膨胀型阻燃剂及应用ppt课件
新型膨胀阻燃剂在钢结构防火涂料中的应用
灭火剂与阻 燃材料
新型膨胀阻燃剂在钢结构防火涂料中的应用
张 翔。张 帆
(公安部四川消防研究所,四川都江堰611830)
摘 要:将新型磷酸酯三聚氰胺盐阻燃剂应用于钢结构防 火涂料中,研究其在不同聚合物基料中的防火效果,并与传统 膨胀阻燃剂的耐火性能进行比较。耐火时间测试结果表明采 用丙烯酸树脂和醇酸树脂复配体系作为树脂基料的防火涂料 具有良好的耐火性能(耐火时间65 min)、均匀致密的膨胀炭 层,涂料流平性好,易于涂刷。与传统膨胀阻燃剂相比,添加新 型磷酸酯三聚氰胺盐阻燃剂的防火涂料具有更好的防火性能, 其耐火时间更长,膨胀炭层结构更加均匀、致密、强度更高。 关键词:防火涂料;无卤膨胀阻燃荆;炭层结构 中图分类号lX924.4,TU545 文献标志码:A 文章编号:1009—0029(2012)04—0394—03
随着城市化建设和工业化的飞速发展,钢结构在工
业厂房、影剧院、候机楼、商场、体育馆等超高层、大跨度
建筑中被广泛采用。钢材虽是一种不燃烧的材料,却是
热的良导体,其机械强度随着温度的升高而降低,承载状 态下的失效临界温度为540℃。在遭遇火灾时,只需1O
min就会超过钢结构的失效临界温度,在纵向和横向压
力的作用下钢结构扭曲变形,而失去支撑能力导致建筑
物垮塌损毁。鉴于钢结构自身缺陷及其在国民生活中的
重要作用,必须对钢结构实施有效的防火保护。目前,对
钢结构实施保护的主要方法之一,就是在钢结构表面施
涂钢结构防火涂料。当遇到火灾时,防火涂料作为一种
隔热层,使热量向钢结构的传导速度大大降低,从而赢得
灭火救援时间,避免和减轻火灾损失。 防火涂料又称阻燃涂料,除了具有普通涂料的装饰
和防腐性外,还具有防火保护的功能。防火涂料涂覆在
易燃基材表面,有改变材料表面燃烧特性、阻止火焰迅速
蔓延、形成隔热层使底材与热源隔离等功能;涂覆于建筑
构件上,可以提高构件的耐火极限。按防火机理的不同,
简述膨胀型阻燃剂的研究现状
l1研究园地
简述膨胀型阻燃剂的研究现状
陶伟民
(云南景皓消防技术咨询有限公司)
摘要:膨胀性阻燃剂,又称IFR,是近年来开发的以磷、氮为主要组成的新型复合阻燃剂。这类阻燃剂受热时,表面能形成致密泡沫层,
起到隔热、隔氧、抑制烟雾的作用,又能防止熔滴现象,具有良好阻燃性能。具有无卤、低烟、低毒的优点,通过炭源、酸源、气源的协同作
用,燃烧时材料表面形成致密的多孔泡沫炭层,阻止热源传递以及隔绝氧源,从而阻止火焰的蔓延和传播,具有十分广阔的发展前景。 主要介绍了膨胀性阻燃剂的灭火原理,并对其研究现状进行了相关探讨。
关键词:膨胀型;IFR;阻燃剂:三源;研究:现状
引言
随着国民经济的不断发展,火灾的发生频率越来越高,造
成了极大的损失。随着科技的发展,有机材料得了广泛的应用,
新的阻燃剂层出不穷。在众多的阻燃剂品种中,膨胀性阻燃剂
具有阻燃效果好,用量少等优点,受到了人们的青睐。当添加了
膨胀阻燃剂的材料体系与火焰或其它点燃接触时,体系表面温
度超过3oo℃时,阻燃剂通过化学反应在火焰与可燃基材之间
形成稳定的泡沫状炭层。膨胀型复合阻燃剂,具有阻燃效果好、
低烟、低毒、添加量少等优点,逐渐受到人们的关注,近几年来,
成为了消防材料研究最为活跃的领域之一。
1膨胀型阻燃剂介绍
1.1膨胀型阻燃剂的组成部分
膨胀型阻燃剂系以磷、氮为主要组成的阻燃剂,它不含卤
素,也不采用氧化锑为协效剂。含有这类阻燃剂的高聚物受热
