主圖：電動汽車對尼龍改性材料提出了新的挑戰，既要滿足機械和電氣性能，又要保持顏色穩定性。（圖片來源：SHUTTERSTOCK）

 

       如今的尼龍添加劑必須在考慮可持續性的同時提高性能。

       在機械性能和耐溫性是關鍵的工程應用中，尼龍的需求量很大——尤其是在金屬替代應用中。它靈活的聚合物化學成分以及不斷增長的性能增強添加劑，也使尼龍成為最可定制和用途最廣泛的工程塑料之一。

       尼龍改性材料的添加劑包括熱穩定劑、潤滑劑、阻燃劑、導熱和導電改性劑、玻璃纖維增強材料、著色劑等。有了如此廣泛的性能增強選項，尼龍在交通、通信、電氣和電子等日益苛刻的市場中發揮如此關鍵的作用也就不足為奇了。

       “電動汽車、無人駕駛交通工具（如無人機）和機器人將需要更高的溫度、更高的模量、更輕的材料，而尼龍配方/復合材料可能會解決這些問題，”Avakian PolyChem Consulting 的創始 Roger Avakian 說。

       Avakian 稱，另一個推動尼龍使用增長的領域是個人電子設備——基于生物基的尼龍已經用于手機，并且由于尼龍傳產品在生態影響方面的改進，它們的使用正在加速。他說，可持續性也越來越成為人們對尼龍添加劑的一個關注點，以阻燃劑為例，制造商正在尋找適合其循環經濟戰略的解決方案。

       布呂格曼（Brüggemann）聚合物添加劑業務部經理 Klaus Bergmann 博士表示，在尼龍穩定劑領域，人們一直關注不會對阻燃性產生負面影響的無鹵素和無銅熱穩定劑。這家特種添加劑制造商最近推出了 Bruggolen TP-H2062，這是一種不含金屬和鹵化物的熱穩定劑，可在 120-170 ℃ 的溫度范圍內提供持續保護。該穩定劑提供電中性的穩定性來防止金屬觸點腐蝕（電子應用中的一個潛在問題），即使在長期老化后也能保持改性材料的高機械性能。Bergmann 說，該公司正在研究這種穩定劑的改進版本，以提高阻燃性。

       布呂格曼還推出了適用于 160-190 ℃ 溫度范圍的尼龍穩定劑 Bruggolen TP-H1804。它滿足在經典銅基穩定劑無法提供足夠保護的溫度下的應用需求。穩定劑可用于小型內燃機（ICE）的引擎蓋下應用。

 

 

       一、“看得見”的穩定性

       高性能穩定性也是電動汽車（EV）的關鍵標準。布呂格曼與色母粒制造商 Grafe 合作開發并推出了熱穩定橙色母粒 PA-Tekolen，專為需要 RAL2003 橙色尼龍的電動汽車用途而設計。“這種組合確保了在長期高溫應用中的高能見度而不會變色，這對于高壓應用中使用的組件來說是強制性的，”Bergman 說。已證明該色母在 130 ℃ 下使用 1000 小時后仍能保持顏色。它可用于尼龍 6、尼龍 66 和玻璃纖維填充尼龍和阻燃尼龍。

Macrolex Orange HT 是朗盛（Lanxess）的一種新型可溶性無鹵素有機染料，也可用于為具有 RAL2003 橙色色調的尼龍（和其他塑料）著色。該公司將其描述為一種“警示”顏色，用于電動和混合動力汽車中的帶電電纜和其他高壓組件，以降低維護電動機的人員意外受傷的風險。朗盛表示，其新染料耐熱、耐光且耐候。

 

圖：Macrolex Orange HT 是朗盛的可溶性無鹵染料，用于電動汽車尼龍零件。（圖片來源：朗盛）

 

       卡博特（Cabot）的新型特種炭黑 Black Pearls 1180HD 是一種高黑度顆粒，呈現出強烈的顏色并且易于分散，因此它可以在較低的添加量下提供良好的顏色（較低的炭黑含量可以提高尼龍改性材料的機械性能）。卡博特塑料全球部門經理 Dominique Strässler 表示，高機械性能在金屬替代應用中至關重要，特別是在考慮用尼龍改性材料來實現輕量化的汽車應用中。

       在去年于德國慕尼黑舉行的的 AMI 性能尼龍會議上，Strässler 在報告中解釋說，較低的炭黑含量還可以減少與阻燃劑的相互作用并提高整體阻燃性能，而優化的分散性和形態可以提高相比漏電起痕指數（CTI）和介電性能。

 

