阻燃尼龍的基本原理

發布于2023-08-03 16:47:40 點擊：0

尼龍諸多改性品種之一，可以應用的領域有汽車的點火系統部件、太陽能光伏電池組件、家電插頭插座、電氣斷路器等等。改性前尼龍的阻燃等級在UL94 V-2級左右，通過往尼龍中加入阻燃劑進行改性，改性后阻燃等級可達到UL94V-0級。

尼龍的加工溫度比較高，像PA6的熔融溫度就在230-280℃，增強PA6要更高一點，要250-280℃。這就要求必須使用熱穩定性比較好的阻燃劑，像C-I鍵能比較小的碘系阻燃劑，熱穩定性不好是用不了的，目前阻燃尼龍用得比較多的是溴系阻燃劑、紅磷和三聚氰胺鹽類。

溴系阻燃劑屬于鹵系阻燃劑的一種，溴系阻燃劑里面使用得最廣泛的就是十溴聯苯醚了。其常跟銻化合物搭配使用，十溴聯苯醚受熱釋放的HBr與Sb2O3反應生成SbOBr，而SbOBr受熱又放出Sb2O3，其中SbBr3是阻燃作用的主要承擔者，整個過程通過吸熱、氣體稀釋阻燃機理進行阻燃。

現在都提倡無鹵化，原因是鹵系阻燃劑在阻燃時會產生環境問題。但是十溴聯苯醚有害沒害在國際上有著很大的爭議，2005年的時候歐盟說它無害，2008年的時候歐洲共同體法院跳出來說，不行，歐盟說了不算，這個是有害的。于是最終十溴聯苯醚遭到限制使用。

不管怎么說，將來的阻燃尼龍無鹵化肯定是最好的選擇了，在無鹵化的選擇上主要是紅磷和三聚氰胺鹽類。

我國是世界磷資源大國，因此紅磷具有很大的成本優勢，而且其阻燃效率較高，這使得它得到了比較廣泛的應用。紅磷在受熱分解后形成磷酸，磷酸一方面作為脫水劑，并促進成炭，炭的生成降低了從火焰到凝聚相的熱傳導；另一方面磷酸可吸熱，因為它阻止了CO氧化為CO2，降低了加熱過程。其通過吸熱、凝聚相阻燃機理進行阻燃。

但是在2010年的時候，松下召回門事件引發了人們對紅磷阻燃使用的擔憂，其原因在于紅磷會使得產品的性能存在一定的潛在安全隱患。另一方面，紅磷的顏色也使得它被限制在黑色或紅色等深色尼龍制品中，因此淺色或透明無鹵阻燃尼龍就一般會使用三聚氰胺鹽類。

三聚氰胺鹽類主要有三聚氰胺氰脲酸鹽(MCA)、三聚氰胺聚磷酸鹽(MMP)等等，具有毒性小、腐蝕性小、阻燃效率高、與助劑不沖突等優點，單獨使用就能使PA達到UL 94 V–0級。

三聚氰胺鹽類受熱分解后，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、水蒸氣等不燃氣體，稀釋可燃、助燃性氣體濃度，阻礙PA內部進一步燃燒。從凝聚相角度分析，PA材料降解提前，促進殘炭生成，起到保護基體內部作用。

在使用這些阻燃劑的時候，出于降低成本和阻燃效果最大化的目的，人們會根據一些協同效應進行復配，比如氣相阻燃效果的鹵系阻燃劑和固相阻燃效果的磷系阻燃劑搭配可形成完整的氣-固相阻燃體系；氮系阻燃劑可促進磷系化合物的碳化等等。

總而言之，阻燃尼龍沒有絕對完美的阻燃劑可供選擇，這就要具體情況具體分析了，像杜邦、帝斯曼、艾曼斯、巴斯夫、德國道默、柯曼尼、恒達利、中新華美等都有推出各種各樣的無鹵阻燃尼龍品種。在環保的大趨勢下，無鹵化、經濟高效復配是將來的發展方向。