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阻燃尼龙都用哪些阻燃剂?

阻燃尼龙是尼龙诸多改性品种之一,可以应用的领域有汽车的点火系统部件、太阳能光伏电池组件、家电插头插座、电气断路器等等。改性前尼龙的阻燃等级在UL94 V-2级左右,通过往尼龙中加入阻燃剂进行改性,改性后阻燃等级可达到UL94V-0级。


尼龙的加工温度比较高,像PA6的熔融温度就在230-280℃,增强PA6要更高一点,要250-280℃。这就要求必须使用热稳定性比较好的阻燃剂,像C-I键能比较小的碘系阻燃剂,热稳定性不好是用不了的,目前阻燃尼龙用得比较多的是溴系阻燃剂、红磷和三聚氰胺盐类。


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图 三养电动汽车用阻燃尼龙


溴系阻燃剂属于卤系阻燃剂的一种,溴系阻燃剂里面使用得最广泛的就是十溴联苯醚了。其常跟锑化合物搭配使用,十溴联苯醚受热释放的HBr与Sb2O3反应生成SbOBr,而SbOBr受热又放出Sb2O3,其中SbBr3是阻燃作用的主要承担者,整个过程通过吸热、气体稀释阻燃机理进行阻燃。


现在都提倡无卤化,原因是卤系阻燃剂在阻燃时会产生环境问题。但是十溴联苯醚有害没害在国际上有着很大的争议,2005年的时候欧盟说它无害,2008年的时候欧洲共同体法院跳出来说,不行,欧盟说了不算,这个是有害的。于是最终十溴联苯醚遭到限制使用。



图 金旸 阻燃PA 充电桩枪头


不管怎么说,将来的阻燃尼龙无卤化肯定是最好的选择了,在无卤化的选择上主要是红磷和三聚氰胺盐类。


我国是世界磷资源大国,因此红磷具有很大的成本优势,而且其阻燃效率较高,这使得它得到了比较广泛的应用。红磷在受热分解后形成磷酸,磷酸一方面作为脱水剂,并促进成炭,炭的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导;另一方面磷酸可吸热,因为它阻止了CO氧化为CO2,降低了加热过程。其通过吸热、凝聚相阻燃机理进行阻燃。


但是在2010年的时候,松下召回门事件引发了人们对红磷阻燃使用的担忧,其原因在于红磷会使得产品的性能存在一定的潜在安全隐患。另一方面,红磷的颜色也使得它被限制在黑色或红色等深色尼龙制品中,因此浅色或透明无卤阻燃尼龙就一般会使用三聚氰胺盐类。


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图 聚石化学  无卤阻燃PA66、PA6  连接器、紧固件  


三聚氰胺盐类主要有三聚氰胺氰脲酸盐(MCA)、三聚氰胺聚磷酸盐(MMP)等等,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。


三聚氰胺盐类受热分解后,会带走部分热量,降低PA表面温度。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。



图 金发  阻燃增强PA10T PCIE连接器及DDR4连接器


在使用这些阻燃剂的时候,出于降低成本和阻燃效果最大化的目的,人们会根据一些协同效应进行复配,比如气相阻燃效果的卤系阻燃剂和固相阻燃效果的磷系阻燃剂搭配可形成完整的气-固相阻燃体系;氮系阻燃剂可促进磷系化合物的碳化等等。


总而言之,阻燃尼龙没有绝对完美的阻燃剂可供选择,这就要具体情况具体分析了,像杜邦、帝斯曼、艾曼斯、巴斯夫、德国道默、柯曼尼、恒达利、中新华美等都有推出各种各样的无卤阻燃尼龙品种。在环保的大趋势下,无卤化、经济高效复配是将来的发展方向。


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