       二、改善流動性

       用于注塑成型的尼龍改性材料通常含有少量潤滑劑以確保良好的脫模性。Baerlocher （百爾羅赫）特殊添加劑技術產品經理 Henrik Eriksson 表示，較高含量的潤滑劑還可以提高熔體粘度和流動性，但需要小心配制以避免不必要的負面影響。該公司提供一系列用于尼龍的潤滑劑，包括金屬皂（硬脂酸鹽）、EBS蠟和特種皂（山崳酸鹽）。

       “使用金屬皂時，包括為有機部分選擇合適的金屬陽離子和合適的鏈長，以及為金屬皂考慮合適的蠟伴侶以平衡溶解度限制，”Eriksson 說， “一些改性材料制造商傳統上避免使用硬脂酸鋁，盡管它有助于玻璃纖維增強改性材料的良好表面外觀，這是由于非常流動的粉末傾向于與其他添加劑分離并產生不均勻的預混物。”

       百爾羅赫提供壓制成易用使用的顆粒形式的硬脂酸鋁，從而消除了這些問題。根據 Eriksson 的說法，該潤滑劑還可以與其他添加劑一起壓制成顆粒，以創建一種“一站式”選項，可以減少處理量，最大限度地減少粉塵產生并提高劑量精度。

       百爾羅赫還提供一種含有可再生碳的山崳酸鈣作為尼龍中更昂貴的褐煤蠟的替代品。“山崳酸的長碳鏈允許更高的添加水平，不會產生與大量低分子量硬脂酸鈣相關的遷移問題，” Eriksson 說。

 

       三、多重標準

       在許多使用尼龍改性材料的應用中，達到阻燃標準非常重要。行業顧問 Roger Avakian 表示，最大的阻燃挑戰之一是開發能夠通過美國（例如 UL 94）和歐洲（灼熱絲）的可燃性測試的系統。“許多配方可以通過其中一個或另一個，但不能同時通過，”他說。

 

圖：需要遵守不同的火焰測試標準是尼龍改性材料開發人員面臨的挑戰。（圖片來源：SHUTTERSTOCK）

 

        其他關鍵特性包括易于加工、避免腐蝕模具和產生模垢，當然還要考慮可持續性——無論是在環境特征還是可回收性方面。根據 Avakian 的說法，在回收過程中保持阻燃性的能力是一種成本優勢，這一點目前正引發更多的關注。“大多數研究都是關于鹵化阻燃劑的，研究結果表明它們在機械回收過程中保留了阻燃特性。對基于磷的無鹵阻燃劑的研究表明它們也很強大，但對于某些磷-氮阻燃劑是否會分解存在一些疑問，”他說。

       一些低分子量鹵化阻燃劑存在毒性問題并有可能產生腐蝕性煙霧；因此，其中大部分在近 20 年前在歐洲被逐步淘汰出了 E&E （電子電氣）應用。然而，據說聚合物溴化阻燃劑是一種選擇。它們比無鹵阻燃劑有效且成本更低，供應商表示它們是可持續的。

       “一些較新的聚合鹵化阻燃劑正在被采用（例如聚苯乙烯中的 Emerald 技術），但一些多年來成功用于尼龍的舊聚合鹵化阻燃劑正在接受審查，”Avakian 說。他補充說，氰尿酸三聚氰胺在歐洲也受到審查。

 

        四、值得關注的一點

       人們一直在推動轉向無鹵阻燃劑，尤其是在歐洲。新的無鹵素技術不斷得到開發。例如，基 DOPO （9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物）的有機磷阻燃劑是非揮發性的，可以衍生成適應不同的聚合物。Avakian 建議，雖然由于供應和獲得商業注冊方面的限制，這些化學品尚未被廣泛采用，但這項技術值得關注。

       邱博工程材料（Huber Engineered Materials）阻燃添加劑業務全球營銷總監 Christian Panofen 指出，歐盟的綠色協議和隨后于 2020 年 10 月推出的化學品可持續發展戰略推動了對無鹵阻燃劑和抑煙劑的支持。

       “提高阻燃劑使用的合法性將在未來繼續扮演重要角色。使用環保、無鹵阻燃劑的積極強勁勢頭將會增加，”Panofen 說。“結合和混合無鹵阻燃劑來優化阻燃性和抑煙性并提高材料性能的趨勢很可能會上升，”他補充道。

 

       五、磷酸鹽選項

     邱博的 Safire 400 氮磷（N-P）阻燃技術是一種用于尼龍的新型三聚氰胺聚（磷酸鋅）。Panofen 說，與相同添加水平的三聚氰胺聚磷酸鹽相比，Safire 400 提供了等效的阻燃劑和工藝性能，并具有一些額外的優勢。這些額外優勢包括膨脹和通過在大多數聚合物中形成炭來抑制煙霧的雙重阻燃機制，改善了煙霧不透明性和毒性、減少析出、具有更高的相比漏電起痕指數（CTI）性能和更淺的顏色。它還可以作為次膦酸鹽和其它無鹵阻燃劑的協效劑。

