阻燃尼龍配方技術
發布時間(jian):2012/12/2 23:08:20 來源(yuan)：劉工(gong) 字體: 
尼龍塑料廣泛應用于電子、電器、汽車、機械等行業，禾川化工引進尖端配方解剖技術；禾川化工專業從事尼龍塑料配方分析、成分檢測、配方還原、配方檢測，禾川化工為改性工程塑料企業提供整套產品配方改進技術方案；
1.背景
尼龍塑料廣泛應用于電子、電器、汽車、機械等行業，禾川化工引進尖端配方解剖技術；禾川化工專業從事尼龍塑料配方分析、成分檢測、配方還原、配方檢測，禾川化工為改性工程塑料企業提供整套產品配方改進技術方案；尼龍（PA）作為一種重要的工程塑料, 具有強度高、耐油、耐磨、自潤滑等諸多優良性能；而尼龍布具有彈性好、強力高等優點，廣泛用于室內裝飾、熱氣球、帳篷、汽車安全氣囊和服裝等。但尼龍及其織物自身具有可燃性，因此在一定程度上限制了它的應用。對于電子、電氣、儀表、交通、建筑行業等一些有阻燃要求的制品，需要進行尼龍的阻燃。傳統的鹵系阻燃劑由于在燃燒中釋放出有毒和腐蝕性氣體而逐步受到限制, 無鹵阻燃PA已成為當前發展的必然趨勢。
2.尼龍阻燃機理
2.1尼龍的燃燒
一般超薄型尼龍織物燃燒時纖維熔融滴下，織物很少燃燒；當尼龍織物克重達到120 g/m2 時，由于原纖維的吸附作用，熔融物不易滴下，燃燒溫度急劇升高，熔融物會成為引燃后續織物的火源，且燃燒非常劇烈，懸空刮刀涂布法是生產厚重阻燃涂層織物最常用的方法之一，國外對尼龍布的阻燃性能要求特別高，例如英國BS-5852防火測試阻燃標準，工廠需要反復涂5～6次阻燃劑才能達到要求的厚度。
2.2尼龍的阻燃
阻燃劑是一種能夠提高易燃或可燃材料難燃性、自熄性或消煙性的助劑，是重要的精細化工產品和合成材料的主要助劑之一。近年來，隨著防火安全標準的日益嚴格，全球阻燃劑用量一直呈上升趨勢。所謂"阻燃"，并不是指材料在整理后的紡織品在接觸火源時不燃燒，而是使材料在火焰中能降低其可燃性，減緩火焰蔓延速度，不形成大面積燃燒，而離開火焰后，能很快自熄，沒有續燃和陰燃現象發生。阻燃劑主要通過吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、氣體稀釋作用等發揮阻燃效果。
2.3阻燃機理
2.3.1吸熱作用
在高溫條件下，阻燃劑能夠強烈地吸收燃燒過程中放出的熱量，降低可燃物的表面溫度，減少輻射到燃燒表面和作用于自由基的熱量，可燃性氣體的生成被有效抑制，燃燒的蔓延被阻止。
2.3.2覆蓋作用
在高溫下，阻燃劑能形成泡沫狀或玻璃狀覆蓋層，可以隔熱、隔氧，并阻止可燃氣體向外逸出，從而達到阻燃目的。
2.3.3抑制鏈反應
阻燃劑可在氣相燃燒區中捕捉燃燒反應中的自由基，抑制火焰的傳播，使火焰的密度下降，最終使燃燒反應終止。
2.3.4氣體稀釋作用
阻燃劑受熱分解釋放出不燃性氣體，如二氧化碳、二氧化硫、氮氣等，使材料裂解生成的可燃性氣體被稀釋到燃燒極限一下，或使火焰中心處部分區域的氧氣不足，抑制燃燒的繼續。例如含鹵阻燃劑在受熱和燃燒過程中生成不燃性氣體齒化氫，稀釋周圍的空氣，能夠起到阻燃作用。
2.3.5凝聚相阻燃
在凝聚相反應區，阻燃劑可改變材料的熱裂解過程，促使材料發生脫水、縮合、環化、交聯等反應，直至炭化，使炭化殘渣增加，可燃性氣體減少，起到阻燃作用。
3.尼龍阻燃劑的種類
尼龍阻燃產品一般要求具有UL94V-0阻燃級，依據加工和使用方式分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。阻燃PA的方法，大多采用添加行阻燃劑，近年來也出現了一些反應型的阻燃劑。例如：主鏈上含有三芳基氧化磷的尼龍66共聚物。
3.1鹵素阻燃劑
由于PA的加工溫度高，所以采用的添加型阻燃劑多是芳香族溴系阻燃劑，其添加量相對較少，阻燃效率卻特別高。
3.1.1溴系阻燃劑
權衡效率、加工、價格、對材料性能的影響等因素，一般用于尼龍材料的溴系阻燃劑主要有十溴聯苯醚（DBDPO）、1,2-雙（五溴乙烷）（BPBPE）、聚二溴苯乙烯（PDBS）、聚丙烯酸五溴芐酯（PPBBA）、溴代環氧樹脂（BER）、十四溴二苯氧基苯（DBDPOB）、六溴環十二烷（HBCD）等。
3.1.2其他鹵素阻燃劑
氯系阻燃劑中的德克隆（DCBR）等，也是高效的PA阻燃劑。
3.2無鹵阻燃劑
由于鹵素阻燃劑燃燒時釋放出大量煙霧和有毒、腐蝕性氣體，導致環境污染，因此其應用范圍越來越受到限制。歐盟議會和歐盟理事會2003年1月23日通過第2002/95/EC號《關于在電氣電子設備中限制使用某些有害物質指令》，限制某些含溴阻燃劑在電子電氣產品中的應用，因此高阻燃、高安全、低毒、低煙、無腐蝕性氣體產生的無鹵型阻燃材料己成為近年來阻燃材料研發的趨勢。
目前國內外研究的無鹵型阻燃材料主要包括磷系阻燃劑、氮系硅系阻燃劑、膨脹型阻燃劑和納米型阻燃劑等。
3.2.1磷系阻燃劑
