塑料燃烧特性及防范措施

大多数塑料都是可燃性材料，即使是阻燃或难燃材料，只要加热到一定温度遇火也会着火或引发自燃。塑料的可燃性是由于塑料受热到一定温度后会发生降解，并释放出分解物，其中有甲烷、丙酮、CO等可燃性气体，当其达到一定浓度和温度后，在外部火源作用下点燃或引发自燃形成燃烧状态的缘故。

1.塑料燃烧的特点

塑料的燃烧，具有如下特点：

1）塑料的燃烧首先发生在表面层，火焰会向四处蔓延，在燃烧中材料要吸收热量，同时其本身燃烧时又会放出热量，如果燃烧部分放出的热量大于点燃未燃部分发生热燃烧需吸收的热量，则即使离开点火源材料也会继续燃烧，反之离火缓熄或离火即灭。

2）各种塑料的燃烧形式不同，有迅速燃烧和缓慢燃烧等，且与塑料性能相关。通常，热塑性塑料比热固性塑料易燃；热塑性塑料中含有苯环、卤素组分的塑料难燃；比热容大、热导率低、不易分解，以及燃烧吸热量大释放热量小的材料，一般难燃或慢燃料，燃烧速度也慢。

3）有些塑料有自燃性，即当塑料受热到临界点时，受热释放出的可燃性气体达一定浓度时，即使外界仅有一小点火焰或者无火焰，也会自行爆炸，发生有焰或无焰燃烧，前一种称为闪点燃烧，后者称为自燃。

4）多数塑料在燃烧过程中会发生熔滴灼伤，且散发大量窒息性烟雾和有害毒气，如Cl₂、HCl、SO₂、NH₂、氟化氢、氰化氢及光气等，对人体有强烈毒性和刺激性，对设备也有很大的腐蚀作用。

5）为了降低塑料的可燃性，人们采用了添加阻燃剂等方法，但即使是阻燃塑料在持续火焰点着下也会发生燃烧，只是延缓引着时间，降低燃烧速度及离火后可自熄而已。

由于塑料的燃烧会带来极大的危害性，而塑料制品又广泛用于各行各业及人们日常生活之中，所以人们已高度重视对塑料燃烧的防范工作，并针对各种塑料的燃烧特征制订了多种测试方法。掌握各种塑料的燃烧性能可正确、合理、安全地使用塑料，拓宽其使用范围。

2.塑料燃烧性测试方法及标准

测试塑料燃烧性的方法很多，有着火性试验，表面火焰传播试验、发热量试验、发烟性试验、耐火性试验、分解气体燃烧性分析等。本书仅介绍测试着火、发烟性的试验方法及相关标准。

（1）塑料水平、垂直燃烧性试验及标准 GB/T 2408—2008《塑料燃烧性能测定水平法和垂直法》规定，测试时将标准试样分别放置在规定的水平或垂直位置，按规定的测试步骤用煤气、天然气或石油气等可燃气，通过本生灯发生的火焰燃烧试样，观察其燃烧速度、自熄、滴落物状态等燃烧情况来评定各种塑料的燃烧性能。其评定等级分为几个现分述如下：

