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      尼龍(PA)的含鹵阻燃改性和無鹵阻燃改性

      嘉峪檢測網        2021-10-25 12:51

      尼龍性能優良,應用廣泛。未經改性的尼龍其阻燃性能較差,垂直燃燒只能達到UL94 V-2級,氧指數為24%左右,并且在燃燒過程中產生滴落,屬于易燃材料,在使用過程中極易引發火災。因此,對尼龍的阻燃改性成為當今學術界與工業界共同關注與攻關的課題。目前,對于尼龍材料的阻燃改性通常分為含鹵阻燃改性和無鹵阻燃改性。

       

      含鹵阻燃體系

       

      國外應用最廣的一種就是溴化苯乙烯聚合物,它具有極其優越的熱穩定性,并且由于它與尼龍是熔融可混的,因而在加工過程中具有很好的流動性。此外,用它制備的阻燃尼龍還具有優越的電性能和較好的物理機械性能。這種阻燃劑的局限性在于光穩定性較差,且與尼龍尚不能完全相容。另外其成本與國內應用較廣的十溴聯苯醚相比較高。

       

      另外一種在尼龍中應用了許多年的阻燃劑就是敵可燃,它是一種含氯的阻燃劑,具有較高的阻燃效率和電性能,但其在熱穩定性方面的局限性使之僅適用于加工溫度較低的尼龍阻燃體系。

       

      在國內應用最廣的阻燃劑就是十溴聯苯醚,由于其較高的溴含量而對尼龍具有較高的阻燃效率,是最經濟的一種阻燃劑。但由于它是一種填料型阻燃劑,因而對加工流動性及產品的物理機械性能有很大的負面影響。此外,其熱穩定性和光穩定性也教差。

       

      十溴二苯氧基乙烷與十溴聯苯醚具有相同的溴含量和同樣高的阻燃效率,且與溴化苯乙烯聚合物一樣無DPO(即所謂的二惡因)的問題。此外,它還具有較好的熱穩定性和光穩定性。其局限性在于它與十溴聯苯醚一樣同屬填料型阻燃劑,與聚合物相容性較差,因而加工流動性和制品的物理機械性能較差。此外與十溴聯苯醚相比成本上升較高。

       

      迄今為止,有關尼龍的阻燃產品絕大多數是以含鹵化合物為基礎的,阻燃時產生的濃煙、毒性、腐蝕性氣體給生產、應用和環境帶來的二次性災害以及國際上對二惡英問題爭論等原因,使得這類阻燃劑盡管在阻燃舞臺上具有舉足輕重的地位,但人們曾經和正在致力尋找這類阻燃劑的替代品,即無鹵阻燃劑。

       

      無鹵阻燃體系

       

      磷系阻燃劑

       

      適用于尼龍的磷系阻燃劑主要有紅磷、聚磷酸銨(APP)等。

       

      (1)紅磷

       

      紅磷的優點是有效磷含量高,在燃燒時比其它含磷化合物產生更多的磷酸。達到相同的阻燃等級時,紅磷的添加量比其它的阻燃劑更低,使尼龍能較好的保持自身的力學性能。但作為阻燃劑的紅磷的主要缺點是它的紅顏色、易燃和通過與水反應生成高毒性的磷化氫(膦)。一般只應用于尼龍6中。將普通紅磷進行微膠囊化或母?;杀苊馄淙秉c。

       

      (2)聚磷酸銨(APP)

       

      聚磷酸銨(APP)通過降低尼龍的降解溫度、改變最終氣相產物的組成參與了尼龍的熱降解過程,同時在聚合物基體上形成蜂窩狀炭化覆蓋層,隔斷兩相界面的熱量和物質傳遞,起到了保護基體的作用由于成炭有流動趨勢,會導致炭層下面的基材暴露,增大了燃燒的危險性。加入一些無機添加劑,如滑石粉(Talc),MnO2,ZnCO3,CaCO3,Fe2O3,FeO,Al(OH)3等,阻燃效果增加。在APP添加量為20%的尼龍6中加入以上一種添加劑(1.5%~3.0%),LOI值可升至35%~47%,達到V0級。

       

      氮系阻燃劑

       

      氮系阻燃劑低毒、不腐蝕、對熱和紫外線穩定、阻燃效率好且價廉。缺點是以其阻燃的塑料加工困難,在基材中分散性較差。適用于尼龍的氮系阻燃劑主要有MCA(三聚氰胺氰尿酸鹽)、MPP(三聚氰胺聚磷酸鹽)等。關于其阻燃機理,一方面是“升華吸熱”的物理阻燃方式,即通過阻燃劑的“升華吸熱”降低聚合物材料的表面溫度并隔絕空氣而達到阻燃的目的,另一方面是凝聚相中阻燃劑與尼龍相互催化直接碳化膨脹機理。它們具有較好的阻燃效率,但熱穩定性較差,且由于易吸潮而使得制品在潮濕環境下電性能較差。

       

      阻燃劑的挑選原則

       

      阻燃尼龍制造過程中,阻燃劑的選擇主要從阻燃效率、產品性能、毒性等方面考慮,如應考慮制品對阻燃等級的要求、對材料力學性能的要求、對表面性質、加工性能及著色性能等的要求。根據使用要求,確定阻燃種類與用量,助劑的選擇與工藝條件是十分重要的。應遵循以下原則:

       

      ①   阻燃效果好,用量少,與尼龍的相容性好;

       

      ②  分解溫度高,在尼龍加工溫度下不分解;

       

      ②  耐久性優秀,無顯著外表遷移;

       

      ③  對材料的力學性能和電性能影響小,對設備的腐蝕??;

       

      ④  無毒無害無污染,價格便宜。

       

      阻燃尼龍未來研究方向

       

      未來阻燃尼龍材料的研究中應該具有以下幾個特點:

       

      ① 材料無鹵化、低毒性。環保要求是未來材料的重點關注方向,無鹵阻燃劑的使用將是大勢所趨,因此,其用量也會與日俱增。

       

      ②復配阻燃體系的研究。阻燃尼龍材料的阻燃性能是無法通過一種阻燃劑的添加來實現,需要多種阻燃體系復配并產生協同效應來達到良好的阻燃效果,因此,未來研發的重點方向之一應該是如何通過提高阻燃劑的協同效應開發出性能優異的新型阻燃劑來解決尼龍無鹵阻燃問題。

       

      ③功能多樣化。目前,大多數阻燃體系在達到尼龍材料阻燃性能的同時降低了力學性能和其他電性能(如相對漏電起痕指數),因此,成功開發出功能多樣化的阻燃體系將成為未來阻燃尼龍材料發展研究的新方向。

       

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      來源:Internet

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