       邱博也提供其他無鹵阻燃劑技術，包括三水合氧化鋁 （ATH） 和氫氧化鎂（MDH）。2021 年底，邱博工程材料（HEM） 完成了對 RHI Magnesita 在 Magnifin Magnesiaprodukte 的 50% 股權的收購，該公司曾與 Martinswerk 以 50/50 的比例合資（Martinswerk 自 2016 年起成為邱博的一部分）。

       據說，通過合成生產出來的細粒度 Magnifin MDH 能讓加工商生產出不含鹵素或含磷化合物的阻燃尼龍。“現有產品含有大約 10% 到 20% 的玻璃纖維，其中大約 30% 到 55% 是 Magnifin，”Panofen 說。他說，該產品可確保非常低的煙霧密度，并幫助用戶在可制成任何顏色的玻璃纖維增強配方中達到 UL94 V-0 和 CTI 為 600 V 。

       在電動汽車中，阻燃性和熱管理都很重要。據 Panofen 稱，導熱添加劑，例如邱博的氧化鋁基 Martoxid TM-4000 系列，可提供高達 2.5 W/m.K 的均衡導熱性能、改善的機械性能、阻燃性和可加工性。

       Nofia 聚膦酸酯阻燃劑的制造商 FRX Polymers 也在積極研究用于尼龍的阻燃劑。該公司表示，其阻燃劑已成功用于針對電動汽車的高性能尼龍。另外，FRX 報告稱，Nofia 阻燃劑很快將在一個針對高性能混紡織物應用的尼龍母粒中商業化。該公司聲稱，在該應用中，Nofia 阻燃劑提供了改進的熔體加工性能和非鹵素聚合物阻燃劑的可持續性優勢。

 

       六、正在增加的產能

       科萊恩（Clariant）也預測無鹵阻燃劑的使用將增加，該公司在去年底宣布，將在其位于中國廣東省惠州大亞灣的化工生產基地為其 Exolit OP 阻燃劑產品建設新產能。該公司表示，本土生產能力將使其能夠更快地為中國快速增長的電子電氣、電動汽車、5G 通信技術和交通領域的客戶提供產品。科萊恩計劃在該項目上投資約 5700 萬歐元，并預計該生產設施將于 2023 年完工。

 

圖：據科萊恩稱，電動汽車是無鹵阻燃尼龍改性材料增長的驅動力之一。（圖片來源：SHUTTERSTOCK）

 

       科萊恩表示，Exolit OP 系列基于二乙基次膦酸鋁（DEPAL），并帶有 EcoTain 可持續性標簽，該標簽認可該產品良好的環境和健康特征。該公司報告稱，Exolit 在尼龍中可以實現低至 0.4 毫米的 UL94 V-0 等級，同時擁有良好的電氣性能（CTI 為 600 V）、熱穩定性和良好的機械性能。專為提高用于無人值守家用電器的灼熱絲起燃測試性能而定制的Exolit牌號系列也正在開發當中，預計將于今年推出。

       科萊恩還看到對其能減少碳排放的 Exolit OP Terra 阻燃劑的需求也在增加。這些牌號包含高達 100 % 的可再生碳含量，據說是公司標準 Exolit OP 系列的“插件”。

       布登海姆（Budenheim）最近推出的 Budit 617 是一種基于三聚氰胺聚磷酸鹽和協效劑的無鹵阻燃系統。據說該添加劑適用于玻璃纖維增強尼龍改性材料，特別是用E&E用途。據稱使用該添加劑的改性材料達到了灼熱絲起燃溫度測試大于 800 °C 和 0.8 毫米以上厚度的 UL94 V-0 等級。據說它還具有低腐蝕、低煙毒性和低煙密度。

 

圖：布登海姆的Budit無鹵阻燃劑非常適合用于E&E應用的玻璃增強尼龍。（圖片來源：布登海姆）

 

       布登海姆的另一種尼龍添加劑是 Budit F 系列，它是基于磷酸鹽化學成分的吸熱化學發泡劑濃縮物，可以替代物理發泡。例如，Budit F24 是一種無水發泡劑，適用于易水解的尼龍。布登海姆材料成分業務部創新和應用開發經理 Tobias Moss 在 AMI 性能尼龍會議上說到，與物理發泡相比，化學發泡的優勢包括更可控的泡孔形成、更好的表面（由于縮痕更少）、改進的熔體流動和更短的注塑成型周期。

 

轉自——網絡

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