时,表面能生成一层均匀的炭质泡沫层,此层隔热、隔氧、抑烟,
并能防止产生熔滴,故具有良好的阻燃性能(高聚物所能承受
的外部火焰温度与其表面焦炭层厚度有关),如表1。
衷1高聚物所能承受的外部火焰温度与其表面焦炭层厚度关系表
堡壅星 壁!竺 i : l : l :! l 承受温度(℃) f 342 f N3 f 1500 f 4600
1.2膨胀型阻燃剂有三个基本要素
膨胀型阻燃剂有三个基本要素,即酸源、炭源和气源。
阻燃剂
2概述
Ø自20世纪60年代以来,阻燃剂经历了70年代到80年代初每年增长百分之
十以上的蓬勃发展时期,90年代进入稳步发展阶段。
Ø1997年阻燃剂的销售额超过22亿美元,其中溴系阻燃剂占39%,有机磷
系占23%,无机类占22%,氯系占10%,三聚氰胺类占6%。1998年全
球阻燃剂总耗量约1100kt
1998年全球主要国家和地区阻燃剂消耗量/kt
阻燃剂美国西欧日本其他国家或地区总计
溴系68.351.547.897264.4
有机磷系57.1712619173.1
氯系18.524372.12065.3
氢氧化铝259160429470
氧化锑28.023.015.52086.5
其他42.729.810.583
总计473.6360143.91651142.5
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4Ø理想的阻燃剂
v阻燃效率高,添加量少;
v无毒,无烟,对环境友好;
v热稳定性好,便于加工;
v对被阻燃物各项性能影响小,不渗出,便于回收;
v使用方便,使用面广,还要价格便宜。
v同时具有上面这些要求的阻燃剂几乎是不存在的,只能是在满足基本
要求的前提下取得最佳的综合平衡。
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6Ø自1986年以来,德国等欧洲国家与美国就多溴二苯醚等卤系阻燃剂的
毒性与环境问题展开争论,
Ø在缺乏溴系阻燃剂合适代用品的前提下,溴类阻燃剂在世界范围内还
会被用相当长的时间,而且还会有一定的增长率。但从长远看阻燃剂
的无卤化是人们最终目标。
Ø超过80%的含卤阻燃剂用于电子、办公设备及建筑工业,主要品种是
热塑性通用塑料(苯乙烯及其共聚物等)、热塑性工程塑料和热固性
塑料(如)环氧树脂。
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8Ø1.无机磷阻燃剂
v磷酸铵ü在1820年左右,盖.吕萨克对纺织品的阻燃问题系统地进行了研究,他利
膨胀型阻燃剂在聚丙烯中的应用研究
研究・开发 弹性体,2006.10 25,16(5):40~42 CHINA ELAST0MERICS
膨胀型阻燃剂在聚丙烯中的应用研究
吕日红 -一,杜长海 ,韩铁良 ,王连恺 ,任怀兴
(I.吉林长春工业大学,吉林长春13002212.吉化集团公司精细化工技术中心,吉林吉林132021;3.中国石油吉 化集团公司动力厂。吉林吉林13202I;4.中国石油吉林石化公司双苯厂,吉林吉林13202I)
摘要:使用磷酸、季戊四醇、三聚氰胺合成了一种膨胀型阻燃荆。采用热重分析(TGA)、红外光谱 分析( lR)、氧指数晨6定和垂直燃烧实验,研究了所合成的膨胀型阻燃荆对聚丙烯的阻燃作用。与普 通的膨胀型阻燃荆和包覆型膨胀阻燃剂的对比研究表明,该阻燃剂对聚.丙烯的阻燃性能优良,达到相同
