与金属材料和无机非金属材料相比，塑料材料具有成本低、生产便捷、材料种类多等优势，在多个领域广泛应用。近些年，随着电气设备向轻量化、微型化、精细化方向发展，阻燃塑料在电气领域的应用成为当前热点。

但部分塑料材料中含有较多的碳、氢等元素，耐热性能有待提升，在发生火灾时易发生二次燃烧。通常利用材料改性的方式改进塑料材料的阻燃性能，进一步扩大塑料材料在电气设备领域的应用范围。

本文以阻燃塑料为研究对象，选择目前应用较广泛的阻燃塑料，如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)等材料为例，论述不同种类的阻燃塑料在电气设备领域的应用现状和发展趋势，为未来新型阻燃塑料的研发提供参考。

 

1、阻燃塑料概述

阻燃塑料具有良好的阻燃性能、耐化学性能、力学性能、绝缘性能，且具有成本低廉、密度低等优势，能够满足不同的生产加工需要，降低材料使用成本。

常见的阻燃塑料包括 PVC、PE、PP 等，其中 PVC 阻燃性能较好，能够直接作为阻燃材料被应用，而PE、PP等需要加入阻燃剂提升阻燃耐热性能。复合型阻燃塑料的阻燃性能、力学性能和电绝缘性能均有所提升，相比纯阻燃塑料具有更广泛的应用潜力。

常见的应用于塑料的阻燃剂包括溴系阻燃剂、磷-氮系阻燃剂、磷系阻燃剂、氢氧化铝(ATH)和氢氧化镁(MH)阻燃剂等。

2 阻燃塑料在电气设备的应用现状

2.1PVC塑料阻燃

PVC管是应用较广泛的新型合成材料，具有良好的耐热阻燃性能、较高的绝缘性、高弹性等，因此在建筑电气、电气自动化系统、配电系统领域具有较广泛应用。

随着应用场景的要求不断提高，为提升PVC的阻燃性能和力学性能，研究者们对PVC阻燃剂的种类、添加量和加工工艺进行大量研究。PVC阻燃塑料可以分为硬质阻燃型和半硬质阻燃型。

为提升硬质阻燃型PVC的阻燃性能。林雅莲以建筑工程施工电气管道的硬质PVC塑料为研究对象，采用有机蒙脱土、MH、聚磷酸铵等阻燃剂对PVC塑料进行改性。

结果表明：MH改性的PVC塑料阻燃性能最佳，MH含量为30份时，其极限氧指数(LOI)为28%，进一步说明MH改性PVC在燃烧时发生吸热、脱水反应，进而起阻燃作用，且改性PVC的力学性能得到提升。

孙英娟等探究微胶囊红磷(MRP)、硼酸锌(ZnBO3)、ATH和MH在不同配比下形成新型阻燃剂，改性软质PVC。

结果表明：当PVC/MRP/ZnBO3/ATH/MH质量比为100∶3∶1∶20∶20，PVC复合材料具有良好的阻燃性能，其LOI值可达35.9%，且烟释放量更少、热稳定性更强，为建筑电气管线应用提供参考。

PVC复合材料能够适用于80℃以下、电压600V以下的场景，是电气自动控制系统中常用的材料。马万里等利用有机硅树脂改性PVC塑料，提升材料的阻燃性能和防腐蚀性能，并将改性材料运用于电缆领域。

结果表明：改性PVC塑料的力学性能较好，拉伸强度在15MPa以上，LOI值最高达到27.3%，说明改性后材料的阻燃性能明显提升，且经过一段时间的老化腐蚀，阻燃性能仍然较稳定。

2.2 PE塑料

PE具有化学稳定性好、成本低和密度低等优势，被运用于电气设备领域，但由于PE的耐热性能较差，在火灾环境下容易散发热量，导致火势蔓延，因此限制PE的使用范围。

通常利用卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、金属氢氧化物阻燃剂等材料改性PE性能。为提升PE的阻燃性能，目前学者开展许多针对PE塑料改性剂的种类、改性条件的研究。

蒋晓娟等对PE塑料在高压电气设备中电缆的应用进行研究，选择十溴二苯乙烷(DODPE)、Sb2O3、ATH、MH、红磷母料等阻燃添加剂为改性剂，并测定改性后PE塑料的电气性能。

结果表明：MH改性的PE塑料在浸水条件下电气性能最稳定，而红磷母料改性的阻燃PE浸水后电气性能明显下降，为阻燃PE塑料的应用环境提供参考。

刘莹等[23]以六羟甲基三聚氰胺(HMM)和苯膦酰二氯(PPD)为原料制成阻燃剂，与PE塑料进行反应，并测定不同阻燃剂含量下PE复合材料的阻燃性能。

结果表明：当阻燃剂含磷量为6.22%，PE复合材料的LOI值达到29.3%，具有良好力学性能，最大冲击强度为 16.9 kJ/m2。该研究为PE材料阻燃剂的选择提供方向。

