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尼龙常用阻燃剂盘点

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本文来源 | 工程塑料应用

 

聚酰胺(PA)俗称尼龙,是一种集力学性能、耐热性、耐化学性和自润滑性等于一体的工程塑料,广泛应用于汽车、电子电气、机械、纺织、日用品等领域。

 

然而PA的氧指数较低,易燃烧而引发火灾,PA的燃烧是一个伴随着氧化降解的过程。PA首先熔融致使材料形成黏流态,随着热量的传递,分子链段将会断裂形成自由基,生成乙烷、丙烷等气体。

 

PA阻燃方法

 

反应型

将阻燃剂单体接枝到PA主链上或与PA单体发生共聚反应,该体系得到的复合材料较稳定,材料性能受阻燃剂的影响不大,但该方法操作加工比较复杂,难以工业化生产。

 

添加型

采用机械共混的方法将PA与添加型无卤阻燃剂(如磷、氮系列阻燃剂、无机填料等)共混形成均匀的复合材料。该方法易操作,成为目前PA阻燃的主要途径。

 

阻燃等级通常使用垂直燃烧测试标准进行评判,可将其分为V-0、V-1、V-2级,其中V-0级别的阻燃效果最好。

 

不同阻燃剂盘点

阻燃剂按品种可分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、金属氢氧化物阻燃剂等。其中,卤系阻燃剂由于在高温时容易产生有毒气体已经被很多国家禁用。

 

对于尼龙来说,阻燃剂必须有较好的热稳定性以适应高加工温度,同时还要有较好的相容性。

 

1.溴化苯乙烯聚合物

优点:具有极其优越的热稳定性,并且由于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力学性能。

缺点:光稳定性较差,与尼龙不能完全相容且成本较高。

 

2.德克隆(也称敌可燃、DCRP)

DCRP是一种在尼龙中应用了许多年的阻燃剂,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。

 

3.十溴联苯醚

优点:成本低廉因而在国内应用最广,由于其较高的溴含量而对尼龙具有较高的阻燃效率。

缺点:是一种填料型阻燃剂,因而对加工流动性及产品的物理力学性能有很大的负面影响。且其热稳定性和光稳定性也较差。

 

4.十溴二苯氧基乙烷

优点: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。还具有较好的热稳定性和光稳定性。

缺点:填料型阻燃剂,因此与聚合物相容性较差,加工流动性和制品的物理力学性能较差。此外与十溴联苯醚相比成本较高。

 

5. 红磷

优点:有效磷含量高,同等阻燃等级下添加量比其它的阻燃剂更低,使尼龙能较好地保持自身的力学性能。

缺点:制品颜色只能是红颜色,且红磷易燃,能与水反应生成高毒性的磷化氢。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规避其缺点)

 

6. 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V-0级。

 

7. 氮系阻燃剂(MCA、MPP等)

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。

优点: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:以其阻燃的塑料加工困难、在基材中分散性较差、热稳定性差,且由于易吸潮而使得制品在潮湿环境下电性能较差。

 

 



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