的阻燃效果(聚丙烯氧指数达到34%)时,用量较其它两种膨胀型阻燃剂明显减少。抗析出和防湖性能 较其它两种膨胀型阻燃剂也有明显改善。
关键词:膨胀型阻燃剂;防潮;聚丙烯;阻燃作用 中圈分类号:TQ 325.1 文献标识码:A 文章编号i1005—3l74(2006)05—0040—03
在众多的阻燃剂无卤化的环保举措中,膨胀
阻燃技术被认为是实现无卤环保阻燃的有效途径
之一。已经商品化的膨胀型阻燃剂(IFR),由于 引进了大量低聚合度聚磷酸铵(APP),使阻燃聚
丙烯当中因存在大量的亲水基团而产生析出和吸 潮现象¨J,大大限制了膨胀型阻燃剂在聚烯烃当
中的应用和发展。针对膨胀型阻燃剂的析出和吸
潮问题,采用有机高分子物质进行包覆改性的 IFR,国外已经有文献报导 2,但是由于用有机物
进行包覆,对阻燃剂的阻燃性能有一定影响,在阻
燃剂的用量上要有所增加。笔者使用磷酸,季戊
四醇和三聚氰胺合成一种典型的膨胀型阻燃剂
——季戊四醇双磷酸蜜胺盐。该阻燃剂将酸源、 碳源和气源集中于一个分子中,从根本上解决了
阻燃材料中各组分分配不均的问题,更有利于发
阻燃剂基本知识及用途
阻燃剂基本知识及用途
技术的目的是使非阻燃材料具备阻燃的性能,在一定条件下不容易燃烧或者能够自熄。阻燃的途径不外乎
以下几种:
1、阻燃剂使可燃烧物炭化,从而达到阻燃效果。这种阻燃效果主要是在固相中发挥作用,这种类别的
阻燃材料主要是磷类阻燃剂(包括有机磷类和无机磷类)。
2、阻燃剂在燃烧条件下形成不挥发隔膜,隔绝空气达到阻燃目的。这种阻燃效果主要是在液相中发挥
作用。这种类别的阻燃材料主要有硼酸盐、卤化物、氧化锑和磷类材料,或者这几种材料间的相互反映生
成的物质。
3、阻燃剂分解产物将氢氧自由基连锁反
应切断从而达到阻燃目的。这种阻燃效果主要是在气相中发挥作用。这种类别的材料主要是在气相中发
挥作用。这类阻燃材料主要是卤化物和氧化锑。
4、燃烧热的分散和可燃物质的稀释。这类阻燃材料主要是硼酸锌、氢氧化铝、氢氧化镁等物质,主要
是因分解大量吸热、
所产生的不燃物质稀释可燃性气体而达到阻燃目的。
其他的还有氮系的阻燃剂,目前新型的磺酸盐系列(市场品为3M的FR-2025),硅系的偶联剂(GE
开发出高效产品,却因为其高昂的成本而应用不多)等。
按照标准的规定,一般采用酒精喷灯燃烧实验或者模拟巷道丙烷燃烧实验来检测产品的阻燃性能。 卤素阻燃剂基本知识
根据许多科学研究显示,卤素系阻燃剂已经成为日常环境中到处扩散的污染物,且对于环境与人类的威胁
日益升高。而制造、循环回收、或抛弃家电及其它消费性产品的行为,则是造成这些污染物释放到环境的
主要途径。为保护环境,某些卤素系阻燃剂已经不能使用在电器产品和房屋建材的塑料材料部份(此泛指塑
料的表面/外壳)。塑料材料中禁用卤素系阻燃剂的原因是此种阻燃剂无法回收使用,而且在燃烧与加热过程
中会释放有害物质,威胁到人类身体的健康、环境和下一代子孙。如同其它有毒的重金属(如铅、镉、水银、
六价铬等),欧盟(EuropeanUnion)在欧盟电子电机中危害物资禁用
(RestrictionoftheUseofHazardousSubstancesinelectricalandelectronicequipment,RHS)指令中决定在
pp的有关特性
聚丙烯(PP)塑料的几种常用阻燃剂介绍
可用于聚丙烯的阻燃剂的品种繁多,按化学组成成分可归纳为两大类:有机阻燃剂与无机阻燃剂;按使用方法又分为反应型和添加型。具有代表性的阻燃剂有溴系、磷氮系、磷系及氢氧化铝、氢氧化镁等。