周城等对电气设备中电线电缆用PE材料进行研究，并选择改性 MH为阻燃剂对PE进行阻燃改性，测定阻燃性能和电性能。

结果表明：阻燃剂含量增加，PE复合材料的炭层更致密，阻燃性能更好，但材料的电性能和力学性能略有下降，当添加改性剂含量为70份，PE复合材料综合性能最好。PE也是电话、报警器等电子设备外壳的重要材料，提升电子设备外壳的阻燃性能和抗静电性能能够有效降低使用风险。

2.3 PP塑料

PP具有良好的电绝缘性能、抗撕裂性能和低成本性，目前在开关、电气盒子、电缆夹、电视等电气设备中应用，但由于 PP 的 LOI 值仅有 18%，在燃烧时容易出现熔滴现象，因此对PP进行阻燃改性具有重要的应用价值。

目前关于PP阻燃性能改性的研究较多，主要集中于阻燃剂种类、改性条件等方面。史彦山等[28]以PP为原材料，采用无卤P—N系膨胀型阻燃剂对PP进行改性。

结果表明：PP复合材料在受火时间6 min时烟密度较低，且达到UL94 V-0级。蔡浩等采用双螺环席夫碱为原材料制成季戊四醇磷酸酯(SPDEB)阻燃剂，并对PP进行改性。结果表明：PP复合材料的LOI值最高达到35%，通过UL94 V-0级，且相比纯PP，在燃烧时形成致密的炭层，能够起阻燃作用。

林志丹等选用用十溴二苯乙烷/Sb2O3、氮磷阻燃剂AP752/季戊四醇和 PP 熔融共混，并测定 PP 复合材料的阻燃性能、力学性能和绝缘性能。

结果表明：改性后PP复合材料的通过UL94 V-0级，LOI值为30%，电气强度为57.14 kV/mm。该 PP 阻燃塑料具有环保性，符合未来的发展趋势。

2.4 其他阻燃塑料

阻燃塑料在电子设备封装领域应用十分广泛，其中包括ABS、PU、PC等。

王亮等对电子电气设备领域使用较广泛的ABS进行改性，添加硅灰石并通过熔融共混制成阻燃ABS复合材料，并测定材料的力学性能、尺寸稳定性和阻燃性能。

结果表明：当硅灰石的质量分数为 10%，ABS复合材料的阻燃等级达到UL 94 V-0级，且尺寸稳定性和力学性能较好。在 PU 塑料的阻燃性能改性研究方面，薛竹林等[34]采用含磷多元醇(DMMP-EG)、聚磷酸铵(APP)作为复合阻燃剂，对PU塑料进行阻燃改性。结果表明：DMMP-EG和APP的比例为1∶2时，PU复合材料的力学性能明显提升，冲击强度提高 101.53%，且 LOI 值高达21.7%。

3、阻燃塑料在电气设备的发展趋势

在电气设备领域使用阻燃塑料能够满足轻量化、便捷化的发展趋势，且含卤阻燃剂高效提升塑料的阻燃性能，在阻燃塑料发展早期广泛应用。但卤素阻燃剂易释放有毒气体和腐蚀性气体，因此在环保要求不断提升的背景下，阻燃塑料向环保、无毒化、无害化的方向转型，制备低毒性、低烟量、不含卤素的阻燃塑料成为研究热点。

为研究环保且性能优异的阻燃塑料，许多研究者们积极探索。

黄新冰等以三甲硅基甲基膦酸二甲酯、氰尿酸三聚氰胺、红磷、ATH为原料，合成1种新型复合环保阻燃剂，并与HDPE通过熔融混炼，制备HDPE复合阻燃塑料，并测定材料的阻燃性能和力学性能。

结果表明：当阻燃剂质量分数为30%，HDPE复合阻燃塑料的LOI值可以达到33.4%，而未改性HDPE阻燃塑料的LOI值只有17.5%，说明经过改性后HDPE塑料的阻燃性能明显提升。

4、结论

塑料材料具有良好的耐化学性能、力学性能和绝缘性能，且加工便捷、成本低、材料密度低，在电气设备领域具有良好的应用。通过添加阻燃改性剂的方式，可以提升塑料材料的阻燃性能。

未来，随着环保要求和电气设备要求的不断提升，阻燃塑料需要向环保化、低毒性和可降解回收方向发展，新型阻燃塑料材料和高效、环保型阻燃剂将成为未来的研究热点。