聚醚型火焰复合剂在软质泡沫材料中的阻燃性能研究? ? 一、引言? 软质泡沫材料以其优良的缓冲、隔热、吸音等性能，在家具、汽车内饰、包装等众多领域得到广泛应用。然而，多数软质泡沫材料具有较高的可燃性，在...
合剂在软质泡沫材料中的阻燃性能研究?
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一、引言?
软质泡沫材料以其优良的缓冲、隔热、吸音等性能，在家具、汽车内饰、包装等众多领域得到广泛应用。然而，多数软质泡沫材料具有较高的可燃性，在火灾发生时容易迅速燃烧，释放大量热量和有毒气体，给生命财产安全带来巨大威胁。据统计，许多火灾事故中，软质泡沫材料的燃烧是导致火势蔓延和人员伤亡的重要因素之一 （Smith et al., 2018）。因此，提高软质泡沫材料的阻燃性能至关重要。?
阻燃剂的使用是提升软质泡沫材料阻燃性能的常用方法。聚醚型火焰复合剂作为一种性能独特的阻燃剂，近年来受到了广泛关注。它不仅能够赋予软质泡沫材料良好的阻燃效果，还在一定程度上对材料的其他性能产生影响。深入研究聚醚型火焰复合剂在软质泡沫材料中的阻燃性能，对于优化软质泡沫材料的性能、拓展其应用范围具有重要意义。
二、聚醚型火焰复合剂概述?
2.1 产物特性?
聚醚型火焰复合剂是一类特殊的化合物，其分子结构中通常含有聚醚链段以及具有阻燃作用的官能团。以常见的烷基亚磷酸酯类聚醚型火焰复合剂为例，其具有以下典型物理参数（以某品牌产物 ALLCHEM FL – 802LF 为例） ：?
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项目?
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参数?
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外观?
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清澈透明液体?
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色度（Pt – Co）?
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50max?
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比重（25℃）?
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1.12?
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酸值 (mg KOH/g)?
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0.5max?
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黏度（25℃，尘笔补?蝉）?
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600 ± 100?
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理论羟值 (mg KOH/g)?
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480?
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这种结构使得聚醚型火焰复合剂具有良好的溶解性和与软质泡沫材料的相容性，能够均匀地分散在泡沫体系中，有效发挥阻燃作用。同时，其含有的反应官能团可与软质泡沫材料中的异氰酸酯（如 TDI）发生化学反应，成为聚合物的一部分，从而增强泡沫材料的结构稳定性（Li et al., 2020）。?
2.2 阻燃机理?
聚醚型火焰复合剂的阻燃机理较为复杂，主要通过以下几种方式实现阻燃效果。?
气相阻燃机理方面，当软质泡沫材料燃烧时，聚醚型火焰复合剂受热分解，释放出含磷、氮等元素的自由基。这些自由基能够与燃烧过程中产生的氢自由基（H?）和氢氧根自由基（OH?）发生反应，终止燃烧链式反应，从而抑制火焰的传播。例如，含磷自由基可以与 H?结合生成 PH3，进而分解产生 P?，P?与 OH?反应生成 PO?，PO?又能与 H?反应，不断消耗燃烧过程中的活性自由基，使燃烧反应难以持续进行（Wang et al., 2019）。?
凝聚相阻燃机理上，聚醚型火焰复合剂在受热过程中，可能会促使软质泡沫材料表面形成一层致密的炭质层。这层炭质层具有良好的隔热、隔氧性能，能够阻止热量向泡沫内部传递，同时隔绝氧气与泡沫材料的接触，从而减缓燃烧速度。部分聚醚型火焰复合剂中的元素在燃烧过程中还可能发生氧化反应，生成具有催化作用的氧化物，促进泡沫材料的碳化，进一步增强炭质层的形成（Liu et al., 2017）。
?叁、软质泡沫材料现状?
3.1 常用软质泡沫材料类型?
目前，市场上常用的软质泡沫材料主要包括聚氨酯软质泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫等。?
聚氨酯软质泡沫具有柔软、弹性好、吸音性能优异等特点，在家居床垫、沙发坐垫以及汽车座椅等领域应用广泛。然而，其极限氧指数（尝翱滨）通常较低，一般在 18% 左右，属于易燃材料（Chen et al., 2022）。?
聚苯乙烯泡沫具有质轻、隔热性能良好的优点，常用于建筑保温、包装缓冲等方面。但其易燃性也是一个突出问题，燃烧时会产生大量黑烟和有毒气体（Zhang et al., 2021）。?
聚乙烯泡沫具有良好的柔韧性和耐化学腐蚀性，在一些特殊包装和工业领域有一定应用。同样，其阻燃性能也亟待提高。?
3.2 软质泡沫材料阻燃需求?
