電子電器用阻燃尼龍材料的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

徐 亮，周 勇

(南京聚隆科技股份有限公司 江蘇南京210061)

電子電器用阻燃尼龍材料的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

徐 亮，周 勇

(南京聚隆科技股份有限公司 江蘇南京210061)

近年來(lái)，電子電器領(lǐng)域發(fā)展非常迅猛，電子電器類(lèi)產(chǎn)品與人們的日常生活息息相關(guān)。針對(duì)當(dāng)前最新的阻燃尼龍類(lèi)別和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了深入的介紹，電子電器行業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)阻燃尼龍材料提出了新的要求，主要集中在阻燃性、環(huán)保化、功能化、色彩化等方面，全面介紹了新的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

阻燃 尼龍 電子電器 環(huán)保 功能 色彩

0 引 言

近年來(lái)，電子電器領(lǐng)域發(fā)展非常迅猛，電子電器類(lèi)產(chǎn)品與人們的日常生活息息相關(guān)，由于其使用的特殊性，始終與電、金屬等直接接觸，在給人們帶來(lái)便利生活的同時(shí)，也存在著許多潛在的風(fēng)險(xiǎn)，如火災(zāi)、觸電等。如今人們對(duì)電子電器產(chǎn)品的使用材料提出了更嚴(yán)苛的要求，需要在保持材料原有的優(yōu)異的機(jī)械性能和加工性能之外，擁有良好的阻燃性和電性能，以同時(shí)滿(mǎn)足實(shí)用性和安全性的要求。塑料在該行業(yè)中的使用比例逐年增長(zhǎng)，涉及很多特殊領(lǐng)域。如阻燃尼龍的實(shí)用性主要體現(xiàn)在改性尼龍本身優(yōu)異的綜合機(jī)械性能，能夠滿(mǎn)足高標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度、韌性等產(chǎn)品的使用環(huán)境；安全性則體現(xiàn)在其良好的阻燃性、耐溫性、環(huán)保性上。世界各國(guó)逐步出臺(tái)了一系列有關(guān)人身保護(hù)和環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)，其中以歐盟的WEEE和Rohs環(huán)保要求使用最廣。

1 阻燃尼龍的分類(lèi)

1.1 無(wú)鹵類(lèi)阻燃尼龍

無(wú)鹵阻燃尼龍材料所使用的阻燃劑主要以氮、磷、氫氧化物等成分為主，不含鹵素成分，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生容易引起窒息的鹵素化合物，同時(shí)煙密度大幅降低，對(duì)人身安全、環(huán)境保護(hù)等方面都起到非常積極的作用，也是阻燃尼龍大力發(fā)展的方向和趨勢(shì)。

1.1.1 紅磷阻燃尼龍

材料以紅磷為阻燃劑成分，產(chǎn)品阻燃性好，綜合性能優(yōu)異，性?xún)r(jià)比高。紅磷的自燃點(diǎn)是240,℃，易吸水，在空氣中化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，為此專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了包覆和膠囊化紅磷技術(shù)。在微小的紅磷粉末表面包覆一層致密的有機(jī)高分子樹(shù)脂，從而有效克服了普通紅磷自身的缺陷，使其安全加工使用成為了可能。紅磷阻燃的機(jī)理是燃燒形成磷酸作為脫水劑，并促進(jìn)成炭，炭的生成降低了從火焰到凝聚相的熱傳導(dǎo)。磷酸可吸熱，因?yàn)樗柚沽薈O氧化為CO2，降低了加熱過(guò)程。對(duì)凝聚相形成一層薄薄的玻璃狀或液態(tài)保護(hù)層，降低了氧氣擴(kuò)散和氣相與固相之間的熱量、質(zhì)量傳遞，抑制了炭化過(guò)程，降低了含磷阻燃劑受熱分解，發(fā)生如下變化：磷系阻燃劑→磷酸偏→磷酸→聚偏磷酸，聚偏磷酸是不易揮發(fā)的穩(wěn)定化合物，具有強(qiáng)脫水性，在聚合物表面與空氣隔絕。

產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)在于性能和加工穩(wěn)定，產(chǎn)品成熟，且性?xún)r(jià)比極高，電性能保持較好。但由于紅磷本身為深紅色，對(duì)其使用范圍有較大的限制，一般只用于深紅色或者黑色制品中，適用于接觸器面板、殼體、低壓電器護(hù)板和接插件等。

1.1.2 氮系阻燃尼龍

主要是三聚氰胺氰尿酸鹽，是一種含氮的無(wú)鹵環(huán)保型阻燃劑，產(chǎn)品為白色微細(xì)粉體，阻燃機(jī)理是依靠初期表面快速膨脹發(fā)泡炭化形成不燃的炭質(zhì)層，隔絕氧氣與里層材料的接觸，以達(dá)到阻燃效果。