1.溴系阻燃剂
溴系阻燃剂在20世纪70~80年代中期曾经历了一个快速发展的黄金时代,由于C-Br键的键能较低,大部分溴系阻燃剂在200-300℃下会分解,此温度范围正好也是聚丙烯的分解温度范围,所以在聚丙烯受热分解时,溴系阻燃剂也开始。进行分解,并能捕捉其降解反应生成的自由基,从而延缓或终止燃烧的链反应。同时释放出的HBr本身是一种难燃气体,这种气体密度大,可以覆盖在材料的表面,起到阻隔表面可燃气体的作用,也能抑制材料的燃烧。这类阻燃剂还能与其他一些化合物(如三氧化二锑)复配使用,通过协同效应使阻燃效果明显得到提高。溴系阻燃剂在聚丙烯阻燃应用上具有重要地位,目前的主要产品有十溴二苯醚、四溴双酚A、四溴二季戊四醇、溴代聚苯乙烯、五溴甲苯和六溴环十二烷等。溴系阻燃剂的主要缺点是降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性,燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体,使其应用受到了一定限制。
2.磷-氮系阻燃剂
磷-氮系阻燃剂又称膨胀型阻燃剂,含有这类阻燃剂的高聚物受热时,表面能够生成一层均匀的碳质泡沫层,起到隔热、隔氧、抑烟的作用,并防止产生熔滴现象,故具有良好的阻燃性能。膨胀型阻燃体系一般由三个部分组成:酸源(脱水剂),碳源(成碳剂)和气源(氮源、发泡源)。膨胀型阻燃剂主要通过形成多孔泡沫碳层在凝聚相起阻燃作用。磷一氮系阻燃剂具有无卤、低烟、低毒的优点。
3.磷系阻燃剂
磷系阻燃剂起阻燃作用在于促使高聚物初期分解时的脱水而碳化。这一脱水碳化步骤必须依赖高聚物本身的含氧基团,对于本身结构具有含氧基团的高聚物。它们的阻燃效果会好些。对于聚丙烯来讲,由于本身的分子结构没有含氧的基团,单独使用磷系阻燃剂时阻燃效果不佳,但是如果与(0H)3和Mg(OH)2等复配即可产生协同效应,从而得到良好的阻燃效果。
PVC配方设计之阻燃剂知识大全
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第一节 概述
大多数高分子材料,无论中天然的,还是合成的,遇火都会燃烧.阻燃剂就是一类能够防止材料被引燃或者抑制火焰传播的助剂.阻燃剂主要用于合成高分子材料或天然高分子材料的阻燃.在高分子材料中加工入阻燃剂﹐能够减少高分子材料的可燃性﹐能使高分子材料接触火焰时﹐燃烧迅速变慢﹐离开火源后能较快的自熄。注意﹐含有阻燃剂的材料并不能成为不燃材料﹐它们只能减少火灾危险﹐而不能消除火灾危险。对阻燃剂的要求是多方面的。人们希望阻燃剂能在用量很低的情况下具有持久的阻燃作用﹔希望阻燃剂无毒﹐不会在燃烧时生成有毒气体和浓烟﹔希望阻燃剂具有较高的热稳定性﹐在遇火情况下不会分解或者挥发﹔希望基础树脂的力学性能和物理性能不会由于阻燃剂的使用而损失或降低。应在材料的阻燃性及其它性能之间寻求最佳的性/价比(effect ratio /cost)﹐而不能过多地降低材料原有的良好性能为代价﹐来一味地满足阻燃性能过高的要求。除此之外﹐在提高材料阻燃性的同时﹐应尽量减少材料的热分解或燃烧生成的有毒气体信发烟量。在阻燃剂领域﹐阻燃和抑烟是相辅相成的。
阻燃剂主要是含磷﹑卤素﹑硼﹑锑﹑铅﹑钼等元素的有机物的无机物。根据其使用方法﹐阻燃剂一般分为添加型和反应型两类。添加型阻燃剂是在塑料加工过程中简单参加和混合在塑料中﹐主要用于热塑性塑料。反应性阻燃剂是在聚合物合成过程中﹐作为一个组分参加反应﹐并键合到聚合物的分子链上﹐多用于热固性树脂。有些反应型阻燃剂﹐也可在塑料的加工过程中添加。
