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2020年10月15日行業(yè)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(xué)名聚酰胺(PA),是指分子主鏈上含有酰胺基團(tuán)(—NHCO—)的聚合物,由二元胺和二元酸通過縮聚反應(yīng)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(chǎn)量大,應(yīng)用廣泛,主要品種有PA6,PA66,PA610,PA1010,PA11,PA12等,普遍具有力學(xué)性能、耐磨性、耐化學(xué)藥品性、耐油性良好等優(yōu)點。但是PA易燃性是其應(yīng)用的最大障礙。

為了提高PA的阻燃性能,國內(nèi)外研究學(xué)者對其阻燃改性做出大量研究,開發(fā)出多種性能優(yōu)異的產(chǎn)品。巴斯夫研發(fā)出全球首款半結(jié)晶聚酰胺,其具有優(yōu)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(yōu)點,單獨使用就能使PA達(dá)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?xì)怏w,稀釋可燃、助燃性氣體濃度,阻礙PA內(nèi)部進(jìn)一步燃燒。

從凝聚相角度分析,PA材料降解提前,促進(jìn)殘?zhí)可?,起到保護(hù)基體內(nèi)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(xiàn)在燃燒初期,生成沸點可達(dá)300℃的含氧酸,減少聚合物因熱分解而產(chǎn)生的可燃?xì)怏w濃度,生成炭層隔絕外界助燃?xì)怏w和熱量,表現(xiàn)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?xì)怏w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(xù)的炭層,充當(dāng)屏障阻礙熱、基體降解產(chǎn)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(dá)到優(yōu)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(yōu)點使其在塑料阻燃方面應(yīng)用廣泛。

其阻燃機理為吸收燃燒區(qū)大量熱量,使燃燒區(qū)溫度降至臨界燃燒溫度以下;受熱分解產(chǎn)生高熔點金屬氧化物,覆蓋于燃燒固相表面形成保護(hù)層,延緩熱傳導(dǎo);同時分解產(chǎn)生大量水蒸氣,可稀釋可燃性氣體,達(dá)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(fā)現(xiàn)勃姆石(BM)具有相同的阻燃原理。近年來,納米技術(shù)帶動阻燃PA的發(fā)展,此方面研究日益增多。納米材料自身的片層結(jié)構(gòu)或形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),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?yún)f(xié)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(chǎn)生磷化氫引起火災(zāi);反應(yīng)型阻燃劑工藝復(fù)雜、成本高;無機阻燃劑添加量大,降低材料力學(xué)性能,且燃燒后形成炭層不連續(xù)。

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

05

加入反應(yīng)型阻燃劑

反應(yīng)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(yīng),將阻燃基團(tuán)引入PA高分子鏈結(jié)構(gòu)中,在不犧牲PA力學(xué)性能的前提下,具有阻燃效果明顯、阻燃持久性高等優(yōu)點。

反應(yīng)型阻燃劑含有多個苯環(huán)和N—P結(jié)構(gòu),苯環(huán)可增大PA主鏈內(nèi)旋位阻,提高材料熱穩(wěn)定性;N—P結(jié)構(gòu)斷裂可產(chǎn)生含氮、含磷化合物,含氮化合物分解產(chǎn)生NH3及H2O,促進(jìn)PA發(fā)泡;含磷化合物受熱形成聚偏磷酸,促進(jìn)成炭,成炭后就對PA有阻燃作用。

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