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【倍特专栏】针对阻燃尼龙机理以及未来几十年4个发展方向进行探讨

2020-01-24 14:18:12 国际知名专家 顾超英 237

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    最近一段时间里,有部分行业人士高度关注阻燃尼龙这个产品,现在我整理出一些文字内容与大家共勉与切磋。

    中国千家万户最早认识尼龙的时候还是在上世纪60年代,记得那时从国外进口尿素的包装袋是尼龙袋,老百姓视为宝贝,不仅可以用来装东西,还可用以做衣服的材料。如果谁有一件尼龙衬衣,则是令人羡慕的事情。后来,随着中国尼龙工业的飞速发展,尼龙走进了寻常老百姓家。如今尼龙家族确实十分庞大,品种数不胜数,用途也越来越广泛。特别是近年来,随着全球环保意识的日益加强,消费者对塑料制品的阻燃要求越来越高,无卤、低烟、低毒的环保型阻燃剂已越来越广泛地被要求使用。无卤阻燃材料也越来越受重视,尤其是高性能的无卤阻燃尼龙材料正在受到人们的欢迎。

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   众所周知,阻燃尼龙颗粒主要用于工业生产,尼龙作为一种重要的工程塑料,具有耐磨耐油自润滑等优点,但其自身具备一定的可燃性,因此在一定程度上限制了它的使用,尤其是电子电气、汽车等行业对阻燃性能的要求较高,也正是这方面的需求,阻燃尼龙的发展阔步向前。尼龙本身是具有一定程度阻燃型的,属于低级阻燃,但这往往满足不了大家的需求,阻燃尼龙是在尼龙原料中添加阻燃剂完成的,其中真正起作用的就是阻燃剂。阻燃剂是一种能够提高易燃或可燃材料难燃性、自熄性或消烟性的助剂,是重要的精细化工产品和合成材料的主要助剂之一。近年来,随着防火安全标准的日益严格,全球阻燃剂用量一直呈上升趋势。所谓"阻燃",并不是指材料不燃烧,而是使材料在火焰中能降低其可燃性,减缓火焰蔓延速度,不形成大面积燃烧,而离开火焰后,能很快自熄,没有续燃和阴燃现象发生。阻燃剂主要通过吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、气体稀释作用等发挥阻燃效果。

阻燃尼龙起作用有5种方式,这也是阻燃尼龙的反应机理:

1、吸热作用

在高温条件下,在高温条件下,阻燃剂能够强烈地吸收燃烧过程中放出的热量,降低可燃物的表面温度,减少辐射到燃烧表面和作用于自由基的热量,可燃性气体的生成被有效抑制,燃烧的蔓延被阻止。

2、覆盖作用

在高温下,阻燃剂能形成泡沫状或玻璃状覆盖层,可以隔热、隔氧,并阻止可燃气体向外逸出,从而达到阻燃目的。

3、抑制链反应

阻燃剂可在气相燃烧区中捕捉燃烧反应中的自由基,抑制火焰的传播,使火焰的密度下降,使燃烧反应终止。

4、气体稀释作用

阻燃剂受热分解释放出不燃性气体,如二氧化碳、二氧化硫、氮气等,使材料裂解生成的可燃性气体被稀释到燃烧极限一下,或使火焰中心处部分区域的氧气不足,抑制燃烧的继续。例如含卤阻燃剂在受热和燃烧过程中生成不燃性气体齒化氢,稀释周围的空气,能够起到阻燃作用。

5、凝聚相阻燃

在凝聚相反应区,阻燃剂可改变材料的热裂解过程,促使材料发生脱水、缩合、环化、交联等反应,直至炭化,使炭化残渣增加,可燃性气体减少,起到阻燃作用。

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。

针对未来阻燃尼龙产业的发展应该瞄准四大方向,因为通过使用无卤阻燃剂经过改性而来的尼龙材料,无论是力学性能还是阻燃性都在传统含卤阻燃尼龙的基础上得到了改善。这主要归功于无卤阻燃剂的飞速发展,也是全球科技发展的一个缩影,无卤阻燃尼龙在制品颜色的处理上,可以根据消费者需求配色甚至可以生产本色产品。最为重要的是它彻底改善了含卤阻燃剂对环境污染的问题。随着尼龙工程塑料的应用越来越广泛,阻燃剂的品种越来越多,以及阻燃技术的开发研究不断深入。

因此,阻燃尼龙在未来几十年会往以下4个发展方向:一是阻燃剂的复配技术。国际上很多阻燃剂厂家从事开发新型的协同体系,即将多种阻燃剂复配,以达到降低阻燃剂用量、提高阻燃性能的目的,既降低了阻燃材料的价格,又减少了物理性能的损失。二是无卤化、低毒低卤化。许多国家已经禁止或者限制了含卤阻燃剂的使用,而代之为磷、氮系阻燃剂和无机阻燃剂。三是多功能化。在某些行业除了要求尼龙具有阻燃性能,还要求具有如导热、导电、抗静电等,需要大量添加其他助剂以达到用户的要求。四是成本与性能的均衡。开发高效阻燃体系,减少阻燃剂对材料物理性能的影响,同时还可以减少污染、降低成本。无论无卤阻燃尼龙的未来如何发展,都会是以人为本,以消费者为核心,以环保为要求。