該產(chǎn)品具有使用經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)異的電性能(CTI可達(dá)600,V)和機(jī)械性能，且不變色、低煙、低腐蝕性。同時(shí)它低毒，對(duì)使用者安全，與環(huán)境相容性好，熱穩(wěn)定性良好，非常適宜材料的加工。主要用于生產(chǎn)純尼龍阻燃產(chǎn)品，適用于各類(lèi)電子電器產(chǎn)品，如端子接插件、連接器等各類(lèi)電子電器類(lèi)制件。

1.1.3 氮磷類(lèi)阻燃尼龍

這類(lèi)產(chǎn)品是替代鹵素系阻燃產(chǎn)品的最佳選擇，主成分為次磷酸鹽，磷氮阻燃劑多用于玻璃纖維的阻燃整理，磷元素能促進(jìn)玻璃纖維脫水成碳，而氮元素對(duì)提高磷元素的阻燃性能具有協(xié)同效應(yīng)。

氮磷阻燃尼龍有良好的強(qiáng)度和成型性，顏色呈淺白色，具有很好的阻燃性和很高的電性能，適用于各類(lèi)染色產(chǎn)品。OP系列是最典型的代表，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性高，阻燃劑與尼龍樹(shù)脂相容性好，材料加工性?xún)?yōu)異，燃燒時(shí)煙密度也較低。但常規(guī)的氮磷阻燃尼龍對(duì)金屬有較強(qiáng)的腐蝕性，聚隆公司新研發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)很好地克服了這個(gè)缺陷，加工螺桿和模具的使用壽命大大延長(zhǎng)。隨著各國(guó)環(huán)保法規(guī)要求的不斷提高，無(wú)鹵化已成為下一個(gè)市場(chǎng)發(fā)展的重點(diǎn)，適用于殼體、接觸面板和護(hù)板等制件。

1.1.4 無(wú)機(jī)阻燃類(lèi)尼龍

主要以氫氧化鋁、氫氧化鎂為阻燃劑的產(chǎn)品，此類(lèi)阻燃劑的阻燃機(jī)理可分為：吸熱作用，在300,℃以上時(shí)脫水吸熱，抑制聚合物的升溫；稀釋作用，阻燃劑的添加使易燃相的濃度下降，燃燒時(shí)阻燃劑釋放出的水汽會(huì)稀釋可燃?xì)怏w和氧氣的濃度；覆蓋作用，阻燃劑燃燒脫水后在材料表面形成一層氧化保護(hù)膜，可以隔絕氧氣，阻止燃燒的持續(xù)；碳化作用，阻燃劑在燃燒時(shí)產(chǎn)生脫水性物質(zhì)，使塑料炭化不易產(chǎn)生可燃性揮發(fā)物，阻止火焰蔓延。

無(wú)機(jī)阻燃尼龍具有環(huán)保、發(fā)煙量低、阻燃效果持久等優(yōu)點(diǎn)，但由于其與聚酰胺產(chǎn)品相容性較差，阻燃效率不高，所以為達(dá)到滿(mǎn)意的阻燃效果往往添加量很大，超過(guò)50%,(重量)，以致材料的性能損失嚴(yán)重，產(chǎn)品使用局限性較大。

1.2 含鹵類(lèi)阻燃尼龍

鹵素類(lèi)阻燃尼龍具有阻燃效率高，性能優(yōu)異，性?xún)r(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，但環(huán)保性與無(wú)鹵產(chǎn)品相比處于劣勢(shì)，近年來(lái)也開(kāi)發(fā)出了一些低毒性的新品種。

1.2.1 環(huán)保類(lèi)含鹵阻燃尼龍

阻燃劑以環(huán)保類(lèi)的溴化聚合物為基礎(chǔ)，阻燃機(jī)理是通過(guò)受熱產(chǎn)生的HBr與高活性自由基生成活性較低的鹵自由基，減緩或中止燃燒，密度較大的HBr同時(shí)能稀釋氧氣，起抑制或阻止燃燒的作用。

溴系阻燃劑與尼龍樹(shù)脂的相容性好，具有添加量低，產(chǎn)品性能保持率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)溴的阻燃性?xún)?yōu)異，添加量低，產(chǎn)品有良好的加工性，性?xún)r(jià)比突出，在尼龍阻燃產(chǎn)品中占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。而且新品種溴化聚合物類(lèi)的阻燃劑經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)人體及環(huán)境有害性較低的物質(zhì)，產(chǎn)品滿(mǎn)足歐盟的Rohs環(huán)保指令(見(jiàn)表1)。

表1 Rohs 2.0(2011/65/EU)環(huán)保要求Tab.1 Rohs 2.0(2011/65/EU)environmental requirements

1.2.2 非環(huán)保類(lèi)含鹵阻燃尼龍

阻燃機(jī)理與環(huán)保類(lèi)相似，但這類(lèi)產(chǎn)品在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)人體和環(huán)境嚴(yán)重污染的有害氣體，同時(shí)對(duì)大氣臭氧層也有破壞作用，所以在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)全面禁用，在世界范圍內(nèi)將被淘汰。