1）水平燃烧。根据下面给出的判据，应将材料分成HB、HB40和HB75（HB=水平燃烧）级。

①HB级材料应符合下列判据之一：

●移去引燃源后，材料没有可见的有焰燃烧。

●在引燃源移去后，试样出现连续的有焰燃烧，但火焰前端未超过100mm标线。

●如果火焰前端超过100mm标线，但厚度为3.0～13.0mm、其线性燃烧速率未超过40mm/min，或厚度小于3.0mm时未超过75mm/min。

●如果试验的厚度为（3.0±0.2）mm的试样，其线性燃烧速率未超过40mm/min，那么降至1.5mm最小厚度时，就应自动地接受为该级。

②HB40级材料应符合下列判据之一：

●移去引燃源后，没有可见的有焰燃烧。

●移去引燃源后，试样持续有焰燃烧，但火焰前端未达到100mm标线。

●如果火焰前端超过100mm标线，线性燃烧速率不超过40mm/min。

③HB75级材料，如果火焰前端超过100mm标线，线性燃烧速率不应超过75mm/min。

2）垂直燃烧。根据试样的行为，按照表4-7所列的判据，把材料分为V-0、V-1和V-2级（V=垂直燃烧）。

表4-7 垂直燃烧级别

注：如果试验结果不符合规定的判据，材料不能使用本表方法分级，可采用水平燃烧试验方法对材料的燃

烧行为分级。

（2）UL94燃烧标准 该标准为美国保险商实验所制订的燃烧测试标准，目前被广泛应用。它是将试样按水平或垂直放置时用本生灯点燃，测定试样燃烧速度、自熄、滴落物（熔体滴落情况）来评定塑料的阻燃等级的。按塑料阻燃程度可分为UL945V、UL94V-0、UL94V-1、UL94V-2（均为垂直燃烧）及UL94HB（水平燃烧）五个等级。部分测定燃烧等级的判据见表4-8。(www.xing528.com)

该标准中V-0为保险阻燃等级，在垂直燃烧测试时火焰长度为19mm（3/4in）。测试时先点燃试样，再移开火焰，塑料能快速自熄，并无熔体滴落，5V级是最严格的检测方法，火焰长度为127mm（5in）。试样经5次燃烧，不允许熔体滴落，无明显扭曲和烧蚀空洞；V-1、V-2级允许自燃时间长，慢燃自熄，当熔体滴落在下面304.8mm（1ft）远的棉花团上时，V-1不允许引燃棉花，V-2为能点燃棉花；UL94HB用于慢燃不能自熄的材料，为水平燃烧测试方法，该级别的塑料为阻燃性最低的等级，常用于测试在垂直燃烧法测试时不能通过的塑料。

表4-8 UL94部分测定燃烧等级的判据

（3）塑料燃烧氧指数（OI）试验法 塑料燃烧时需从空气中择取氧气，只有有足够浓度的氧气，才能保持燃烧，利用这个道理建立了氧指数测试方法。所谓氧指数是指塑料在（23±2）℃的O₂、N₂混合气体中，刚好能维持平稳燃烧时，所需的最低浓度O₂占混合气体中的体积分数，称为氧指数，符号为OI。该方法判断塑料在空气中与火焰接触时燃烧易难程度非常有效，且较可靠，故为世界各国所重视，应用很广，是目前常用于判定均质固体塑料、层压塑料、泡沫塑料、软片塑料和薄膜塑料燃烧性能的主要方法之一。我国该方面的有：标准为GB/T 2406.1—2008《塑料用氧指数法测定燃烧行为第一部分：导则》和GB/T 2406.2—2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》。氧指数值越高，则材料的耐燃性越好。通常设定塑料最低氧指数值为22%，若某塑料的OI值<22%，则为易燃材料；OI值为22%～27%，则为自熄材料；OI值>27%，则为难燃材料；>30%为不燃材料。几种塑料的OI值见表4-9。

（4）烟密度 塑料燃烧分解时会释放出大量有刺激、窒息、呛人的有毒气体，其扩散速度极快，刹时即可造成烟雾弥漫的险情，是火灾人员伤亡的主要原因之一。因此，对各种塑料都应进行发烟性测定，相应的国家标准有GB/T 8627—2007《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》、GB/T 8283.1—2008《塑料烟生成第一部分：烟密度试验方法导则》和GB/T 8283.2—2008《塑料烟生成第二部分：单室法测定烟密度试验方法》等。

发烟性用最大比光密度（又称为烟密度）表示。烟密度定义为以平行光束穿透烟雾的透光率变化计算出在规定试样面积和光程长度下相应的光密度值，用D_s表示。如果塑料的烟密度<300，则称其为抑烟塑料，烟密度>300的应作消烟处理后才可使用。常用塑料的烟密度值见表4-10。

表4-9 常用塑料的OI值/UL94等级（%）

表4-10 常用塑料的烟密度

（5）其他燃烧性指标 这里再介绍以下三个指标。

1）点着温度。按GB/T 4610—2008《塑料热空气炉法点着温度的测定》，将试样放在试验装置中按规定的标准升温加热，直至发生分解释放出可燃性气体，此时经外界火焰点燃并达到平稳燃烧的规定时间（5s）时的最低加热温度，称为点着温度。该温度越低，塑料的耐燃性越差。此法常用于测定0.5～1.0mm的颗粒料。

