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经久不衰的阻燃尼龙,未来之路还很长远

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经久不衰的阻燃尼龙,未来之路还很长远

发布日期:2020-11-25 作者:来源于网络 点击:

聚酰胺俗称尼龙,尼龙是分子主链中含有酰胺键(-NHCO-)的热塑性工程塑料。自美国杜邦公司在1930年推出至今,已发展成为世界上品种多、应用广的工程塑料,总产量居于世界工程塑料的首位。主要品种有: PA6 、PA66 、PA610 、PA12 、PA1010 、PA43等。

其中PA6和PA66的商业生产和实际应用最为成功。PA材料垂直燃烧等级达到UL94 V-2级别,极限氧指数为24%左右,于室温下会自动熄灭,具有一定的阻燃性能,但随着应用范围的不断扩大,电子电器和建筑等领域对于PA的阻燃性能提出更高的要求,需要垂直燃烧等级达到UL94 V-0级,LOI达到28%以上。

随着电子电气工业及其他特殊行业的迅速发展,PA面临的使用环境也越来越苛刻,如高温、高湿、高电压和高负荷等,因此,对PA的性能提出了更高的要求,需要其在保持高力学性能的前提下,阻燃性能、电性能得到进一步的提高,所以对PA阻燃改性的研究仍然保持一个很高的热度。


尼龙的阻燃途径

尼龙的阻燃主要通过三种途径实现:

 (1) 使用添加型阻燃剂,即通过机械混合方法,将阻燃剂加入到聚酰胺中,使其获得阻燃性。如将一定配比的APP/滑石粉加入PA6中,可获得UL94 V-0级阻燃PA6,其优点是使用方便,适用面广,但对聚合物的使用性能有较大影响。可用于聚酰胺的主要添加型阻燃剂有双(六氯环戊二烯)环辛烷、多磷酸铵、十溴二苯乙烷等。使用添加型阻燃剂是目前聚酰胺阻燃的主要方法。

 (2) 使用反应型阻燃剂,即阻燃剂是作为一种反应单体参加反应,并结合到聚酰胺的主链或侧链上去,使聚酰胺本身含有阻燃成分。其特点是稳定性好,毒性小,对材料的使用性能影响小,阻燃性持久,是一种较为理想的方法。但操作和加工工艺复杂,在实际应用中不及添加型阻燃方法普遍。用于聚酰胺的反应型阻燃剂有双(羟乙基)甲基氧膦、1 ,3 ,6-三(4 ,6-二氨基-2-硫基三嗪)己烷和三聚氰酸的混合物等。

 (3)与阻燃单体(内酰胺、二元胺、二元酸)进行共聚合作用。

常见的阻燃剂组合方式

阻燃剂分为主阻燃剂和辅阻燃剂。主阻燃剂一般是阻燃效果好的,发挥主阻燃作用的阻燃剂,而辅阻燃剂则是效果不十分理想的,不能单独使用的,辅阻燃剂起到消烟,防滴落等作用。

(1)  主阻燃剂有卤素、磷系、氮系、无机氢氧化物等,一般主阻燃剂加入量较大。

(2) 辅阻燃剂为协效剂如Sb2O3、硼酸锌等,另一类为消烟剂如ZnO、ZnS、Fe2O3等。

常见阻燃剂组合如下:

a.卤系与锑系,Sb2O3单独使用时并没有阻燃效果,但与卤系阻燃剂配合使用时有明显效果,这是因为在燃烧时分解的卤素与Sb2O3发生了反应,生存了SbX3及SbOX3,而SbX3密度大,具有明显的隔氧效果,且SbX3具有捕捉自由基的作用,增加了卤系气相阻燃效果,卤系与锑系的配比一般为3:1。

b.卤系和磷系,在卤磷复合体系中,卤系阻燃剂主要产生气相阻燃效果,磷系阻燃剂在燃烧时会形成偏磷酸盐产生固相阻燃效果,两者形成完整的气-固相阻燃体系。同时,卤、磷之间反应还可生产PX3、PX2气体,这类气体密度较HX大,不易扩散,包围在火焰表面,起到隔氧作用,卤素与磷系的配比一般为3:2。

c. 磷系与氮系,氮系阻燃剂可促进磷系化合物的碳化,即成碳作用。碳层覆盖被燃物表面起到隔氧作用,从而提高了阻燃效果。

d.磷系与锑系,其协同机理基本与卤/锑体相似。

e.红磷、金属氧化物,聚磷酸酯酰胺等之间也有协同效应。

f.Sb2O3/硼酸锌配合产生协同作用,硼酸锌起到防滴落作用,硼酸锌的加入,可减少Sb2O3的用量。

g.红磷与炭黑有协同作用,添加炭黑时,红磷的用量可减少。

阻燃技术的发展方向

(1)环保化,低毒化。

(2)纳米和微胶囊化技术将逐步得到应用。

(3)高效化。开发高效阻燃剂,不仅能减少阻燃剂对基材机械物理应用性能的影响,同时可以减少污染、降低成本。

(4)多功能化。具有多种功能的阻燃剂的发展也将会受到重视,如阻燃的同时起到增韧、抗静电、增塑等。

(5)复配技术的应用。如何通过复配技术开发出性能优异的新型阻燃剂,是阻燃的重要研究课题,也是阻燃剂发展非常重要的方向。

阻燃尼龙现阶段的发展有两个大方向,一个是通过不同体系的复配、交联阻燃和涂层阻燃的有机结合使阻燃PA技术向提高综合性能的方向发展;另一个是通过生物基PA、生物源阻燃剂和环保粘土的结合使阻燃PA向环境友好的方向发展。

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