2 阻燃聚酰胺的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 環(huán)保化

電子電器是對(duì)環(huán)保要求最領(lǐng)先的行業(yè)，同時(shí)也是與人們?nèi)粘Ｉ罹o密聯(lián)系在一起的，現(xiàn)階段溴系環(huán)保阻燃聚酰胺仍是需求量最大的一類(lèi)，主要得益于其成熟的產(chǎn)品和優(yōu)異的性能，且短時(shí)間內(nèi)尚沒(méi)有完全的替代品。但是隨著行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)自身健康和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，溴系阻燃聚酰胺將逐漸被更環(huán)保安全的材料替代，所以今后高性能無(wú)鹵類(lèi)阻燃聚酰胺將會(huì)是市場(chǎng)發(fā)展的重點(diǎn)。磷具有良好的阻燃效果，但是存在著一定的腐蝕性，在無(wú)鹵化逐步實(shí)現(xiàn)后，無(wú)磷化也將成為阻燃聚酰胺材料進(jìn)一步發(fā)展的新方向。

2.2 高效化

隨著阻燃聚酰胺的不斷發(fā)展和成熟，更高阻燃等級(jí)、更低添加量、更好的性能保持率，都是產(chǎn)品發(fā)展的方向，同時(shí)包覆、微膠囊化、母粒化等技術(shù)手段不斷豐富，高效化必將成為阻燃劑發(fā)展的趨勢(shì)，這也需要不斷的細(xì)化、改進(jìn)，提高競(jìng)爭(zhēng)力。

2.3 功能化

產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)聚酰胺阻燃材料不斷提出新的要求，如更好的電性能、激光打標(biāo)、焊接、耐磨損等，如何在保持、提高現(xiàn)有產(chǎn)品性能的同時(shí)，滿(mǎn)足這些新的功能化指標(biāo)，使產(chǎn)品滿(mǎn)足全方位的要求是我們的研究方向。

2.4 差異化

不同類(lèi)別的阻燃尼龍由于阻燃劑的差異，在材料機(jī)械性能、電氣性能、外觀顏色、加工特性、環(huán)保安全等各方面都有優(yōu)缺點(diǎn)，但在電子電器領(lǐng)域，可根據(jù)具體不同的使用環(huán)境要求，選擇適合的產(chǎn)品，從而最大限度地發(fā)揮不同體系阻燃尼龍的優(yōu)勢(shì)，更可以降低生產(chǎn)成本(見(jiàn)表2)。

表2 不同體系阻燃尼龍性能Tab.2 Performance of different flame retardant nylons

2.5 色彩化

隨著生活水平的提高和材料技術(shù)的快速發(fā)展，人們除對(duì)電子電器產(chǎn)品材料固有性能的要求不斷提高外，更對(duì)阻燃尼龍的美觀化、色彩化提出了需求。如低壓電器、新能源汽車(chē)等要求阻燃尼龍?zhí)峁┓喜煌室蟮漠a(chǎn)品，不但美觀，而且會(huì)根據(jù)不同顏色將不同要求的阻燃尼龍進(jìn)行分類(lèi)區(qū)分。現(xiàn)在的阻燃尼龍產(chǎn)品中，除紅磷阻燃產(chǎn)品外，其他幾個(gè)類(lèi)別的阻燃尼龍本色材料底色是本白色，可以做成各種染色產(chǎn)品，大大滿(mǎn)足了行業(yè)發(fā)展的需求，但在加工過(guò)程中需要很高的顏色穩(wěn)定性和連續(xù)性，耐熱性將成為判別阻燃劑品級(jí)的重要判別指標(biāo)。

2.6 增量化

隨著對(duì)安全性要求的不斷提高，市場(chǎng)對(duì)阻燃產(chǎn)品的需求量在大幅提升，人們對(duì)許多普通產(chǎn)品提出了阻燃要求。電子電器就是阻燃聚酰胺需求量增長(zhǎng)最快的行業(yè)，但是阻燃類(lèi)產(chǎn)品加工的要求很高，也需要生產(chǎn)商不斷提高、改進(jìn)配方組成，進(jìn)行設(shè)備和工藝優(yōu)化，不斷提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，更好地保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。■

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Development Status of Flame Retardant Nylon Materials for Electronic and Electrical Appliances

XU Liang，ZHOU Yong
(Nanjing Julong Technology Co.，Ltd.，Nanjing 210061，Jiangsu Province，China)

This article introduces the latest flame-retardant nylon materials and their advantages and disadvantages．The electrical and electronic industry is developing rapidly．Issues of flame retardance，environmental protection，functionalization and colorization of flame retardant nylon materials were put forward．A comprehensive introduction to the new development status and development trends of flame retardant nylon was also made.

flame retardant；polyamide；electronic appliances；environmental protection；function；color

TQ323.6

：A

：1006-8945(2016)12-0025-03

2016-11-04