阻燃尼龙材料的分类及发展现状

按照美国材料与试验协会(ASTM)标准，PA属于自熄型聚合物，垂直燃烧等级达到UL 94 V_2级，氧指数为24％左右，具有一定的阻燃性能。随着PA在交通、电子电器以及建筑领域等特殊行业的广泛应用，其面临的使用环境也越来越苛刻，如高温、高湿和高电压等。而且，随着PA在给人们带来舒适与便利的同时，其易燃性也带来了潜在的火灾危险隐患

在世界范围内，对阻燃PA改性的研究开发和生产应用越来越受到关注，成为当今学术界与工业界共同关注与攻关的课题 。

PA的阻燃途径

(1)使用添加型阻燃剂，即通过机械混合方法，将阻燃剂加入到PA中，增强材料的阻燃性能，该方法使用方便、适用面广。

(2)使用反应型阻燃剂，即将阻燃剂作为一种反应单体参加反应，并结合到PA主链或侧链上去，使PA本身含有阻燃成分。其特点是毒性小、稳定性好、阻燃性持久。但加工

工艺复杂，成本也较高。所以采用第一种阻燃途径的比较普遍。

PA阻燃改性应注意的问题

1 原料中的水分

因PA分子结构中含有极性强的酰胺基团，暴露于空气中，易与水分子结合形成氢键，这使得PA在高温熔融状态下极易发生水解反应，也大大降低了其力学性能。因此，在加

工使用前必须对原料进行充分的干燥。

2 加工温度

加工温度应遵循以下原则：进料段温度略低于原料熔点，使PA呈半熔融状态；压缩段温度一般约高于熔点10～15℃，使之完全熔融；计量段温度接近或略低于压缩段

温度，在该区的PA熔体受热均匀，易实现稳定流动；机头温度略低于计量段温度，基本接近熔点，以避免熔体破裂而造成制品的厚薄不均。此外，冷却介质的温度和冷却速度也应

进行适当的调整。

3 PA阻燃剂的种类及应用情况

目前可用于PA的阻燃剂种类较多，卤系阻燃剂如十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯等，磷系阻燃剂如红磷，氮系阻燃剂如三聚氰胺盐类，固体阻燃剂如三氧化二锑、硼酸锌及少数矿物类阻燃剂。

1 卤系阻燃剂

迄今为止，有关PA的阻燃产品绝大多数是以含卤化合物为基础的。卤系阻燃剂一直是在世界范围内使用最为广泛的一类化学阻燃剂，其阻燃效果好，对材料的力学性能影

响较小。

值得注意的是，卤系阻燃剂在燃烧过程中会产生浓烟，释放出有毒的卤化氢气体及有毒物质二恶英(DPO)，会严重刺激人类的眼睛和呼吸系统，同时给生产应用和外界环境带

来极严重的“二次性灾害”。2003年2月13日，欧盟公布了《关于在电子电器设备中禁止使用某些有害物质的指令》，其中严格规定了电子电器设备中不得使用多溴二苯醚等几种

卤系阻燃剂，世界各国也相继作出了一些相应限制。因此，随着人们环境保护意识的逐渐提高，实用高效的环保型低卤或无卤阻燃剂开始备受关注。

2 磷系阻燃剂

高效、低毒、无卤、环保是阻燃剂发展的大势所趋，随着阻燃研究的不断深入，含氮和含磷两类PA阻燃剂日益受到了各尼龙改性厂家的青睐。

磷系阻燃剂包括无机磷和有机磷两大类，其中无机磷是指红磷和一些磷酸盐。磷系阻燃剂的阻燃机理基本相同，主要是在固相和液相之间发挥阻燃作用，即通过分解形成的

高沸点含氧酸，使聚合物脱水炭化，起到隔绝空气、改变聚合物燃烧模式的效果。

红磷的阻燃效率很高，能改善抗电弧性，其热解产物PO．自由基进入气相后能够捕捉HO．自由基，也具有一定的气相阻燃效果 。

但红磷暴露在空气中易吸潮，且会发生化学反应，形成磷酸、次磷酸甚至具有毒性的磷化氢气体，在其储存及颜色方面也具有局限性，这些都使得其在浅色PA制品中的应用受到极大限制。

