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 了解阻燃PA6的种类及发展
发布日期:[2020/9/9]    共阅[66]次
    火灾安全在现代生活中越来越重要,由聚合物材料引发的火灾,每
年给世界各国造成了大量的人员伤亡和巨大的经济损失。为降低火
灾发生的几率和危险程度,很多国家都以法律的形式要求使用阻燃
材料。降低聚合物的可燃性早已是材料领域研究的目标。
聚酰胺俗称尼龙,20世纪30年代由美国杜邦公司开发并实现工业
化,经过60多年的发展,全世界聚酰胺总产量接近600万吨。已成为
五大工程塑料中产量最大、用途最广、品种最多的重要高分子材
料。PA6是聚酰胺材料中的重要品种之一,PA6力学性能优异,耐摩
擦性、耐热性、电绝缘性、耐候性良好,但吸水性较大,在一定程
度上影响制品尺寸的稳定性。总之,尼龙的综合性能良好,应用领
域非常广泛,主要应用于交通运输、电子电器、机械、包装薄膜等
行业。
PA6作为有机材料,其可燃性是其明显的缺点,PA6在火焰中的燃烧
速度快,放热量高,特别是燃烧时产生的大量有焰熔滴,增加了火
灾传播的危险。工业上使用的PA6有增强型和未增强型两种,均要求
具有V0的级别。而经增强特别是玻纤增强后的PA6,由于玻纤的“烛
芯效应”而更易燃烧,限制了它在电子电器、交通运输等领域的应
用。开发综合性能优良的阻燃级PA6对于扩大该工程塑料的应用范
围,增加其附加值有着重要的意义。因此近年来国内外众多科研机
构和公司都投入了大量人力物力进行降低PA6可燃性的研究。
适用于PA6的阻燃剂基本上可分为卤系、磷系、氮系和无机化合物等
几大类,由于不同种类阻燃剂在阻燃机理、阻燃效率以及对聚合物
材料性能影响的程度均存在较大差异,因此对阻燃剂的合理选用是
制备优良性能的阻燃PA6的关键因素,下面将分类介绍各类阻燃剂的
阻燃效应及优缺点。
卤系阻燃剂阻燃PA6
卤系阻燃剂是阻燃PA6的传统阻燃剂,具有填加量适中、阻燃效率
高、价格适中、性价比高等优点。由于它可以终止聚合物燃烧过程
中的链式反应,因此它不但适用于未增强的PA6体系,而且还适用于
玻纤增强PA6体系。
虽然卤系阻燃剂阻燃效果好,但在受热或燃烧时会生成大量的烟和
腐蚀性气体导致人员窒息死亡;且大多数卤系阻燃剂热稳定性较
差,加工中会释放卤化氢腐蚀加工设备,同时导致材料降解严重恶
化力学性能;而一些溴系阻燃剂如多溴代联苯醚,在高温分解生产
多溴代二噁英及多溴代呋喃,上述物质有极强的致癌作用。在此背
景下,卤系阻燃剂正被逐步禁止使用;美国、日本等国也对溴系阻
燃剂的使用持更加谨慎的态度。
尼龙是制造电子电器产品的主要零部件之一,随着电子电器工业迅
速发展,近年来阻燃PA6,尤其是阻燃玻纤阻燃PA6,大多使用溴系
阻燃剂。尽管近年来国内加强了无卤阻燃剂产品的研发,但目前我
国自主开发的无卤阻燃剂在产品质量与国外产品存在较大差异。因
此加快开发高效、价廉并具有自主知识产权的卤系阻燃剂替代品是
我国国民经济急需解决的关键问题。
无机填料型阻燃剂阻燃PA6
无机填料型阻燃剂是一种环保型阻燃剂。使用非常广泛。目前氢氧
化铝,氢氧化镁为最主要的无机填料型阻燃剂。该类阻燃剂的阻燃
机理是;氢氧化镁受热时放出结合水,吸收大量的热量,降低材料
在火焰中的温度,失去结晶水后的金属氧化物具有很高熔点,可覆
盖于燃烧材料的表面隔氧隔热,并有催化PA6成碳的作用。氢氧化铝
的失水温度为220℃,低于PA6的加工温度因此不适合阻燃PA6,而氢
氧化镁的失水温度为340℃在PA6加工过程中稳定。
该类阻燃剂的主要优点是:来源丰富,价格低廉,有利于降低聚合
物的成本;不产生腐蚀性气体,无毒,抑烟。而缺点主要是该类阻
燃剂效率低、添加量大;表面极性高,与树脂之间界面相容性差,
填充尼龙后会引起密度增加,力学性能劣化等问题。因此超细化和
表面改性已成为目前该类阻燃剂的研究重点。
磷系阻燃剂阻燃PA6
磷系阻燃剂包括有机磷系阻燃剂和无机磷系阻燃剂。其中,有机磷
系阻燃剂主要有磷酸三苯酚、磷酸三酯、丙苯系磷酸酯、丁苯系磷
酸酯。无机磷系阻燃剂主要有红磷、聚磷酸铵。
磷酸酯类的特点是具有阻燃与增塑双重功能,它在抑制燃烧同时可
改善聚合物材料的加工流动性。但有机磷系阻燃剂的热氧稳定性较
差,在与熔点较高的PA6进行复合加工过程中易发生分解,从而使其
阻燃性能和材料的力学性能,因而应用较少。
红磷具有来源广、价格便宜、含磷量高、添加量小、低毒抑烟、阻
燃效果好等优点、红磷作为阻燃剂使用已经有很长的历史,作为尼
龙部件的阻燃剂在欧洲用得较多。400-500℃下,红磷减聚为白磷,
白磷在有水生成的高聚物燃烧环境被氧化为粘性的含氧酸。这类酸
覆盖在被燃物的表面,起着保护和屏蔽作用,而且对高聚物有很强
的脱水炭化作用,可在被燃物表面形成稳定的玻璃炭化层,该碳层
可将外部的氧、热和挥发性可燃物与内部的高聚物基质隔开而有助
于燃烧中断。红磷的热解产物中的PO·自由基进入气相后,可捕捉
燃烧火焰中的H·HO·自由基,从而减缓或阻断聚合物燃烧过程中的
链式反应,起到气相阻燃的目的。
上海俄邦工程塑胶致力改性研发二十年,其阻燃改性后的PA6具有的
明显推迟火焰蔓延的性质,PA6经过阻燃改性后,耐热性与母料相比
显著增强,主要适用于高温的环境,在汽车、电器等行业深受消费
者信赖。
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