按照化学结构﹐阻燃剂又可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂两类。无机阻燃剂包括铝﹑锑﹑锌﹑钼等金属氧化物﹑磷酸盐﹑硼酸盐﹑硫酸盐等﹔有机阻燃剂包括含卤脂肪烃和芳香烃﹑有机磷化合物﹑卤化有机磷化合物等。阻燃剂按照起阻燃作用的主要元素还可分为卤素系阻燃剂﹑磷系阻燃剂以及铝﹑锑﹑硼﹑钼等金属氧化物阻燃剂﹔也可以按大的类别分为溴系﹑磷系﹑氯系和铝基﹑硼基﹑锑基阻燃剂等。反应型阻燃剂与树脂起一定的化学反应﹐即阻燃剂与树脂之间有键的结合﹐因此反应型阻燃剂在树脂中比较稳定﹐它对火焰的抑制作用通常比添加型的持久﹐对材料的性能影响较小﹐但操作和加工工艺较为复杂。而添加型阻燃剂只是与树脂物理混合﹐没有化学反应﹐使用量较大﹐操作也比较方便﹐因此成为一种广泛采用的阻燃剂体系。
新型膨胀型阻燃聚乙烯体系
2006年第四期 阻燃材料与技术
新型膨胀型阻燃聚乙烯体系
谢飞王玉忠’
(四川大学化学学院降解与阻燃高分子材料研究中心,成都610064)
摘要合成了一种用于聚乙烯阻燃的新型膨胀型阻燃剂,并进行表征。通过
LOI、UL一94和TGA研完了该阻燃体系在金属络合物催化作用下的阻燃和热稳定
性。研究表明金属络合物可以显著提高该体系的阻燃性,它主要起自由基抑制和提
高成炭作用。该阻燃体系最高氧指数为29.8,UL一94为V一0级。
关键词聚乙烯催化阻燃金属络舍物膨胀型阻燃剂
1引言
聚乙烯具有质轻、低毒、绝缘性和机械性
好、易于加工等特性,被广泛应用于建筑、交
通、家装和电气行业。但是它氧指数很低,非
常易燃。为了保障大众安全,大部分聚乙烯
最终产物需要通过阻燃测试。因此提高其阻
燃性成为一大挑战。
聚乙烯的易燃问题可以通过添加阻燃剂
来解决,如添加复配三氧化锑的卤素化合物。
不幸的是,这种聚乙烯燃烧时会生成有毒,
腐蚀性气体[1】。近年来有研究指出含卤阻燃
剂在燃烧时还会生成高毒性的二恶英等物质
引,因此在一些国家被禁止使用。
近年来膨胀型阻燃剂被广泛应用在阻燃
领域取得了明显的效果,特别是用于聚烯烃
阻燃。它主要的问题是:为达到理想的阻燃
效果添加量较大,大大影响了材料本身的机
械性能,并造成阻燃聚烯烃加工及回收方面
的困难。因此,寻求高效的阻燃系统,是阻燃
通讯联系人,E-Mail:polymers@126.cong电话:028— 85410259;http' ̄/chem.scu.edu.cn/polymer/yzwan ̄ ”国家杰出青年科学基金资助课题(5o5253O9】 聚烯烃领域内人们长期的奋斗目标[4]。
催化阻燃系统是指那些在一定条件下能
脱水生成强酸的化合物,它们可促进高聚物
成炭,但这种作用模式对烃类高聚物效果不
佳。不过,如果聚烯烃能在催化剂作用下氧化
脱氢而形成水和炭,则不仅燃烧热可大大降
膨胀石墨的特性、合成方法及在阻燃防火上的应用。
1 石墨及膨胀石墨特性
石墨是一种天然层状无机材料,资源丰富且价格便宜。我国作为石墨资源第一大国,产量和出口量均居世界第一位我国。全国20个省(区)有石墨矿产出。探明储量的矿区有91处,总保有储量矿物1.73亿吨,居世界第1位。膨胀石墨是以天然鳞片石墨为原料,经化学或电化处理而得到的一种石墨产品。石墨具有层状结构,碱金属,卤素金属卤化物,强氧化性含氧酸,都可嵌入层间。形成层间化合物,在受到200摄氏度以上高温时,由于吸留在层形点阵中化合物的分解,石墨层间化合物急剧分解、气化、膨胀(沿层间膨胀150~250倍)后,膨胀石墨便开始膨胀,并在1100摄氏度时达到最大体积。最终体积可以达到初始时的280倍。而制得密度极低(0.003~0.005g/cm3)的蠕虫状石墨,它是一种结构疏松、柔软、富有韧性的物质,故通常称它为柔性石墨。
