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阻燃尼龙材料的分类及发展现状

发布日期:2021/3/16 14:33:18 访问次数:157

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

原料中的水分

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。

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1015℃,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。

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”。2003213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) 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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