2）炽热棒法。这是用电加热棒加热塑料的间接火焰测试法，按不同标准分别用于测试硬质塑料及增强塑料。在GB/T2407—2008中规定了三个等级，Ⅰ级为无可见火焰；Ⅱ级为火焰燃烧长度>25～<100mm范围内会自熄；Ⅲ级为火焰燃烧长度>100mm。

3）闪点和自燃点。这两个指标是用于测定塑料在受热或火焰作用下的燃烧性的。前者是被测塑料或制品受热分解释放出的可燃气体，刚刚可被小火点着试样时周围空气的最低起始温度。后者是被测塑料受热到一定温度后，即使外界无火源，它也会自行燃烧及爆炸，从而发生有焰或无焰燃烧时周围空气的最低起始温度。这两种指标用于评定塑料燃烧的危险性。

在实际工作中，我们通常将耐燃性分成易燃、慢燃、自熄、阻燃（难燃）和不燃等5个等级作为定性指标，但所有这些试验都只能用作评价材料耐燃性和品质用，因试验都只是在小规模燃烧时测试的，不能确切地反映着火现场的情况。此外，塑料的耐燃性还受很多因素影响，需结合实际情况进行评定。

3.影响耐燃性的因素

（1）材料的性能塑料的性能是决定耐燃性的主要因素，从塑料燃烧的机理来看，塑料分解、释放可燃物是关键因素。所以凡是易分解或分解温度低、释放分解物量大的塑料耐燃性都差。通常，分子结构复杂，相对分子质量大且分布集中、密度大、结晶度高、刚性强、熔点高、分解温度高、不易分解、热导率小及比热容大的塑料耐燃性也好，氧指数、闪点及燃点都高。

填料、助剂、染料也会影响耐燃性的各种指标。有石棉、增强纤维、云母、阻燃剂及无机染料的塑料，耐燃性好，闪点等其他指标也高。含有机填料及添加剂中挥发物多的材料，烟密度会较大。几种塑料的燃烧特性见表4-11。

表4-11 几种塑料的燃烧特性

（2）环境因素 环境因素对燃烧程度及燃烧速度也有较大影响。

1）环境温度及湿度的影响。环境温度增高会使材料OI值下降。但当空气流通较稳定时，温度升高也会使闪点和自燃点增高。

相对湿度高时材料不易燃烧。但对吸湿性塑料，即含酯基、酰胺基、亚胺基、缩醛基及醚基的PA、PVA、PAN等塑料，在潮湿环境下耐燃性下降，易发生燃烧，故在高温潮湿环境中不宜用吸湿性塑料。

2）引着条件的影响。引着条件是指火源的种类及火焰燃烧程度。通常，在试验时用天然气或丙烷气等燃气，因由本生灯调节热值，故引着条件影响不大，而在自然条件下燃烧时，如果燃料热值大，火焰高度处于最高温度，则会降低材料的耐燃性并增大燃烧速度。例如，天然气及液化气的热值比煤气、甲烷、丙烷气大，易点着材料，燃烧速度也快，发烟密度也大。如果引火火焰高度不能使材料充分燃烧，虽然燃烧速度会降低，但发烟密度会增大，特别在无焰燃烧时更显著。

3）周围空气有氧状态的影响。当环境空气流动速度大时，会提高闪点、自燃点及OI值。但有氧条件下，随氧浓度的增加，塑料的耐燃性会下降。通常，大分子链上不含亚甲基长链结构，而含无机元素的塑料，此时耐燃性较好。

4）制品因素的影响。制品厚度薄、表面积大、燃烧时产生熔滴现象的制品，耐燃性差；而制品厚度大时，发烟密度会变大。此外，各向异性材料不同方向也会影响耐燃性及燃烧速度，平行方向耐燃性好，燃烧速度慢。同时，制品的加工缺陷，如飞边、老化、裂纹、溶胀、气泡等，都易引发燃烧，降低耐燃性。

综上所述，塑料耐燃性的各种指标会受诸多因素的影响，所以在制品使用，储存时更注意各影响因素，妥善处置，谨防着火。