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【倍特專欄】針對阻燃尼龍機(jī)理以及未來幾十年4個發(fā)展方向進(jìn)行探討

2020-01-24 14:18:12 國際知名專家 顧超英 493

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    最近一段時間里,有部分行業(yè)人士高度關(guān)注阻燃尼龍這個產(chǎn)品,現(xiàn)在我整理出一些文字內(nèi)容與大家共勉與切磋。

    中國千家萬戶最早認(rèn)識尼龍的時候還是在上世紀(jì)60年代,記得那時從國外進(jìn)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(yè)的飛速發(fā)展,尼龍走進(jìn)了尋常老百姓家。如今尼龍家族確實(shí)十分龐大,品種數(shù)不勝數(shù),用途也越來越廣泛。特別是近年來,隨著全球環(huán)保意識的日益加強(qiáng),消費(fèi)者對塑料制品的阻燃要求越來越高,無鹵、低煙、低毒的環(huán)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(yè)生產(chǎn),尼龍作為一種重要的工程塑料,具有耐磨耐油自潤滑等優(yōu)點(diǎn),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(yè)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(fā)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?jiān)现刑砑幼枞紕┩瓿傻?,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(xì)化工產(chǎn)品和合成材料的主要助劑之一。近年來,隨著防火安全標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)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(xù)燃和陰燃現(xiàn)象發(fā)生。阻燃劑主要通過吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應(yīng)、氣體稀釋作用等發(fā)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(yīng)機(jī)理:

1、吸熱作用

在高溫條件下,在高溫條件下,阻燃劑能夠強(qiáng)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?xì)怏w向外逸出,從而達(dá)到阻燃目的。

3、抑制鏈反應(yīng)

阻燃劑可在氣相燃燒區(qū)中捕捉燃燒反應(yīng)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(yīng)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?dú)獾?,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(qū)域的氧氣不足,抑制燃燒的繼續(xù)。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(yīng)區(qū),阻燃劑可改變材料的熱裂解過程,促使材料發(fā)生脫水、縮合、環(huán)化、交聯(lián)等反應(yīng),直至炭化,使炭化殘?jiān)黾樱扇夹詺怏w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(guān)鍵指標(biāo)可以通過極限氧指數(shù)(LOI )法、UL94燃燒法,灼熱絲法等進(jìn)行評估。根據(jù)目前市場的應(yīng)用需求,阻燃尼龍材料的極限氧指數(shù)指標(biāo)需要達(dá)到28%以上;根據(jù)美國UL94標(biāo)準(zhǔn),阻燃尼龍材料通常要求達(dá)到V-0級才能有更廣泛的用途;根據(jù)阻燃類電子電器IEC60335的標(biāo)準(zhǔn)要求,要求的阻燃尼龍材料灼熱絲燃燒指數(shù)(GWFI)達(dá)到960℃,灼熱絲發(fā)火溫度(GWIT)達(dá)到775℃;根據(jù)電子電工標(biāo)準(zhǔn)要求,高端阻燃尼龍材料的相對漏電起痕指數(shù)(CTI)達(dá)到500 V以上。

針對未來阻燃尼龍產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)該瞄準(zhǔn)四大方向,因?yàn)橥ㄟ^使用無鹵阻燃劑經(jīng)過改性而來的尼龍材料,無論是力學(xué)性能還是阻燃性都在傳統(tǒng)含鹵阻燃尼龍的基礎(chǔ)上得到了改善。這主要?dú)w功于無鹵阻燃劑的飛速發(fā)展,也是全球科技發(fā)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(jù)消費(fèi)者需求配色甚至可以生產(chǎn)本色產(chǎn)品。最為重要的是它徹底改善了含鹵阻燃劑對環(huán)境污染的問題。隨著尼龍工程塑料的應(yīng)用越來越廣泛,阻燃劑的品種越來越多,以及阻燃技術(shù)的開發(fā)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(fā)展方向:一是阻燃劑的復(fù)配技術(shù)。國際上很多阻燃劑廠家從事開發(fā)新型的協(xié)同體系,即將多種阻燃劑復(fù)配,以達(dá)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(jīng)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(jī)阻燃劑。三是多功能化。在某些行業(yè)除了要求尼龍具有阻燃性能,還要求具有如導(dǎo)熱、導(dǎo)電、抗靜電等,需要大量添加其他助劑以達(dá)到用戶的要求。四是成本與性能的均衡。開發(fā)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(fā)展,都會是以人為本,以消費(fèi)者為核心,以環(huán)保為要求。