂不一定会增加材料在火灾中的毒害，不会增加材料焚烧时生成的有毒物，使用时也不会产生危害。而阻燃剂的确能防止火灾的
47、发生，限制火灾的蔓延，从而保障人民生命财产的安全。诚然，保护人类赖以生存的环境是我们刻不容缓的头等重要任务，但我们不能因此而不加分析地摒弃那些对环境友好的阻燃材料，致使人类火灾安全恶化。实际上，降低火灾危害也是环境保护的一个方面。阻燃塑料应能回收，且经多次模塑加工后也降解极微。为此，我们应当建立更易行的鉴定塑料中所含阻燃剂的方法，还应研究阻燃剂对混合树脂回收的影响。材料供应商和添加剂供应商均应牢记，不为顾客欢迎的材料和元件是没有市场的。同时，产品制造商在市场上销售的是产品，而不是材料、添加剂或元件，所以材料供应商应不断满足产品对材料的要求。顾客对产品的要求总是物美和价廉，而且似乎认为回收塑料比原始塑料的价格要低，但实际上并非如此，有时可能为得到回收塑料所花的代价比生产新塑料还高。在新世纪，采用的阻燃塑料类型将会减少，但阻燃塑料的某些性能将会改善，以便它们能适应更多的应用领域。而一些用量有限的塑料，将由于回收麻烦而减少或逐渐不再被使用。根据不同产品对阻燃的要求，今后有些领域将增加对阻燃材料的要求和提高材料的阻燃等级，还有一些领域会改变所用材料的类别，但不会改变材料的阻燃性能。阻燃材料的价格与性能永远是需要同时改善的，从而降低材料的价/效比；但阻燃材料的设计人员、制造商、回收商及用户，无一例外地不能回避环境问题。14