磷系阻燃劑具有熱穩定性好、不揮發、不產生腐蝕性毒氣、效果持久等優點。按組成和結構可分為無機磷阻燃劑和有機磷阻燃劑。無機磷阻燃劑主要以紅磷、磷酸鹽及磷一氮基化合物為主；有機磷系阻燃劑具有阻燃和增塑雙重功效，主要以磷酸酯、亞磷酸酯和膦酸酯為主。此外，還有多種磷取代基的化合物、多聚物等。磷系阻燃劑是弱的火焰抑制劑，對聚合物阻燃作用主要以凝聚相阻燃為主。
無鹵阻燃增強尼龍66， 目前市場常用的阻燃劑有紅磷、聚磷酸密銨（MPP）、有機次磷酸鹽。以紅磷為阻燃劑優點為阻燃效率高，添加量少，從而對制品性能影響小，主要缺點是制品除外觀暗紅外， 在加工和高溫高濕環境中有可能釋放有害物質，并且腐蝕制品，索尼和松下公司先后開始禁用紅磷， 蘋果公司也對紅磷進行限制。
3.2.2氮系阻燃劑
三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA ) 是20 世紀80年代由日本開發的氮系阻燃劑產品，無鹵、低毒、低煙等優點，可用于多種聚合物尤其是尼龍類高分子材料的阻燃。但傳統的MCA 熔點高(400 ℃以上直接分解和升華) ，只能以固相粒子形態與樹脂共混復合, 因此分散不均勻，分散相尺寸大, 影響其阻燃效果；另外，由于MCA 主要是氣相阻燃，燃燒過程中材料凝聚相成炭量較低，炭層松散，不能形成致密的保護層，也限制了其阻燃效率的提高。
3.2.3膨脹型阻燃劑
膨脹型阻燃劑(IFR)是以磷、氮為主要成分，燃燒時表面生成一層均勻的碳質泡沫層，能起到隔熱、隔氧、抑煙的作用，并能防止產生熔滴現象，故具有良好的阻燃性能。它主要通過形成多孔泡沫碳層在凝聚相起阻燃作用，但也可能在氣相發揮阻燃作用。一股由酸源(脫水劑)、碳源(成碳劑)和氣源(氮源、發泡源)等3個部分組成。
以三聚氰胺聚磷酸鹽（MPP）為阻燃劑優點是色澤好， 綠色環保， 主要缺點是加工溫度不能太高。
3.2.4硅系阻燃劑
硅系阻燃劑以有害性低而引起世人的重視。按組成和結構可分為無機硅和有機硅系阻燃劑。
無機硅阻燃劑主要為SiO2，其阻燃機理是：當高分子材料燃燒時形成SiO2，覆蓋層，起到絕燃和屏蔽雙重作用。SiO2很少單獨使用，常與鹵化物并用。
有機硅阻燃劑是一種新型高效、低毒、防熔滴、環境友好的無鹵阻燃劑，也是一種成炭型抑煙劑。有機硅阻燃劑主要有硅樹脂阻燃劑和聚硅硼氧烷阻燃劑。阻燃的方法可以是直接將有機硅阻燃劑加入到高分子材料中，也可以是將一些帶官能團(如端羥基、氦基或環氧基)的聚硅氧烷鏈段嵌入到一些聚合物中。
3.2.5其他類無鹵阻燃劑
如納米型阻燃劑，常見的納米型阻燃劑主要為納米AI(OH) 和Mg(OH)，納米Sb2O3和納米層狀雙氫氧化物阻燃劑。他們都是無機阻燃劑，具有熱穩定性好、無毒、抑煙、不產生腐蝕性氣體、高效促基材成碳作用和除酸能力等優點。
膨脹型石墨類阻燃劑是一種膨脹型有機阻燃劑，它具備獨特的阻燃機制和無鹵、低煙、低毒的特性，是阻燃劑無鹵化的重要途徑。
4.阻燃尼龍的參考配方
配方1增強的阻燃尼龍
（各物質組分及含量都經過修改，與實際配方相差較大，僅供參考）
|
成分 |
質量百分比 |
成分說明 |
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尼龍6 |
50-70% |
主料 |
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玻璃纖維 |
20-30% |
增強劑 |
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十溴聯苯醚（DBDPO） |
10-15% |
阻燃劑 |
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三氧化二銻 |
2-10% |
阻燃劑 |
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黑色色母 |
0-2% |
色粉 |
|
復配抗氧劑 |
0-1% |
|
|
抗滴落劑 |
0-1% |
/ |
配方2 未增強的阻燃尼龍
（各物質組分及含量都經過修改，與實際配方相差較大，僅供參考）
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成分 |
質量百分比 |
成分說明 |
|
尼龍66 |
60-80% |
主料 |
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溴代聚苯乙烯（68%溴） |
15-25% |
阻燃劑 |
|
三氧化二銻 |
0-10% |
阻燃劑 |
|
ZB |
0-10% |
阻燃劑 |
|
復配抗氧劑 |
0-1% |
|
|
抗滴落劑 |
0-1% |
/ |
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