尼龍（PA）是分子鏈結構中含有酰胺鍵的熱塑性樹脂。由于其具有較好的力學性能和使用性能，尼龍在汽車、機械、電子、化工等領域均得到了廣泛應用，成為目前世界上產量最大、應用范圍最廣的工程塑料。

       但是，尼龍材料無阻燃性，當采用玻璃纖維增強改性時，會產生“燭芯效應”，使材料的阻燃性能顯著降低。因此，整個行業都極為關注尼龍的阻燃改性。

 

       一、尼龍阻燃的熱點是什么？

       根據一份對近三十年來國內外尼龍阻燃領域的研究開發狀況進行總結及分析，得出了如下結論：

 

國內尼龍阻燃學術論文研究熱點分析

（a）研究主題 （b）研究關鍵詞

 

       由圖可知，新型阻燃劑、阻燃尼龍復合材料的研究開發是目前研究的熱點問題，同時，阻燃研究中最受關注的尼龍種類是尼龍 6 和尼龍 66。

       未經阻燃改性的尼龍的阻燃性較差。不同種類尼龍的氧指數不同，其中，尼龍 66 氧指數為 24.3% ，尼龍 1010 氧指數為 25.5% ，尼龍 6 氧指數為 26.4% 。而在垂直燃燒測試過程中，尼龍的熔滴現象導致使用過程中具有潛在的火災危險。尼龍新型阻燃劑的合成及反應性阻燃技術是目前該領域的主要研究內容，而早期廣泛采用的含鹵阻燃體系雖然僅添加少量即具有較好的阻燃效果，但是，含鹵阻燃劑在燃燒過程中會分解產生二噁英等，對環境生態有害的有毒氣體。因此，在繼續研究新型阻燃技術的同時，無鹵阻燃也已成為研究的主流趨勢。

       另外，“力學性能”、“增強”、“玻璃纖維”、“增韌”等關鍵詞的比例約為  10%。因此，阻燃性能提高的同時，保持材料的力學性能仍是研究熱點，這與無鹵阻燃劑添加量較大，對材料的力學性能影響較大有一定的關系。

       因此，尋找可以使材料力學性能提升的方法也成為尼龍阻燃研究的熱點。添加玻璃纖維增強改性雖然是目前較為普遍的改善復合材料力學性能的方法，但是會產生“燭芯效應”。因此，在玻纖增強的尼龍材料中，需要特別注意阻燃體系的設計。

 

       二、什么是更受關注的阻燃體系？

       目前，無鹵阻燃劑在尼龍阻燃中的應用均較廣泛。其中，含磷阻燃劑在尼龍無鹵阻燃技術中的應用最多，與其他氮系、硅系阻燃劑復配使用的頻率較高。

       而尼龍阻燃復配體系中，研究較為完善、應用范圍最廣的是磷-氮復配體系，國內外關于磷氮協效阻燃機理的研究也日益完善。

 

       三、關于無鹵阻燃體系

       從圖中可以看出，包括紅磷、次膦酸鹽、三聚氰胺聚磷酸鹽（MPP）在內的含磷阻燃劑在尼龍阻燃中應用的頻率均較高。

 

國內不同尼龍阻燃劑論文發表數量年度趨勢

 

       1、磷系阻燃劑

       根據結構和組成的不同，分為無機磷系和有機磷系阻燃劑兩大類。無機磷系阻燃劑主要包括紅磷、聚磷酸銨及磷酸鹽等；有機磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、磷酸酯及有機次磷酸鹽等。磷系阻燃劑雖然具有較高的阻燃效率，但是，在使用過程中會釋放對人體有害的磷化氫氣體，通過相關改性可有效抑制。適用于尼龍的磷系阻燃劑主要有紅磷、聚磷酸銨（APP）等。

       （1）紅磷

      紅磷的優點是有效磷含量高，在燃燒時比其它含磷化合物產生更多的磷酸。達到相同的阻燃等級時，紅磷的添加量比其它的阻燃劑更低，使尼龍能較好地保持自身的力學性能。但作為阻燃劑的紅磷的主要缺點是它的紅顏色、易燃和通過與水反應生成高毒性的磷化氫（膦）。一般只應用于尼龍 6 中。

