居五大通用工程塑料(PA,PC,POM,PBT,PET,PP)之首的尼龍,即聚酰胺(PA),是主鏈上含有酰胺基團(tuán)(-NHCO.)的高分子化合物,是一種結(jié)晶物質(zhì),其分子具有鋸齒形的構(gòu)型。加纖PA6一般是耐熱材料,具有很高的力學(xué)強(qiáng)度、熔點(diǎn)高、耐磨、耐油和一般有機(jī)溶劑,耐熱性能優(yōu)良,耐摩擦和自潤(rùn)性、氣體阻隔性好,耐疲勞性較好等優(yōu)點(diǎn)。尼龍的缺點(diǎn)為吸濕性大,并對(duì)力學(xué)性能及電性能影響較大,耐酸性差,在潮濕環(huán)境中尺寸變化率大。因此尼龍的改性增強(qiáng)問(wèn)題變得越來(lái)越重要。
改性方法可以通過(guò)控制加纖PA6的各種物性和加入各種改性劑等。阻燃和力學(xué)性能在許多場(chǎng)合成為一個(gè)至關(guān)重要的因素,特別在電器用途,如接線柱、插座、開關(guān)等。加纖PA6加入適當(dāng)?shù)淖枞紕┛梢蕴岣咚淖枞夹阅?,加入玻璃纖維增強(qiáng)材料主要是做增強(qiáng)尼龍,增強(qiáng)尼龍的力學(xué)性能、硬度、蠕變性、尺寸穩(wěn)定性和耐熱性能都有明顯的提高。按照美國(guó)UL標(biāo)準(zhǔn),尼龍為UL94V-1或V-2級(jí),通過(guò)添加阻燃劑,可進(jìn)一步達(dá)到V-0級(jí)。隨著尼龍的品種增多,性能的改進(jìn),用途也越來(lái)越廣,所以增強(qiáng)阻燃尼龍的研究就顯得更為重要。
尼龍阻燃的途徑與機(jī)理
加纖PA6燃燒是快速進(jìn)行的物理、化學(xué)過(guò)程,出現(xiàn)燃燒時(shí),通常要伴隨有放熱,發(fā)光等特征。凡有存在燃燒現(xiàn)象的地方,總會(huì)有某種燃料、空氣中的氧參加。在燃料、氧(或其它氧化劑)之間發(fā)生化合反應(yīng),釋放熱量,生成氣體或固體的反應(yīng)產(chǎn)物。發(fā)生燃燒的幾個(gè)重要條件是存在燃料、氧氣、可燃體系的溫度。
聚合物的燃燒在氣相和凝聚相兩個(gè)相區(qū)內(nèi)進(jìn)行,即分為氣相阻燃機(jī)理和凝聚相阻燃機(jī)理。提高聚合物燃燒時(shí)炭化物的含量有助于凝聚相的阻燃,是一種有效的阻燃方法;而通過(guò)阻燃劑與聚合物反應(yīng),產(chǎn)生難燃?xì)怏w,從而在氣相中阻燃也是一種有效的阻燃途徑
聚酰胺的阻燃主要通過(guò)以下兩種途徑實(shí)現(xiàn):
(1)使用添加型阻燃劑,即通過(guò)機(jī)械混合方法,將阻燃劑加入到聚酰胺中,使其獲得阻燃性。優(yōu)點(diǎn)是使用方便,適用面廣,但對(duì)聚合物的使用性能有較大影響。可用于聚酰胺的主要添加型阻燃劑有雙(六氯環(huán)戊二烯)環(huán)辛烷、十溴二苯醚、多磷酸銨,MCA等。鹵系阻燃劑雖然具有較高的阻燃效率,但由于在燃燒過(guò)程中釋放出有毒氣體,其他幾種阻燃劑用于玻纖增強(qiáng)阻燃尼龍?bào)w系的效果并不明顯,而添加型阻燃劑聚磷酸蜜胺鹽(MPP)被認(rèn)為是用于玻纖增強(qiáng)尼龍較為有效的阻燃劑。
(2)膨脹型阻燃劑是以磷、氮為主要成分的阻燃劑,它必須要由炭源、酸源、氣源三種主要成分構(gòu)成。含有這類阻燃劑的聚合物受熱可分解出難燃性氣體,如氨氣、水蒸氣等,使體系發(fā)泡膨脹,加纖PA6生成海綿狀的炭質(zhì)泡沫層,起到隔熱、隔氧、抑煙、防止產(chǎn)生熔滴作用,此炭層經(jīng)歷以下幾步形成:1)在較低溫度下由酸源放出能酯化多元醇和作為脫水劑的無(wú)機(jī)酸;2)在稍高于釋放酸的溫度下發(fā)生酯化反應(yīng),而體系中的胺則可作為酯化的催化劑;3)體系在酯化前或酯化過(guò)程中熔化;鍆反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣和由氣源產(chǎn)生的不燃性氣體使熔融體系膨脹,同時(shí),多元醇和酯脫水炭化,形成無(wú)機(jī)物及炭殘余層,且體系進(jìn)一步膨脹發(fā)泡;反應(yīng)接近完成時(shí),體系焦化和固化,*后形成多孔泡沫炭層。
80年代以來(lái),推出了以紅磷為阻燃劑的A3X2系列產(chǎn)品。1995年推出的KR 4455是以無(wú)機(jī)氫氧化物為阻燃劑的阻燃尼龍6產(chǎn)品,由于它改進(jìn)了無(wú)機(jī)填充料與基體樹脂的界面特性,彌補(bǔ)了此類阻燃劑對(duì)材料機(jī)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(chǎn)品KR 4205。該公司推出的以紅磷為阻燃劑的阻燃產(chǎn)品會(huì)含有顏色。有一些產(chǎn)品是要求制成本色的,所以紅磷在有時(shí)候也可能會(huì)受到限制。美國(guó)Lati公司創(chuàng)造出了一種牌號(hào)為L(zhǎng)atamid 68 H2VOH的阻燃尼龍共聚物,它適用于電器和電子的薄膜制品的生產(chǎn)應(yīng)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(chǎn)應(yīng)用.