阻燃尼龍

未經改性的尼龍其阻燃性能較差，其垂直燃燒只能達到UL94 V-2級，氧指數為24左右，並且在燃燒過程中產生滴落，屬於易燃材料，在使用過程中極易引發火災。尤其是在電子產品領域，因尼龍而引發的火災不計其數，造成損失較大，因此，對尼龍的阻燃改性成為當今學術界與工業界共同關注與攻關的課題。

(1)含鹵阻燃體系：其中最重要的也是在國外應用最廣的一種就是溴化苯乙烯聚合物，它具有極其優越的熱穩定性，並且由於它與尼龍是熔融可混的，因而在加工過程中具有很好的流動性。此外，用它製備的阻燃尼龍還具有優越的電性能和較好的物理機械性能。這種阻燃劑的局限性在於光穩定性較差且與尼龍尚不能完全相容。另外其成本與國內應用較廣的十溴聯苯醚相比較高。另外一種在尼龍中應用了許多年的阻燃劑就是敵可燃，它是一種含氯的阻燃劑，具有較高的阻燃效率和電性能，但其在熱穩定性方面的局限性使之僅適用於加工溫度較低的尼龍阻燃體系。在國內應用最廣的阻燃劑就是十溴聯笨醚，由於其較高的溴含量而對尼龍具有較高的阻燃效率，是最經濟的一種阻燃劑。但由於它是一種填料型阻燃劑，因而對加工流動性及產品的物理機械性能有很大的負面影響。此外，其熱穩定性和光穩定性也教差。人們開發的在尼龍阻燃方面使用的一種新阻燃劑為十溴二苯氧基乙烷，它與十溴聯苯醚具有相同的溴含量和同樣高的阻燃效率，且與溴化苯乙烯聚合物一樣無DPO(即所謂的二噁因)的問題。此外，它還具有較好的熱穩定性和光穩定性。其局限性在於它與十溴聯苯醚一樣同屬填料型阻燃劑，與聚合物相容性較差，因而加工流動性和製品的物理機械性能較差。此外與十溴聯苯醚相比成本上升較高。

(2)無鹵阻燃體系：尼龍中應用較廣的無鹵阻燃劑是紅磷和三聚氰胺鹽類。紅磷具有很高的阻燃效率並能改善製品的抗電弧性，但其儲存及顏色方面的局限性大大限制了其在尼龍中的應用，一般只應用於尼龍6中。另一種在尼龍中使用的無鹵阻燃劑是三聚氰胺鹽，主要是三聚氰胺尿酸鹽和磷酸鹽。它們具有較好的阻燃效率，但熱穩定性較差，且由於易吸潮而使得製品在潮濕環境下電性能較差。

玻纖增強填充系列材料系不同含量玻纖、礦粉增強填充PA材料，主要包括玻纖增強填充PA6以及玻纖增強填充PA66兩大系列，具有高強度、高剛性、高耐熱、良好的尺寸穩定性以及成型工藝性。可以用注射、模壓、擠出等方法成型，廣泛應用於汽車、電器等行業

無鹵阻燃尼龍，尼龍中應用較廣的無鹵阻燃劑是紅磷和三聚氰胺鹽類，無鹵阻燃尼龍產品阻燃性能優異，阻燃級別達到 UL94V0級，具有低析出、防滴落，高電氣性能及耐熱性優良，CTI值高，電氣性能好，衝擊強度高，對環境友好，環保。適合做電氣接插件。通過在材料中添加符合歐洲ROHS標準的溴系阻燃劑或無鹵阻燃劑，以提高複合材料的阻燃性能。包括UL94V—0級試驗和V一1、V一2級試驗。這種粒狀尼龍能承受的加工溫度為500F(260℃)。