3 氮系阻燃剂

氮系阻燃剂属于三聚氰胺盐类，主要是双氰胺和三聚氰胺脲酸盐(MCA)。其阻燃机理是气相阻燃，在分解过程中产生CO 、氨(NH )等不燃性气体，通过稀释可燃性气体浓度从而阻隔空气，发挥阻燃作用。氮系阻燃剂具有低烟、无毒或低毒、低腐蚀性等优点，对热和紫外光稳定，大大迎合了向高效低毒方向发展的阻燃剂潮流，在国内外被广泛研究和应用。

但是，MCA主要是气相阻燃，燃烧过程中凝聚相的炭量较低、炭层松散，不能形成致密保护层，限制了其阻燃效果 。其热稳定性较差、易吸潮使得制品在潮湿环境下电性能下降，因此也只能适用于阻燃要求不高的场合。另外，此类阻燃剂在增强阻燃尼龙里的应用会使得材料产生灯芯效应，阻燃效果大大降低

4 膨胀型阻燃剂

近年来，膨胀型阻燃剂(IFR)的研究也逐渐受到关注。IFR具有低烟、无毒、阻燃效率高、无熔融滴落物、无腐蚀性气体释放等特点，环境友好，被认为是当今无卤阻燃材料的

发展方向之一。IFR通常由气源、酸源和炭源组成，燃烧时同时进行发泡作用和成炭作用，形成多孔膨胀炭层，此炭层具有隔热、隔氧、抑烟、防熔滴作用，阻燃性能优异。一些新

型的膨胀型阻燃剂也多由氮磷阻燃体系组成，其中含氮阻燃剂是一种优良的气源(起发泡作用)，而含磷阻燃剂是一种优良的酸源(起脱水作用)。但是此类阻燃剂在尼龙中应用还需要解决阻燃效能与耐高温的问题

5 无机填料型阻燃剂

无机填料型阻燃剂多为粉末，属于添加型阻燃剂，它来源丰富、不挥发、无毒、抑烟，在国内外具有广泛的应用。在PA用无机填料型阻燃剂中，Al(OH) 和Mg(OH) 的用

量最多、应用最广，阻燃的主要机理是在其燃烧分解时吸收热量，产生的水蒸气可以稀释空气，剩余残留物能阻止热量与物质的传递。主要缺点是表面极性高、与树脂间相容性差、

添加量大(质量分数一般达到60％ 以上)，易引起材料力学性能退化。

6 纳米层状硅酸盐

近年来，出现了利用插层技术对聚合物进行阻燃的新方法，对聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的研究发展势头迅猛。在能进行插层的层状硅酸盐中，蒙脱土由于单位片层之间都是氧原子，不容易形成氢键，最容易进行插层处理。其利用熔融插层法可以将PA6的分子插入到有机蒙脱土片层之间，成功制备了PA6／蒙脱土插层复合材料，5％ 的蒙脱土即能在燃烧时有助于成炭，该炭层可起到隔热和阻碍挥发物通过的作用，使得材料具有较低的热释放速率和质量损失，极大提高了阻燃性能。此外，蒙脱土插层材料与其它阻燃剂共同使用，对PA用阻燃剂也具有良好的协同作用。

随着阻燃技术研究的不断深入，阻燃PA具有以下发展趋势：（1）无卤化，低毒化。今后，无卤阻燃剂及对环境友好阻燃剂的需求将大大增长；（2）协效阻燃体系的研究。单独使用一种阻燃剂通常无法达到很高的阻燃需求，而多种阻燃剂复合体系往往具有优异的协同效应。因此，如何通过复配技术开发出性能优异的新型阻燃剂，是重要研究课题；（3）多功能化。目前，多数阻燃PA体系中，只单纯强调阻燃性能，而或多或少地牺牲了其它一些优良性能。开发多功能化的阻燃剂，在提高材料阻燃性能的同时，增强抗冲、阻燃、导电、防静电等其它性能，具有巨大潜力，是形势所趋。

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