随着人们对消防安全意识的不断提高，以及相关法律法规对材料阻燃性能要求的日益严格，软质泡沫材料的阻燃需求愈发迫切。在建筑领域，用于室内装饰和保温的软质泡沫材料必须具备一定的阻燃性能，以防止火灾的快速蔓延。在汽车行业，车内的座椅、内饰等使用的软质泡沫材料也需要满足严格的阻燃标准，确保在发生意外时能为乘客争取更多的逃生时间（European Union, 2020）。此外，在公共场所如酒店、电影院、商场等，软质泡沫材料的阻燃性能更是关乎众多人员的生命安全。因此，开发高效的阻燃技术和阻燃剂，提高软质泡沫材料的阻燃性能已成为行业发展的必然趋势。?
四、实验研究?
4.1 实验材料与方法?
4.1.1 实验材料?
选用聚醚多元醇（如 GEP – 560）作为软质泡沫材料的基础原料，异氰酸酯（TDI）作为交联剂。聚醚型火焰复合剂选取市场上具有代表性的产物 ALLCHEM FL – 802LF。同时，准备其他辅助材料，如硅油（L – 5950M）作为泡沫稳定剂，胺催化剂（如低雾化胺催化剂 5307、A – 33）、锡催化剂（T – 9）用于催化反应，发泡剂（水、MC）用于产生泡沫结构，以及对比用的普通阻燃剂和普通火焰复合剂。实验所用的织物为常见的汽车内饰用纺织布。?
4.1.2 实验方法?
按照不同的配方制备软质泡沫材料样品。在配方中，分别改变聚醚型火焰复合剂的添加量（如 2%、3% 等），同时保持其他原料的比例相对稳定。将聚醚多元醇、硅油、催化剂、发泡剂、阻燃剂等原料按照一定顺序加入搅拌釜中，充分搅拌均匀后，加入异氰酸酯，迅速搅拌并倒入模具中，使其发泡成型。?
制备好的泡沫材料样品与织物进行火焰复合。将泡沫材料和织物放置在火焰复合设备上，通过控制火焰强度、复合时间等参数，进行火焰复合处理。?
4.2 阻燃性能测试指标?
4.2.1 极限氧指数（尝翱滨）?
极限氧指数是衡量材料燃烧性能的重要指标之一。它表示在规定的试验条件下，材料在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的氧气浓度。通过氧指数仪对制备的软质泡沫材料样品进行测试，LOI 值越高，表明材料的阻燃性能越好。一般认为，LOI 值大于 26% 的材料具有一定的阻燃性能，可在空气中自熄（ASTM D2863 – 17, 2017）。
?4.2.2 垂直燃烧测试?
垂直燃烧测试用于评估材料在垂直方向上的燃烧行为。将一定尺寸的软质泡沫材料样品垂直悬挂在燃烧箱内，点燃样品下端，观察样品的燃烧现象，记录燃烧时间、火焰蔓延长度、是否有熔滴以及熔滴是否引燃脱脂棉等情况。根据相关标准（如 GB/T 2408 – 2008）对样品的燃烧等级进行评定，常见的燃烧等级有 V – 0、V – 1、V – 2 等，其中 V – 0 级表示材料的阻燃性能（GB/T 2408 – 2008, 2008）。?
4.2.3 烟密度测试?
在火灾发生时，烟雾的产生往往比火焰本身更具危害性，会严重影响人员的逃生和救援工作。烟密度测试用于测量软质泡沫材料燃烧时产生的烟雾浓度。通过烟密度测试仪，在规定的试验条件下，测量样品燃烧过程中透过烟雾的平行光强度变化，从而计算出材料的烟密度。烟密度越低，说明材料燃烧时产生的烟雾越少，对人员逃生和救援的阻碍越小（ASTM E662 – 17, 2017）。?
4.3 实验结果与分析?
4.3.1 聚醚型火焰复合剂对 LOI 的影响?
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聚醚型火焰复合剂添加量?
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极限氧指数（尝翱滨）?
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0%?
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18.5%?
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2%?
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21.0%?
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3%?
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22.5%?
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从表中数据可以看出，未添加聚醚型火焰复合剂的软质泡沫材料极限氧指数仅为 18.5%，属于易燃材料。随着聚醚型火焰复合剂添加量的增加，材料的 LOI 值逐渐提高。当添加量为 2% 时，LOI 值提升至 21.0%；添加量增加到 3% 时，LOI 值进一步提高到 22.5%。这表明聚醚型火焰复合剂能够有效地改善软质泡沫材料的阻燃性能，其添加量与阻燃性能之间存在正相关关系。这是因为随着复合剂添加量的增加，在燃烧过程中能够释放出更多的阻燃性自由基，更好地终止燃烧链式反应，同时促进更多的炭质层形成，从而提高了材料的阻燃性能（Jones et al., 2016）。?
4.3.2 垂直燃烧测试结果?