膨胀石墨材料,是近三十年来发展起来的新型碳素材料,由美国联合碳化物公司在1963年首先申请专利并于1968年进行工业化生产。由天然鳞片石墨制得的膨胀石墨材料,即保留了石墨的耐高温、耐腐蚀、能承受中子流、β射线、γ射线的长期辐照,磨擦系数低,自润滑性好,导电导热、并呈各向异性等性能,又具备天然石墨没有的:可弯曲、可压缩、有弹性、不渗透等新特点。疏松多孔,富有弹性。耐温范围宽在-200~3600℃之间。在高温,高压或辐射条件下工作,不发生分解,变形或老化,化学性质稳定。
膨胀石墨可被广泛用作:抗辐射的内衬材料,高温下杂质扩散的栅栏材料,高温炉衬热屏蔽材料,高温防热震材料,导弹进入大气层的鼻锥材料,固体烯料火箭发动机喷嘴等等,其高科技附加值极高。
膨胀石墨受热膨胀,这一特性使得膨胀石墨可以在火灾发生时通过体积的瞬间增大将火焰窒息,从而达到阻燃防火之目的,还可用于冶金工业的保温及作消防的灭火剂。
图1 处理后鳞片石墨 图2 膨胀后的石墨
三聚氰胺聚磷酸盐MPP用途
三聚氰胺聚磷酸盐MPP用途
塑性塑料、聚烯烃、合成橡胶、工程树脂、防火涂料、纸张及防火板等多种材质的阻燃,由于其优越的阻燃效果,它可部分取代聚磷酸铵(APP),MPP可单独用于玻纤增强阻燃PA66/6、玻纤增强阻燃PP,也可以与季戊四醇一起应用于聚烯烃、玻璃纤维增强阻燃PA6/PA66、SMC的加工。
在防火涂料中既可做催化剂又可做发泡剂,性能略优于普通的聚磷酸铵。2.在乙烯醋酸乙烯共聚物中应用如与环状脲甲醛(结焦剂)共用在聚烯烃中就能够展示出高度有效的膨胀效果。3.在热塑性聚酯与季戊四醇磷酸酯合用是有效的阻燃剂。4.适用于做聚苯乙烯的阻燃剂,代替多溴二苯醚。5.适用于做橡胶(丁苯、丁腈、聚丙烯类弹性)的阻燃剂。6.适用于做尼龙6/66、环氧树脂、硬聚氨脂泡沫的阻燃剂。与多孔石墨一起做聚硅氧烷模塑料体的阻燃剂。
产品介绍:
[性状]:白色粉末
[CAS号]:218768-84-4
[用途]:FR-NP是一种膨胀型阻燃剂,它既可单独用为阻燃剂,也可于其它阻燃剂复配使用;FR-NP特别适用于阻燃玻纤增强的PA66,并能满足大多数工程塑料的加工要求。
[特点]:
1、FR-NP无卤低毒,是一种环保型阻燃剂,符合欧洲绿色环保要求;
2、加工性好,无需特殊的螺杆组合及特殊规格的玻纤;
3、不同于一般含卤阻燃剂,对设备和模具无腐蚀性;
4、热稳定性好,分解温度≥350℃,特别适用于玻纤增加PA66的阻燃;
5、产品颜色白,可配成各种颜色;
6、电性能好,CTI>450V,非常适合用于电器/电气产品。
概述 三聚氰胺聚磷酸盐(MPP),它既可以单独作为阻燃剂使用,也可以作为辅助型阻燃添加剂,广泛用于各种热塑性塑料、聚烯烃、合成橡胶、工程树脂、防火涂 料、纸张及防火板等多种材质的阻燃,由于其优越的阻燃效果,它与传统的卤素类阻燃剂相比, MPP具有良好的防火性能,阻燃产品燃烧时具有低烟密度、低毒性、低腐蚀性,符合环保的要求。 产品用途 适用于加工温度低于300℃的塑料,如:聚烯烃、电线电缆、环氧树脂、玻璃纤维增强尼龙、聚氨酯(PU)、不饱和树脂、防火涂料等。
