[推荐]尼龙阻燃改性及其应用

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尼龙阻燃改性及其应用
（济南泰星精细化工有限公司 ）
前言
聚酰胺俗称尼龙（PA），是分子主链上含有重复酰胺基团（－NHCO－）的热塑性树脂总称。尼龙因具有良好的力学性能、电性能、耐热性、韧性、耐油性、耐磨性、自润滑性、耐化学药品性等优良性能，广泛的应用于各个领域。
但未经改性的尼龙其阻燃性能较差，其垂直燃烧只能达到UL94 V-2级，氧指数为24左右，并且在燃烧过程中产生滴落，属于易燃材料，在使用过程中极易引发火灾。尤其是在电子产品领域，因尼龙而引发的火灾不计其数，造成损失较大，因此，对其的阻燃改性成为当今学术界与工业界共同关注与攻关的课题。
本文根据笔者多年的生产经验对尼龙阻燃改性以及在其进行改性过程中所注意的问题进行简要综述，同时展望了尼龙用阻燃剂的发展方向。
! W5 P2 D( v( h7 G$ E1 x& y  ?尼龙阻燃改性中应注意的问题
一、影响尼龙阻燃效果的主要因素：
7 _0 j. ]) j; A, m: P$ i首先，阻燃剂的选取，针对不同的场合和要求选择适当的阻燃剂；
其次，阻燃剂的用量以及协效组合 若选用单一阻燃剂，红磷、溴系阻燃剂的阻燃效果较好，当红磷用量为5%～7%，溴系阻燃剂用量为15%～17%时，尼龙的垂直燃烧可达到V-0级；氮系阻燃剂在用量较大时也只能使尼龙垂直燃烧等级达到V-2级。若三种阻燃剂相互复合使用，其用量减少，效果较为显著具体见下表：
复合阻燃体系的阻燃效果
阻燃体系 氧指数 阻燃等级
$ S0 n4 {, Z1 x15%N+5%磷 27.9 V-0
12%溴+3%磷 29.0 V-0
10%N+8%溴 29.5 V-0
由此可见，阻燃剂的协同作用不但可提高尼龙制品的阻燃效果，而且还可减少阻燃剂用量，从而降低成本。但阻燃剂之间的配比以及阻燃剂在尼龙基体的分散情况是影响阻燃效果的直接原因，可对阻燃剂和尼龙进行表面处理，改善阻燃剂和树脂之间的相容性，从而优化阻燃剂的协同效果。
第三，原料中水分的影响 因尼龙分子结构中都含有极性强的酰胺（-CONH-）基团，在空气中暴露，易与空气中的水分子结合形成氢键，吸水性较大，这使得尼龙在高温熔融状态下极易发生水解反应，降低其分子量，并进而降低其力学性能，因此，在加工使用前必须对尼龙原料进行充分的干燥。干燥条件为：
鼓风干燥温度 100℃~110℃ 时间为6~8h
/ R8 B- P2 v; T: g) E" m1 i& r0 q真空干燥温度 85±5℃ 时间为6~8h
第四，加工温度的影响 挤出成型工艺中的加工温度应遵循以下原则：进料段温度略低于原料熔点，使尼龙呈半熔融状态；这是为了保证物料能够稳定进入螺杆，并能沿螺杆轴向方向输送；压缩段温度高于熔点，一般约高10~15℃，使之完全熔融；这一段区，尼龙熔体受到螺杆剪切混炼作用，会产生较大的剪切与摩擦热；计量段温度与压缩段接近或略低于压缩段温度，在该区，尼龙熔体受热均匀，易实现稳定流动；机头温度较计量段略低，基本接近熔点温度，以避免熔体破裂而造成制品的厚薄不均；冷却介质的温度及冷却速度也应进行适当的调整。
阻燃体系对尼龙性能的影响
一些液态阻燃剂可提高熔体的流动性。阻燃剂属于小分子物质，它的加入在尼龙树脂基体中可以起到增塑作用，从而提高流动性，典型的阻燃剂MCA，既是阻燃剂又是良好的润滑剂。
# k9 B5 z6 Z' C6 O阻燃剂的加入可能导致尼龙冲击强度、弯曲强度等力学性能下降。但随着对各种工程塑料的要求越来越高，在满足制品阻燃性能的同时，对尼龙进行增强改性，目前采用玻璃纤维来增强尼龙是广泛使用的一种方式，玻纤增强的尼龙制品具有高强度、高热变形温度、成型收缩率低、流动性下降、抗冲击强度大大提高等特性。
尼龙用阻燃剂的发展趋势
目前可用于尼龙的阻燃剂种类较多，溴系阻燃剂如十溴联苯醚、十溴联苯乙烷等，磷系阻燃剂如红磷、三聚氰胺、氰脲酸盐（MCA），固体阻燃剂如三氧化二锑、硼酸锌等，一些阻燃剂之间的协同效果。
从使用效果和用量来看，在尼龙阻燃体系中，含卤阻燃剂体系是使用最为广泛的。含卤阻燃体系中在国外应用比较广泛的是聚溴化苯乙烯，它是二溴苯乙烯的均聚物，具有优异的热稳定性及与尼龙良好的混熔性，且在加工过程中具有良好的流动性，但其光稳定性差且成本较高，在国内并未普及使用；在国内应用比较广泛的是十溴联苯醚，因其溴含量较高、添加量少、阻燃效果好且成本较低，而成为国内众多企业优先选用的最为经济的一类阻燃剂，但是其燃烧时释放出有害气体及有毒物质DPO（即所谓的二噁英）等对人体有极大的伤害性。近年来，因欧盟RoHS/WEEE指令的颁布，业内的专家学者正致力于寻找实用高效的环保的无卤素阻燃剂。无卤阻燃体系应用较广的是红磷和三聚氰胺盐类。但是红磷因其本身带色的缘故只能用于黑色制品，且一般只用于尼龙6中，应用范围极窄；此外应用较为普遍的是三聚氰胺盐类，主要是三聚氰胺脲酸盐和磷酸盐，但是其阻燃效果不佳，添加量大且不能达到较高的阻燃等级，也只能适用于阻燃要求不高的场合。
基于此，近年来人们开发出一种新型的环保型阻燃剂十溴二苯乙烷，它同十溴联苯醚一样具有较高的溴含量及较好的阻燃效率，但是其具有良好的热稳定性和光稳定性，且不易起霜等优点，可代替十溴二苯醚在尼龙中使用。

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