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提高尼龙阻燃性的方法技巧,你知道吗?

发布时间:2019-05-29 05-29 16:55 作者:

尼龙学名聚酰胺(PA),是指分子主链上含有酰胺基团(—NHCO—)的聚合物,由二元胺和二元酸通过缩聚反应制得。密度1.15 g/cm3,包括脂肪族PA,脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品种多,产量大,应用广泛,主要品种有PA6,PA66,PA610,PA1010,PA11,PA12等,普遍具有力学性能、耐磨性、耐化学药品性、耐油性良好等优点。但是PA易燃性是其应用的最大障碍。


为了提高PA的阻燃性能,国内外研究学者对其阻燃改性做出大量研究,开发出多种性能优异的产品。巴斯夫研发出全球首款半结晶聚酰胺,其具有优异的耐紫外线、耐高温、耐刮擦、阻燃性能。下面介绍几种提高尼龙阻燃性的方法。



01 加入氮系阻燃剂


氮系阻燃剂主要成份为三聚氰胺,具有毒性小、腐蚀性小、阻燃效率高、与助剂不冲突等优点,单独使用就能使PA达到UL 94 V–0级。氮系阻燃剂受热分解后,会带走部分热量,降低PA表面温度。

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从气相角度分析,分解易放出氨气、氮气、氮氧化物、水蒸气等不燃气体,稀释可燃、助燃性气体浓度,阻碍PA内部进一步燃烧。


从凝聚相角度分析,PA材料降解提前,促进残炭生成,起到保护基体内部作用。氮系阻燃剂主要有三聚氰胺氰脲酸盐(MCA)、三聚氰胺聚磷酸盐(MMP)、氨基磺酸胍(GAS)。



02 加入磷系阻燃剂


磷系阻燃剂阻燃作用主要体现在燃烧初期,生成沸点可达300℃的含氧酸,减少聚合物因热分解而产生的可燃气体浓度,生成炭层隔绝外界助燃气体和热量,表现出良好的阻燃效果。


磷系阻燃剂在气相中可作为自由基捕捉剂,燃烧可形成P•和PO•自由基,捕捉火焰中的活泼自由基OH•和H•,稀释可燃气体的浓度,起到抑制火焰的作用;在固相中主要通过含氧酸催化成炭,形成致密而连续的炭层,充当屏障阻碍热、基体降解产物的扩散来阻燃。


有机磷阻燃剂除了单独使用,还与红磷复配也可达到优异的阻燃效果。



03 加入无机阻燃剂


常见的无机阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化镁等,无毒、低烟、低成本等优点使其在塑料阻燃方面应用广泛。


其阻燃机理为吸收燃烧区大量热量,使燃烧区温度降至临界燃烧温度以下;受热分解产生高熔点金属氧化物,覆盖于燃烧固相表面形成保护层,延缓热传导;同时分解产生大量水蒸气,可稀释可燃性气体,达到阻燃的效果。


除了常见的金属氧化物可作为无机阻燃剂,还发现勃姆石(BM)具有相同的阻燃原理。近年来,纳米技术带动阻燃PA的发展,此方面研究日益增多。纳米材料自身的片层结构或形成的网络结构,可在燃烧过程中起到有效的阻隔作用,延缓可燃、助燃性气体逸出。


04 加入协同阻燃剂


单独使用阻燃剂存在一系列问题,如含氮、含磷阻燃剂与基体相容性差、分布困难,含磷阻燃剂AHP易产生磷化氢引起火灾;反应型阻燃剂工艺复杂、成本高;无机阻燃剂添加量大,降低材料力学性能,且燃烧后形成炭层不连续。


为降低上述问题发生的几率,将各类阻燃剂复配应用于阻燃PA,复配后阻燃剂成本及污染都降低、阻燃效率提高。常见的复配体系为含磷阻燃剂与无机材料。


05 加入反应型阻燃剂


反应型阻燃剂多为芳基氧化膦衍生物、磷菲类磷酸酯、9,10-二氢-10-[2,3-二酮基丙基]-10-磷杂菲-10-氧化物等,作为单体可参与PA聚合反应,将阻燃基团引入PA高分子链结构中,在不牺牲PA力学性能的前提下,具有阻燃效果明显、阻燃持久性高等优点。


反应型阻燃剂含有多个苯环和N—P结构,苯环可增大PA主链内旋位阻,提高材料热稳定性;N—P结构断裂可产生含氮、含磷化合物,含氮化合物分解产生NH3及H2O,促进PA发泡;含磷化合物受热形成聚偏磷酸,促进成炭,成炭后就对PA有阻燃作用。






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