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如何提高尼龙的阻燃性能?

尼龙材料本身具有一定的阻燃性,根据美国UL94标准,尼龙材料经垂直燃烧测试,其阻燃等级可达到V-2级,经过氧指数测试,数值可达到24%,因此,尼龙材料可用于阻燃要求不高的场合。虽然尼龙材料本身具有一定的阻燃特性,但是像家电和电子电器等对材料阻燃性要求高的行业,尼龙本身的阻燃性能已不能满足现有的使用要求,尤其是当玻璃纤维增强尼龙材料在这些领域使用时发现,含有玻璃纤维的尼龙材料在燃烧时容易出现烛芯效应,使材料更容易燃烧,普通的玻璃纤维增强改性尼龙材料已经无法达到阻燃应用的要求,因此,需要对尼龙阻燃性能的提高进行深人的研究。

目前,对于尼龙材料的阻燃改性通常分为含卤阻燃改性和无卤阻燃改性,而尼龙阻燃性能的关键指标可以通过极限氧指数(LOI )法、UL94燃烧法,灼热丝法等进行评估。根据目前市场的应用需求,阻燃尼龙材料的极限氧指数指标需要达到28%以上;根据美国UL94标准,阻燃尼龙材料通常要求达到V-0级才能有更广泛的用途;根据阻燃类电子电器IEC60335的标准要求,要求的阻燃尼龙材料灼热丝燃烧指数(GWFI)达到960℃,灼热丝发火温度(GWIT)达到775℃;根据电子电工标准要求,高端阻燃尼龙材料的相对漏电起痕指数(CTI)达到500 V以上。

如何稳定提高尼龙材料的阻燃性能一直是人们关注的热点话题。根据多年发展经验来看,尼龙材料阻燃性能的提高主要通过两种途径来实现:
1、在树脂基体中添加反应型阻燃剂,即阻燃剂作为一种反应单体参加反应,并结合到尼龙的主链或侧链上去,使尼龙本身产生多种官能团,这些官能团具有较强的阻燃活性。其优点是阻燃稳定性和阻燃性能好,对材料的力学性能影响小,而且毒性低;其缺点是操作和加工工艺复杂,成本高,在实际的生产应用中没有添加型阻燃方法应用广泛。
2、通过机械共混的方法,将阻燃剂加入到尼龙中,并利用双螺杆挤出机加工生产,使尼龙材料具有阻燃性能,即在复合过程中加入阻燃添加剂。该方法使用方便,应用非常广泛。

目前,对于阻燃尼龙体系的研究已经比较深入,在一定程度上满足了阻燃的需求。随着科技的进步和社会的发展,人们对于环保的要求越来越重视,因此,溴系阻燃尼龙由于自身的缺点非常明显,势必会被淘汰,而磷系和氮系阻燃尼龙综合性能相对较好。在磷系阻燃尼龙中,目前可以采用微胶囊红磷、红磷母粒的生产等方法有效避免含毒磷化氢的释放,但由于其相对漏电起痕指数(CTI )仅优于溴系阻燃尼龙,最高仅达到375 V,而且红磷阻燃体系的尼龙存在明显的色泽问题,因此,在高端产品的应用上还很不足。在氮系阻燃尼龙中,通过氮系阻燃剂与其他阻燃剂的复配得到了较好的力学性能,相对漏电起痕指数(CTI)可以达到600 V,但阻燃性不如磷系阻燃尼龙好,也限制了其应用的场合。

随着阻燃技术的不断发展,添加型阻燃剂在阻燃尼龙中的使用中占据主导地位,因此,未来阻燃尼龙材料的研究中应该具有以下几个特点:
1、材料无卤化、低毒性。环保要求是未来材料的重点关注方向,无卤阻燃剂的使用将是大势所趋,因此,其用量也会与日俱增。
2、复配阻燃体系的研究。阻燃尼龙材料的阻燃性能是无法通过一种阻燃剂的添加来实现,需要多种阻燃体系复配并产生协同效应来达到良好的阻燃效果,因此,未来研发的重点方向之一应该是如何通过提高阻燃剂的协同效应开发出性能优异的新型阻燃剂来解决尼龙无卤阻燃问题。
3、功能多样化。目前,大多数阻燃体系在达到尼龙材料阻燃性能的同时降低了力学性能和其他电性能(如相对漏电起痕指数),因此,成功开发出功能多样化的阻燃体系将成为未来阻燃尼龙材料发展研究的新方向。