Na pozadí čoraz prísnejších environmentálnych predpisov a neustále sa zlepšujúcich noriem v elektrotechnickom, elektronickom a automobilovom priemysle sa bezhalogénová retardácia horenia nylonových (polyamidových) materiálov stala nevyhnutným trendom. Avšak vzhľadom na početné bezhalogénové systémy spomaľujúce horenie, ako sú na báze fosforu, dusíka, anorganické hydroxidy a kremík, ako robiť vedecké a efektívne rozhodnutia, sa stalo zložitým problémom, ktorý zahŕňa chémiu polymérov, vedu o spaľovaní, reológiu a vedu o rozhraní kompozitných materiálov. Tento článok má za cieľ poskytnúť základ profesionálneho rozhodovania pre výber nylonových bezhalogénových retardérov horenia na základe mechanizmu pôsobenia materiálu.
Existuje mnoho druhov nylonu a ich chemická štruktúra a tepelné vlastnosti priamo ovplyvňujú výber spomaľovačov horenia.
·PA6 a PA66: majú vysoký bod topenia (>250 ℃), úzky rozsah teplôt spracovania a vyžadujú, aby retardéry horenia mali vynikajúcu tepelnú stabilitu (teplota rozkladu by mala byť> 300 ℃). Odporúča sa používať vysoko stabilné organické deriváty fosforu (ako sú deriváty DOPO) alebo kovové soli kyseliny fosfínovej.
· Poloaromatický nylon (PA6T, PA9T) a vysokoteplotný nylon: Spracovateľské teploty často presahujú 300 ℃ a bežné retardéry horenia na báze fosforu sa môžu rozložiť a zlyhať. Mal by sa zvoliť špeciálny štruktúrovaný synergický systém s ultravysokou teplotou fosforu a dusíka alebo polysiloxánový retardér horenia.
·Priehľadný nylon a pružný nylon: Existujú požiadavky na transparentnosť alebo flexibilitu a mali by sa zvoliť retardéry horenia s indexom lomu, plastifikačným účinkom alebo extrémne jemnou veľkosťou častíc (úroveň nanometrov).
Kryštalickosť nylonu ovplyvňuje distribúciu a migráciu retardérov horenia. V nylone s vysokou kryštalinitou (ako je PA66) sa spomaľovače horenia ľahko odpudzujú mimo kryštalickej zóny a koncentrujú sa v amorfnej zóne, čo môže viesť k "knôtovému efektu" zhoršujúcemu horenie. Pri výbere je potrebné zvážiť kompatibilitu medzi retardérmi horenia a amorfnými fázami nylonu alebo pridaním nukleačných činidiel na úpravu kryštalickej morfológie.
Rôzne bezhalogénové retardéry horenia prerušujú spaľovací cyklus rôznymi fyzikálnymi a chemickými cestami.
Voľné radikály, ako sú PO · a HPO ·, reprezentované DOPO a jeho derivátmi, sa uvoľňujú počas spaľovania a účinne zachytávajú radikály H · a OH ·, ktoré udržujú reťazové reakcie v plameňoch. Kľúčové ukazovatele pre výber: Vysoká účinnosť spomaľovania horenia v plynnej fáze, nízke požadované dávkovanie pre splnenie UL94 V-0 (zvyčajne 15-20% v PA66), ale významný vplyv na mechanické vlastnosti, najmä rázovú pevnosť.
· Expandované retardéry horenia (IFR) a materiály na báze dusíka: vytvárajú poréznu a stabilnú vrstvu expandovaného uhlíka na spaľovacom povrchu, izolujúc teplo a kyslík. Vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú teplotu vznietenia drôtu (GWT). Pozor si však treba dať na synergický efekt karbonizácie s nylonom. Čistý nylon má nízku rýchlosť karbonizácie a mal by sa zvoliť systém spomaľujúci horenie, ktorý môže katalyzovať dehydrogenáciu a zosieťovanie nylonu na drevené uhlie.
· Soli kyseliny fosfinovej kovov (ako soli kyseliny fosfinovej hliníka a zinku): majú účinky v plynnej aj kondenzovanej fáze. Nielenže môže uvoľňovať voľné radikály spomaľujúce horenie, ale jeho kovové zloženie môže tiež podporovať tvorbu uhlíkovej/keramickej vrstvy na povrchu, čím poskytuje lepší výkon proti kvapkaniu a izoláciu, zvlášť vhodný pre elektrické konektory.
