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【干货】尼龙应该选用什么阻燃剂?

尼龙性能优良,应用广泛。未经改性的尼龙其阻燃性能较差,垂直燃烧只能达到UL94 V-2级,氧指数为24%左右,并且在燃烧过程中产生滴落,属于易燃材料,在使用过程中极易引发火灾。


因此,对尼龙的阻燃改性成为当今学术界与工业界共同关注与攻关的课题。


目前,对于尼龙材料的阻燃改性通常分为含卤阻燃改性和无卤阻燃改性。


一、含卤阻燃体系


国外应用最广的一种就是溴化苯乙烯聚合物,它具有极其优越的热稳定性,并且由于它与尼龙是熔融可混的,因而在加工过程中具有很好的流动性。此外,用它制备的阻燃尼龙还具有优越的电性能和较好的物理机械性能。这种阻燃剂的局限性在于光稳定性较差,且与尼龙尚不能完全相容。另外其成本与国内应用较广的十溴联苯醚相比较高。



另外一种在尼龙中应用了许多年的阻燃剂就是敌可燃,它是一种含氯的阻燃剂,具有较高的阻燃效率和电性能,但其在热稳定性方面的局限性使之仅适用于加工温度较低的尼龙阻燃体系。


在国内应用最广的阻燃剂就是十溴联苯醚,由于其较高的溴含量而对尼龙具有较高的阻燃效率,是最经济的一种阻燃剂。但由于它是一种填料型阻燃剂,因而对加工流动性及产品的物理机械性能有很大的负面影响。此外,其热稳定性和光稳定性也较差。



一种新阻燃剂为十溴二苯氧基乙烷,它与十溴联苯醚具有相同的溴含量和同样高的阻燃效率,且与溴化苯乙烯聚合物一样无DPO的问题。此外,它还具有较好的热稳定性和光稳定性。其局限性在于它与十溴联苯醚一样同属填料型阻燃剂,与聚合物相容性较差,因而加工流动性和制品的物理机械性能较差。此外与十溴联苯醚相比成本上升较高。


迄今为止,有关尼龙的阻燃产品绝大多数是以含卤化合物为基础的,阻燃时产生的浓烟、毒性、腐蚀性气体给生产、应用和环境带来的二次性灾害以及国际上对DPO问题争论等原因,使得这类阻燃剂尽管在阻燃舞台上具有举足轻重的地位,但人们曾经和正在致力寻找这类阻燃剂的替代品,即无卤阻燃剂。


二、无卤阻燃体系


1、磷系阻燃剂


适用于尼龙的磷系阻燃剂主要有红磷、聚磷酸铵(APP)等。


(1)红磷

红磷的优点是有效磷含量高,在燃烧时比其它含磷化合物产生更多的磷酸。达到相同的阻燃等级时,红磷的添加量比其它的阻燃剂更低,使尼龙能较好的保持自身的力学性能。但作为阻燃剂的红磷的主要缺点是它的红颜色、易燃和通过与水反应生成高毒性的磷化氢(膦)。一般只应用于尼龙6中。


将普通红磷进行微胶囊化或母粒化可避免其缺点。


(2)聚磷酸铵(APP)

聚磷酸铵(APP)通过降低尼龙的降解温度、改变最终气相产物的组成参与了尼龙的热降解过程,同时在聚合物基体上形成蜂窝状炭化覆盖层,隔断两相界面的热量和物质传递,起到了保护基体的作用由于成炭有流动趋势,会导致炭层下面的基材暴露,增大了燃烧的危险性。加入一些无机添加剂,如滑石粉(Talc),MnO2,ZnCO3,CaCO3,Fe2O3,FeO,Al(OH)3等,阻燃效果增加。



在APP添加量为20%的尼龙6中加入以上一种添加剂(1.5%~3.0%),LOI值可升至35%~47%,达到V0级。


2、氮系阻燃剂


氮系阻燃剂低毒、不腐蚀、对热和紫外线稳定、阻燃效率好且价廉。缺点是以其阻燃的塑料加工困难,在基材中分散性较差。适用于尼龙的氮系阻燃剂主要有MCA(三聚氰胺氰尿酸盐)、MPP(三聚氰胺聚磷酸盐)等。关于其阻燃机理,一方面是“升华吸热”的物理阻燃方式,即通过阻燃剂的“升华吸热”降低聚合物材料的表面温度并隔绝空气而达到阻燃的目的,另一方面是凝聚相中阻燃剂与尼龙相互催化直接碳化膨胀机理。


它们具有较好的阻燃效率,但热稳定性较差,且由于易吸潮而使得制品在潮湿环境下电性能较差。


三、阻燃剂的挑选原则


阻燃尼龙制造过程中,阻燃剂的选择主要从阻燃效率、产品性能、毒性等方面考虑,如应考虑制品对阻燃等级的要求、对材料力学性能的要求、对表面性质、加工性能及着色性能等的要求。根据使用要求,确定阻燃种类与用量,助剂的选择与工艺条件是十分重要的。


应遵循原则



  • ① 阻燃效果好,用量少,与尼龙的相容性好;

  • ② 分解温度高,在尼龙加工温度下不分解;

  • ② 耐久性优秀,无显著外表迁移;

  • ③ 对材料的力学性能和电性能影响小,对设备的腐蚀小;

  • ④ 无毒无害无污染,价格便宜。



四、阻燃尼龙未来研究方向


未来阻燃尼龙材料的研究中应该具有以下几个特点:



  • ① 材料无卤化、低毒性。环保要求是未来材料的重点关注方向,无卤阻燃剂的使用将是大势所趋,因此,其用量也会与日俱增。

  • ②复配阻燃体系的研究。阻燃尼龙材料的阻燃性能是无法通过一种阻燃剂的添加来实现,需要多种阻燃体系复配并产生协同效应来达到良好的阻燃效果,因此,未来研发的重点方向之一应该是如何通过提高阻燃剂的协同效应开发出性能优异的新型阻燃剂来解决尼龙无卤阻燃问题。

  • ③功能多样化。目前,大多数阻燃体系在达到尼龙材料阻燃性能的同时降低了力学性能和其他电性能,因此,成功开发出功能多样化的阻燃体系将成为未来阻燃尼龙材料发展研究的新方向。


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