一、影響阻燃尼龍效果的主要因素：

首先，阻燃劑的選取，針對不同的場合和要求選擇適當的阻燃劑；

其次，阻燃劑的用量以及協效組合若選用單一阻燃劑，紅磷、溴系阻燃劑的阻燃效果較好，當紅磷用量為5%～7%，溴系阻燃劑用量為15%～17%時，尼龍的垂直燃燒可達到V-0級；氮系阻燃劑在用量較大時也只能使尼龍垂直燃燒等級達到V-2級。若三種阻燃劑相互複合使用，其用量減少，效果較為顯著具體見下表：

複合阻燃體系的阻燃效果

阻燃體系 氧指數阻燃等級

15%N+5%磷 27.9 V-0

12%溴+3%磷 29.0 V-0

10%N+8%溴 29.5 V-0

由此可見，阻燃劑的協同作用不但可提高尼龍製品的阻燃效果，而且還可減少阻燃劑用量，從而降低成本。但阻燃劑之間的配比以及阻燃劑在尼龍基體的分散情況是影響阻燃效果的直接原因，可對阻燃劑和尼龍進行表面處理，改善阻燃劑和樹脂之間的相容性，從而優化阻燃劑的協同效果。

第三，原料中水分的影響因尼龍分子結構中都含有極性強的醯胺（-CONH-）基團，在空氣中暴露，易與空氣中的水分子結合形成氫鍵，吸水性較大，這使得尼龍在高溫熔融狀態下極易發生水解反應，降低其分子量，並進而降低其力學性能，因此，在加工使用前必須對尼龍原料進行充分的乾燥。乾燥條件為：

鼓風乾燥溫度 100℃~110℃ 時間為6~8h

真空乾燥溫度 85±5℃ 時間為6~8h

第四，加工溫度的影響擠出成型工藝中的加工溫度應遵循以下原則：進料段溫度略低於原料熔點，使尼龍呈半熔融狀態；這是為了保證物料能夠穩定進入螺桿，並能沿螺桿軸向方向輸送；壓縮段溫度高於熔點，一般約高10~15℃，使之完全熔融；這一段區，尼龍熔體受到螺桿剪切混煉作用，會產生較大的剪切與摩擦熱；計量段溫度與壓縮段接近或略低於壓縮段溫度，在該區，尼龍熔體受熱均勻，易實現穩定流動；機頭溫度較計量段略低，基本接近熔點溫度，以避免熔體破裂而造成製品的厚薄不均；冷卻介質的溫度及冷卻速度也應進行適當的調整。

阻燃體系對尼龍性能的影響

一些液態阻燃劑可提高熔體的流動性。阻燃劑屬於小分子物質，它的加入在尼龍樹脂基體中可以起到增塑作用，從而提高流動性，典型的阻燃劑MCA，既是阻燃劑又是良好的潤滑劑。

阻燃劑的加入可能導致尼龍衝擊強度、彎曲強度等力學性能下降。但隨著對各種工程塑料的要求越來越高，在滿足製品阻燃性能的同時，對尼龍進行增強改性，採用玻璃纖維來增強尼龍是廣泛使用的一種方式，玻纖增強的尼龍製品具有高強度、高熱變形溫度、成型收縮率低、流動性下降、抗衝擊強度大大提高等特性。

可用於尼龍的阻燃劑種類較多，溴系阻燃劑如十溴聯苯醚、十溴聯苯乙烷等，磷系阻燃劑如紅磷、三聚氰胺、氰脲酸鹽（MCA），固體阻燃劑如三氧化二銻、硼酸鋅等，一些阻燃劑之間的協同效果。