· Hydroxid horečnatý/hliník (MDH/ATH): spomaľovač horenia sa dosahuje vysokými hladinami plnenia (často > 50 %), pričom sa spolieha na absorpciu rozkladného tepla (asi 1,2-1,5 kJ/g) a uvoľňovanie vodnej pary na riedenie horľavých plynov. Jeho fatálnou slabinou je vážne zhoršenie tekutosti spracovania a mechanických vlastností. Zvážte iba nízkokvalitný plnený nylon, ktorý je mimoriadne citlivý na náklady a má nízke požiadavky na výkon.
Základné parametre porovnávania výkonu:
· Účinnosť zlepšenia LOI: zvýšenie LOI na pridanie jednotky.
· Vzťah medzi stupňom vertikálneho spaľovania UL94 a hrúbkou: kľúčový ekonomický ukazovateľ, ktorý určuje návrh hrúbky steny produktu a použitie materiálu.
· Teplota vznietenia žeravého drôtu (GWTI): rozhodujúca pre elektrickú bezpečnosť.
Blokovanie sa neodporúča a je potrebné nájsť rovnováhu medzi viacerými výkonovými dimenziami.
Spomaľovače horenia, ako nečistoty sa nevyhnutne stanú bodmi koncentrácie stresu. Stratégia výberu:
·Úprava povrchu: Vyberte si retardéry horenia ošetrené spojovacími činidlami, ako je silán a titanát, aby ste zvýšili priľnavosť na rozhraní.
· Optimalizácia veľkosti a morfológie častíc: Negatívny vplyv submikrónových a sférických častíc na pevnosť v ťahu a rázovej húževnatosti je menší ako v prípade hrubých alebo vločkových častíc.
·Kompozitné spevňovanie: Súčasné pridávanie spevňujúcich činidiel, ako je POE očkovaný anhydridom kyseliny maleínovej, do zloženia spomaľovača horenia, aby sa kompenzovala strata rázovej pevnosti.
Elektrické a elektronické aplikácie vyžadujú vysoké CTI (v porovnaní s indexom sledovania úniku). Niektoré iónové retardéry horenia (ako sú náhrady niektorých bromidov) alebo retardéry horenia so silnou hygroskopicitou môžu výrazne znížiť CTI. Kovové fosfinátové systémy zvyčajne poskytujú vysoké hodnoty CTI (> 600 V).
Vysoké pridané množstvo výrazne zvýši viskozitu taveniny. Je potrebné ho zlepšiť optimalizáciou distribúcie veľkosti častíc (široká distribúcia je niekedy výhodnejšia ako distribúcia s jedným vrcholom) a výberom retardérov horenia s lubrikačnými vlastnosťami (ako sú určité série esterov fosforu). Je potrebné vykonať reologické testovanie (kapilárny alebo rotačný reometer), a nie spoliehať sa len na posúdenie indexu toku taveniny.
·Kvitnutie a migrácia: Malé molekuly spomaľovačov horenia sú náchylné na zrážanie, čo vedie k lepkavosti povrchu a námraze. Základným riešením je výber vysokomolekulárnych alebo reaktívnych retardérov horenia (ktoré sa môžu podieľať na polymerizácii alebo reagovať s nylonovými koncovými skupinami).
· Stabilita farby: Mnohé spomaľovače horenia na báze fosforu sú náchylné na žltnutie počas spracovania pri vysokej teplote alebo pri dlhodobom používaní. Je potrebné vyhodnotiť jeho počiatočnú farebnosť a farebný rozdiel (Δ E) po tepelnom starnutí.
·Hydrolytická stabilita: Nylon je náchylný na absorpciu vlhkosti. Ak retardéry horenia absorbujú vlhkosť alebo podporujú hydrolýzu, urýchli to starnutie materiálu. Vyžaduje sa dlhodobé testovanie starnutia vlhkým teplom (napríklad 85 ℃/85 % RH).
Výber bezhalogénových spomaľovačov horenia pre nylon nie je jednoduchá „náhrada“ alebo „skúšobná skúška“, ale projekt systematického návrhu formulácie založený na hlbokom pochopení princípov interakcie materiálov. Ideálny retardér horenia by mal mať minimálny vplyv na vnútorné vlastnosti, spracovateľnosť a dlhodobú spoľahlivosť nylonovej matrice pri cieľovej účinnosti retardéra horenia, pričom by mal spĺňať regulačné a nákladové obmedzenia. Budúcim trendom je vyvinúť multifunkčné, vysokomolekulárne, reaktívne systémy spomaľujúce horenie bez obsahu halogénov, ako aj inteligentné riešenia v kombinácii s nanotechnológiou a kolaboratívnou technológiou, aby sa dosiahla multifunkčná integrácia, ako je spomaľovanie horenia, vystuženie a spevnenie.
