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          【倍特專欄】針對阻燃尼龍機理以及未來幾十年4個發展方向進行探討

          2020-01-24 14:18:12 國際知名專家 顧超英 366

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              最近一段時間里,有部分行業人士高度關注阻燃尼龍這個產品,現在我整理出一些文字內容與大家共勉與切磋。

              中國千家萬戶最早認識尼龍的時候還是在上世紀60年代,記得那時從國外進口尿素的包裝袋是尼龍袋,老百姓視為寶貝,不僅可以用來裝東西,還可用以做衣服的材料。如果誰有一件尼龍襯衣,則是令人羨慕的事情。后來,隨著中國尼龍工業的飛速發展,尼龍走進了尋常老百姓家。如今尼龍家族確實十分龐大,品種數不勝數,用途也越來越廣泛。特別是近年來,隨著全球環保意識的日益加強,消費者對塑料制品的阻燃要求越來越高,無鹵、低煙、低毒的環保型阻燃劑已越來越廣泛地被要求使用。無鹵阻燃材料也越來越受重視,尤其是高性能的無鹵阻燃尼龍材料正在受到人們的歡迎。

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             眾所周知,阻燃尼龍顆粒主要用于工業生產,尼龍作為一種重要的工程塑料,具有耐磨耐油自潤滑等優點,但其自身具備一定的可燃性,因此在一定程度上限制了它的使用,尤其是電子電氣、汽車等行業對阻燃性能的要求較高,也正是這方面的需求,阻燃尼龍的發展闊步向前。尼龍本身是具有一定程度阻燃型的,屬于低級阻燃,但這往往滿足不了大家的需求,阻燃尼龍是在尼龍原料中添加阻燃劑完成的,其中真正起作用的就是阻燃劑。阻燃劑是一種能夠提高易燃或可燃材料難燃性、自熄性或消煙性的助劑,是重要的精細化工產品和合成材料的主要助劑之一。近年來,隨著防火安全標準的日益嚴格,全球阻燃劑用量一直呈上升趨勢。所謂"阻燃",并不是指材料不燃燒,而是使材料在火焰中能降低其可燃性,減緩火焰蔓延速度,不形成大面積燃燒,而離開火焰后,能很快自熄,沒有續燃和陰燃現象發生。阻燃劑主要通過吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、氣體稀釋作用等發揮阻燃效果。

          阻燃尼龍起作用有5種方式,這也是阻燃尼龍的反應機理:

          1、吸熱作用

          在高溫條件下,在高溫條件下,阻燃劑能夠強烈地吸收燃燒過程中放出的熱量,降低可燃物的表面溫度,減少輻射到燃燒表面和作用于自由基的熱量,可燃性氣體的生成被有效抑制,燃燒的蔓延被阻止。

          2、覆蓋作用

          在高溫下,阻燃劑能形成泡沫狀或玻璃狀覆蓋層,可以隔熱、隔氧,并阻止可燃氣體向外逸出,從而達到阻燃目的。

          3、抑制鏈反應

          阻燃劑可在氣相燃燒區中捕捉燃燒反應中的自由基,抑制火焰的傳播,使火焰的密度下降,使燃燒反應終止。

          4、氣體稀釋作用

          阻燃劑受熱分解釋放出不燃性氣體,如二氧化碳、二氧化硫、氮氣等,使材料裂解生成的可燃性氣體被稀釋到燃燒極限一下,或使火焰中心處部分區域的氧氣不足,抑制燃燒的繼續。例如含鹵阻燃劑在受熱和燃燒過程中生成不燃性氣體齒化氫,稀釋周圍的空氣,能夠起到阻燃作用。

          5、凝聚相阻燃

          在凝聚相反應區,阻燃劑可改變材料的熱裂解過程,促使材料發生脫水、縮合、環化、交聯等反應,直至炭化,使炭化殘渣增加,可燃性氣體減少,起到阻燃作用。

          目前,對于尼龍材料的阻燃改性通常分為含鹵阻燃改性和無鹵阻燃改性,而尼龍阻燃性能的關鍵指標可以通過極限氧指數(LOI )法、UL94燃燒法,灼熱絲法等進行評估。根據目前市場的應用需求,阻燃尼龍材料的極限氧指數指標需要達到28%以上;根據美國UL94標準,阻燃尼龍材料通常要求達到V-0級才能有更廣泛的用途;根據阻燃類電子電器IEC60335的標準要求,要求的阻燃尼龍材料灼熱絲燃燒指數(GWFI)達到960℃,灼熱絲發火溫度(GWIT)達到775℃;根據電子電工標準要求,高端阻燃尼龍材料的相對漏電起痕指數(CTI)達到500 V以上。

          針對未來阻燃尼龍產業的發展應該瞄準四大方向,因為通過使用無鹵阻燃劑經過改性而來的尼龍材料,無論是力學性能還是阻燃性都在傳統含鹵阻燃尼龍的基礎上得到了改善。這主要歸功于無鹵阻燃劑的飛速發展,也是全球科技發展的一個縮影,無鹵阻燃尼龍在制品顏色的處理上,可以根據消費者需求配色甚至可以生產本色產品。最為重要的是它徹底改善了含鹵阻燃劑對環境污染的問題。隨著尼龍工程塑料的應用越來越廣泛,阻燃劑的品種越來越多,以及阻燃技術的開發研究不斷深入。

          因此,阻燃尼龍在未來幾十年會往以下4個發展方向:一是阻燃劑的復配技術。國際上很多阻燃劑廠家從事開發新型的協同體系,即將多種阻燃劑復配,以達到降低阻燃劑用量、提高阻燃性能的目的,既降低了阻燃材料的價格,又減少了物理性能的損失。二是無鹵化、低毒低鹵化。許多國家已經禁止或者限制了含鹵阻燃劑的使用,而代之為磷、氮系阻燃劑和無機阻燃劑。三是多功能化。在某些行業除了要求尼龍具有阻燃性能,還要求具有如導熱、導電、抗靜電等,需要大量添加其他助劑以達到用戶的要求。四是成本與性能的均衡。開發高效阻燃體系,減少阻燃劑對材料物理性能的影響,同時還可以減少污染、降低成本。無論無鹵阻燃尼龍的未來如何發展,都會是以人為本,以消費者為核心,以環保為要求。

           


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