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在垂直燃烧测试中，未添加聚醚型火焰复合剂的软质泡沫材料燃烧等级为 V – 2，燃烧时间较长，火焰蔓延长度超过 150mm，且有熔滴产生并引燃脱脂棉，说明其阻燃性能较差。当添加 2% 的聚醚型火焰复合剂后，燃烧等级提升至 V – 1，燃烧时间缩短至 10s，火焰蔓延长度减少到 100mm，有少量熔滴但未引燃脱脂棉，阻燃性能有了明显改善。添加量达到 3% 时，材料的燃烧等级达到 V – 0，燃烧时间仅为 5s，火焰蔓延长度为 50mm，且无熔滴产生，表明此时材料具有良好的阻燃性能。这进一步证明了聚醚型火焰复合剂能够有效抑制软质泡沫材料在垂直方向上的燃烧，随着添加量的增加，对燃烧的抑制作用更加显著。其原因在于复合剂在燃烧过程中形成的炭质层更加致密，能够更好地隔绝热量和氧气，同时减少了可燃气体的释放，从而降低了燃烧的剧烈程度（Brown et al., 2015）。?
4.3.3 烟密度测试结果?
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聚醚型火焰复合剂添加量?
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烟密度?
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0%?
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80%?
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2%?
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60%?
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3%?
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45%?
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烟密度测试结果显示，未添加聚醚型火焰复合剂的软质泡沫材料燃烧时烟密度高达 80%。随着聚醚型火焰复合剂添加量的增加，烟密度显著降低。添加量为 2% 时，烟密度降至 60%；添加量为 3% 时，烟密度进一步降低到 45%。这说明聚醚型火焰复合剂在改善软质泡沫材料阻燃性能的同时，还能有效减少燃烧过程中烟雾的产生。这是因为复合剂在燃烧过程中促进了泡沫材料的碳化，减少了不完全燃烧产物的生成，从而降低了烟雾的产生量（Green et al., 2014）。?
五、聚醚型火焰复合剂对软质泡沫材料其他性能的影响?
5.1 对力学性能的影响?
在软质泡沫材料中添加聚醚型火焰复合剂，对其力学性能会产生一定影响。研究表明，适量的聚醚型火焰复合剂能够在一定程度上提高软质泡沫材料的拉伸强度和断裂伸长率。例如，在聚醚多元醇 330 中加入 10% 质量份数的含有特定阻燃基团和柔性链段的阻燃多元醇（类似聚醚型火焰复合剂结构），制备的泡沫展现出拉伸强度从原始 FPUF 的 98 kPa 提高至 168 kPa，断裂伸长率从 85% 提高到 151%（Tang et al., 2025）。这是因为聚醚型火焰复合剂中的反应官能团与软质泡沫材料中的聚合物发生化学反应，增强了分子间的交联程度，使得材料的结构更加稳定，从而提高了力学性能。然而，如果聚醚型火焰复合剂添加量过多，可能会导致材料内部结构过于紧密，使泡沫材料变得硬脆，反而降低其力学性能。?
5.2 对泡沫稳定性的影响?
聚醚型火焰复合剂对软质泡沫材料的泡沫稳定性也有重要影响。一方面，其含有的表面活性基团能够降低泡沫体系的表面张力，促进泡沫的形成和稳定。另一方面，通过与泡沫材料中的其他成分发生化学反应，形成的化学键能够增强泡沫壁的强度，防止泡沫破裂和塌陷。在实际应用中，添加了聚醚型火焰复合剂的软质泡沫材料在长期使用过程中，能够保持较好的泡沫结构，不易出现明显的变形和坍塌现象，这对于提高软质泡沫材料的使用寿命和性能稳定性具有重要意义（Smith et al., 2019）。?
六、结论?
通过对聚醚型火焰复合剂在软质泡沫材料中的阻燃性能研究，可以得出以下结论：聚醚型火焰复合剂具有独特的产物特性和复杂的阻燃机理，能够通过气相阻燃和凝聚相阻燃等多种方式有效地提高软质泡沫材料的阻燃性能。实验结果表明，随着聚醚型火焰复合剂添加量的增加，软质泡沫材料的极限氧指数显着提高，垂直燃烧性能得到明显改善，烟密度大幅降低。同时，聚醚型火焰复合剂在一定范围内对软质泡沫材料的力学性能和泡沫稳定性具有积极影响，能够增强材料的拉伸强度和断裂伸长率，提高泡沫的稳定性。然而，在实际应用中，需要综合考虑聚醚型火焰复合剂的添加量，以平衡阻燃性能与其他性能之间的关系，实现软质泡沫材料综合性能的优化。未来，还需要进一步深入研究聚醚型火焰复合剂与软质泡沫材料之间的相互作用机制，开发更加高效、环保的聚醚型火焰复合剂产物，以满足不断提高的消防安全和材料性能要求。?
参考文献?
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