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2020年10月15日行業資訊

提高尼龍阻燃性能的方法有哪些

紅磷阻燃劑.jpg


提高尼龍阻燃性的方法技巧

尼龍學名聚酰胺(PA),是指分子主鏈上含有酰胺基團(—NHCO—)的聚合物,由二元胺和二元酸通過縮聚反應制得。密度1.15g/cm3,包括脂肪族PA,脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品種多,產量大,應用廣泛,主要品種有PA6,PA66,PA610,PA1010,PA11,PA12等,普遍具有力學性能、耐磨性、耐化學藥品性、耐油性良好等優點。但是PA易燃性是其應用的最大障礙。

為了提高PA的阻燃性能,國內外研究學者對其阻燃改性做出大量研究,開發出多種性能優異的產品。巴斯夫研發出全球首款半結晶聚酰胺,其具有優異的耐紫外線、耐高溫、耐刮擦、阻燃性能。下面介紹幾種提高尼龍阻燃性的方法。

01

加入氮系阻燃劑

氮系阻燃劑主要成份為三聚氰胺,具有毒性小、腐蝕性小、阻燃效率高、與助劑不沖突等優點,單獨使用就能使PA達到UL94V–0級。氮系阻燃劑受熱分解后,會帶走部分熱量,降低PA表面溫度。

從氣相角度分析,分解易放出氨氣、氮氣、氮氧化物、水蒸氣等不燃氣體,稀釋可燃、助燃性氣體濃度,阻礙PA內部進一步燃燒。

從凝聚相角度分析,PA材料降解提前,促進殘炭生成,起到保護基體內部作用。氮系阻燃劑主要有三聚氰胺氰脲酸鹽(MCA)、三聚氰胺聚磷酸鹽(MMP)、氨基磺酸胍(GAS)。

02

加入磷系阻燃劑

磷系阻燃劑阻燃作用主要體現在燃燒初期,生成沸點可達300℃的含氧酸,減少聚合物因熱分解而產生的可燃氣體濃度,生成炭層隔絕外界助燃氣體和熱量,表現出良好的阻燃效果。

磷系阻燃劑在氣相中可作為自由基捕捉劑,燃燒可形成P?和PO?自由基,捕捉火焰中的活潑自由基OH?和H?,稀釋可燃氣體的濃度,起到抑制火焰的作用;在固相中主要通過含氧酸催化成炭,形成致密而連續的炭層,充當屏障阻礙熱、基體降解產物的擴散來阻燃。

有機磷阻燃劑除了單獨使用,還可以使用紅磷阻燃劑,也可達到優異的阻燃效果。


03

加入無機阻燃劑

常見的無機阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鈣、氫氧化鎂等,無毒、低煙、低成本等優點使其在塑料阻燃方面應用廣泛。

其阻燃機理為吸收燃燒區大量熱量,使燃燒區溫度降至臨界燃燒溫度以下;受熱分解產生高熔點金屬氧化物,覆蓋于燃燒固相表面形成保護層,延緩熱傳導;同時分解產生大量水蒸氣,可稀釋可燃性氣體,達到阻燃的效果。

除了常見的金屬氧化物可作為無機阻燃劑,還發現勃姆石(BM)具有相同的阻燃原理。近年來,納米技術帶動阻燃PA的發展,此方面研究日益增多。納米材料自身的片層結構或形成的網絡結構,可在燃燒過程中起到有效的阻隔作用,延緩可燃、助燃性氣體逸出。

04

加入協同阻燃劑

單獨使用阻燃劑存在一系列問題,如含氮、含磷阻燃劑與基體相容性差、分布困難,含磷阻燃劑AHP易產生磷化氫引起火災;反應型阻燃劑工藝復雜、成本高;無機阻燃劑添加量大,降低材料力學性能,且燃燒后形成炭層不連續。

為降低上述問題發生的幾率,將各類阻燃劑復配應用于阻燃PA,復配后阻燃劑成本及污染都降低、阻燃效率提高。常見的復配體系為含磷阻燃劑與無機材料。

05

加入反應型阻燃劑

反應型阻燃劑多為芳基氧化膦衍生物、磷菲類磷酸酯、9,10-二氫-10-[2,3-二酮基丙基]-10-磷雜菲-10-氧化物等,作為單體可參與PA聚合反應,將阻燃基團引入PA高分子鏈結構中,在不犧牲PA力學性能的前提下,具有阻燃效果明顯、阻燃持久性高等優點。

反應型阻燃劑含有多個苯環和N—P結構,苯環可增大PA主鏈內旋位阻,提高材料熱穩定性;N—P結構斷裂可產生含氮、含磷化合物,含氮化合物分解產生NH3及H2O,促進PA發泡;含磷化合物受熱形成聚偏磷酸,促進成炭,成炭后就對PA有阻燃作用。

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