燃烧是有氧化剂参加的化学反应。首先是燃料和氧化剂混合,然后混合物在点燃热源的引发下点燃，发生有焰燃烧。燃烧、氧化剂和热量是燃烧的三个基本要素。燃烧是一个十分复杂的过程,特别是聚合物的燃烧,它受聚合物材料自身的结构、热降解行为、热量和空气的扩散及点燃源等诸多内部和外部因索的影响。聚合物的燃烧过程如图7-1所示。
聚合物首先在外部热源辐照的条件下,发生热降解或有氧存在下的热氧化降解,产生可燃性挥发物。所产生的可燃性挥发物从聚合物表面释放出来,向气相扩散.并与空气中的氧化剂混合。该混合物被点燃,产生有焰燃烧。燃烧时挥发物将进一步热氧化降解,产生更易燃烧的小分子可燃物。燃烧生成大量的热,并生成一系列的燃烧产物。这些产物有H₂O.CO₂、烟尘和有毒气体(CO.HCI.HCN和SO₂等)。
燃烧产生的热量一部分被燃烧产物和周围的冷环境带走.另一部分反馈给聚合物材料表面,使聚合物进一步受热进行热降解和热氧化降解,从面连续产生可燃性挥发产物，并扩散到有焰燃烧反应区。聚合物的燃烧形成了降解、挥发物扩散、燃烧、热量反馈.降解这样的循环过程,其中每-一个阶段都不是孤立存在的，氧气的提供和扩散为燃烧过程提供了必要的条件。可以看出,挥发物向气相扩散和热量向聚合物表面反馈,并向聚合物内部
传导都是通过聚合物表面来实现的。因此,聚合物表面层是聚合物燃烧的桥梁,其在受热过程中发生的热降解。热裂解和成炭的行为对聚合物燃烧起着十分重要的作用。
聚合物的燃烧进程可分为五个阶段:加热熔融、热分解.着火、燃烧和火焰传播。加热熔融阶段:聚合物材料从外部热源得到热量而升高温度,热塑材料会因温度升高而熔融。材料的升温速率取决于聚合物材料的比热容.导热率和聚合物材料在加热过程中发生相变,或结构变化时吸收或放出的热量大小。
热分解:聚合物被不断加热，一旦高于其热分解温度,就开始分解并产生挥发性产物。根据聚合物分子的结构和组成.热分解温度的高低和生成挥发成分的快慢等特性,发生不同的热分解过程。热分解时产生下列分解产物:可燃气体,如甲烷,乙烷.丙烧、甲醛i不燃气体,如二氧化碳、氮气等;液体,即降解的熔融聚合物和预聚体:固体,指碳化物等;烟尘,即空气中悬浮的固体微粒。
着火:当聚合物分解放出的可燃气体伴有充分氧气时,就有可能着火燃烧。这和是否有点火源及可然组分的浓度有关,亦受材料如下性质影响:闪点温度。自燃温度及极限氧指数。
燃烧:材料在燃烧阶段,决定其是否继续燃烧或逐漸熄灭的因素是燃烧净热,即材料单位质量的燃烧热和加热单位临界材料到燃烧状态所需要的热量之差。净热是正值时。则燃烧放出的热量返供给正在降解的聚合物,使之产生更多的分解产物,最终造成燃烧继续进行,净值是负值时,离开热源后燃烧将停止。