從使用效果和用量來看，在尼龍阻燃體系中，含鹵阻燃劑體系是使用最為廣泛的。含鹵阻燃體系中在國外應用比較廣泛的是聚溴化苯乙烯，它是二溴苯乙烯的均聚物，具有優異的熱穩定性及與尼龍良好的混熔性，且在加工過程中具有良好的流動性，但其光穩定性差且成本較高，在國內並未普及使用；在國內應用比較廣泛的是十溴聯苯醚，因其溴含量較高、添加量少、阻燃效果好且成本較低，而成為國內眾多企業優先選用的最為經濟的一類阻燃劑，但是其燃燒時釋放出有害氣體及有毒物質DPO（即所謂的二惡英）等對人體有極大的傷害性。近年來，因歐盟RoHS/WEEE指令的頒布，業內的專家學者正致力於尋找實用高效的環保的無鹵素阻燃劑。無鹵阻燃體系應用較廣的是紅磷和三聚氰胺鹽類。但是紅磷因其本身帶色的緣故只能用於黑色製品，且一般只用於尼龍6中，應用範圍極窄；此外應用較為普遍的是三聚氰胺鹽類，主要是三聚氰胺脲酸鹽和磷酸鹽，但是其阻燃效果不佳，添加量大且不能達到較高的阻燃等級，也只能適用於阻燃要求不高的場合。

基於此，近年來人們開發出一種新型的環保型阻燃劑十溴二苯乙烷，它同十溴聯苯醚一樣具有較高的溴含量及較好的阻燃效率，但是其具有良好的熱穩定性和光穩定性，且不易起霜等優點，可代替十溴二苯醚在尼龍中使用。

迄今為止，有關PA的阻燃產品絕大多數是以含鹵化合物為基礎的，阻燃時產生的濃煙、毒性、腐蝕性氣體給生產、應用和環境帶來的二次性災害以及國際上對二惡英問題爭論等原因，使得這類阻燃劑儘管在阻燃舞台上具有舉足輕重的地位，但人們曾經和正在致力尋找這類阻燃劑的替代品，即無鹵阻燃劑。紅磷雖屬其中之一，但由於其顏色問題，使得其在淺色製品中的應用受到限制，同時其可釋放出具有毒性的磷化氫。相反，無鹵膨脹阻燃劑不僅可賦予被阻燃材料在性能等方面有較佳的綜合平衡，而且在顏色上具有較寬的適用性，因此無鹵膨脹阻燃技術已逐漸為人們所重視。有關無鹵膨脹阻燃白色尼龍66，我國尚處於基礎研究階段，國際市場白色阻燃尼龍也只是剛剛步入生產階段。

80年代以來，推出了以紅磷為阻燃劑的A3X系列產品。1995年推出的KR4455是以無機氫氧化物為阻燃劑的阻燃尼龍66產品，由於它改進了無機填充料與基體樹脂的界面特性，彌補了此類阻燃劑對材料機械性能的影響。在其他阻燃劑品種方面，BASF也推出蜜胺類化合物為阻燃體系的產品KR4205。該公司推出的以紅磷為阻燃劑的阻燃產品會含有顏色。有一些產品是要求製成本色的，所以紅磷在有時候也可能會受到限制。美國Lati公司創造出了一種牌號為Latalnid68 HZVOH的阻燃尼龍共聚物，它適用於電器和電子的薄膜製品的生產應用，其加工性及抗著火的能力很好，因而可供連接器，微型插座等生產應用。

國外在阻燃尼龍66的複合材料也做了研究。最近美國同盟信號公司推出了一種阻燃性尼龍包裝材料，商品名為Staticule MPP，它能控制靜電的發展，通過金屬化產品，公司的固化工藝取得了阻燃性並消除了靜電荷，這種新薄膜以用於制筒卷、帶、護罩和蒙布等。此外，在複合體方面，Rhodia己開發了多種阻燃尼龍的複合體，主要是以有機的磷化物作為阻燃劑，產品有ehnyl C52G3MZ25等。Edward D.W等研究了鐵化合物在不含鹵素阻燃尼龍中的應用，他們主要是利用無機鐵化合物，聚苯醚，鋅的硼酸鹽的作用來提高碳化合物的含量，以此來達到提高阻燃的效果。Piete Gijsman等人研究了三聚氰胺一氰尿酸鹽在PA6與PA“中的阻燃機理的差別，他們認為PA6的主要降解產物是己內酞胺，而PA66的主要降解產物是環戊酮，認為MC在PA66中的效果要比在PA6中的好，他們還證明了MC在PA6和PA66中在350-450℃下作用發生的是化學反應。