       將普通紅磷進行微膠囊化或母粒化可避免其缺點。

       （2）聚磷酸銨（APP）

       聚磷酸銨（APP）通過降低尼龍的降解溫度、改變最終氣相產物的組成參與了尼龍的熱降解過程，同時在聚合物基體上形成蜂窩狀炭化覆蓋層，隔斷兩相界面的熱量和物質傳遞，起到了保護基體的作用由于成炭有流動趨勢，會導致炭層下面的基材暴露，增大了燃燒的危險性。加入一些無機添加劑，如滑石粉（Talc），MnO₂，ZnCO₃，CaCO₃，Fe₂O₃，FeO，Al(OH)₃等，阻燃效果增加。在 APP 添加量為 20% 的尼龍 6 中加入以上一種添加劑（1.5%～3.0%），LOI值可升至 35%～47%，達到 V0級。

       2、氮系阻燃劑

       氮系阻燃劑低毒、不腐蝕、對熱和紫外線穩定、阻燃效率好且價廉。缺點是以其阻燃的塑料加工困難，在基材中分散性較差。適用于尼龍的氮系阻燃劑主要有 MCA（三聚氰胺氰尿酸鹽）、MPP（三聚氰胺聚磷酸鹽）等。

        同時，MCA 可以與包括凹凸棒石（AT、硅氧烷、Sb₂O₃）等不同類型的阻燃劑復配使用，是目前增長最快且使用量最大的三聚氰胺系阻燃劑。

       關于其阻燃機理，一方面是“升華吸熱”的物理阻燃方式，即通過阻燃劑的“升華吸熱”降低聚合物材料的表面溫度并隔絕空氣而達到阻燃的目的，另一方面是凝聚相中阻燃劑與尼龍相互催化直接碳化膨脹機理。它們具有較好的阻燃效率，但熱穩定性較差，且由于易吸潮而使得制品在潮濕環境下電性能較差。

       3、硅系阻燃劑

       硅化合物是新型阻燃劑。它可完全不依賴鹵素和磷的化合物而發揮阻燃作用。最近有關硅阻燃劑的文章和專利成為新熱點。所有各種組成的硅被用作阻燃劑研究。含硅合物無論是作為聚合物的添加劑還是與聚合物組成共混物，都具有明顯的阻燃作用。

       具有熱穩定性好、阻燃效果持續時間較長、綠色環保、低毒性等特點，但是單獨使用時，需要的添加量較大、阻燃效率較低，對基體材料力學性能的影響顯著，主要是與其他阻燃劑復配使用。

       實用化的含硅化合物阻燃技術有：

       通過接枝反應，在高分子引入硅原子或硅基團；

       添加硅樹脂粉末；

       加入高分子量硅油與有機金屬化合物、白炭黑；

       硅橡膠與金屬化合物并用；

       聚合物/粘土納米復合材料；

       加主硅酸鹽；

       硅膠與碳酸鉀并用；

       含硅的低熔點玻璃。

       4、納米阻燃體系

       在近年來隨著新材料的開發和研究工作的推進，以碳納米管、倍半硅氧烷( POSS) 、石墨烯為代表的無機納米材料逐漸拓展其應用范圍。與傳統阻燃劑相比，納米材料由于其的微觀結構和化學結構，通過表面改性或分子結構設計得到的材料的增益效果更好。

 

       四、尼龍阻燃體系將如何發展？

       目前，以蒙脫石、碳納米管、POSS 為代表的納米阻燃劑，正在學術研究、技術開發中受到越來多的關注。通過加強界面效應，可以增強阻燃劑與基體間的相容性，有利于阻燃劑更高效地發揮阻燃作用，同時，還能提高復合材料的綜合性能。

       因此，開發新型有機-無機雜化阻燃劑、納米阻燃劑，或將其與傳統阻燃劑復配使用，探索協效機理，有可能成為同時提高阻燃效率、增強尼龍材料力學性能的突破點！

 

轉自——鏈塑網 

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