?可滿足電子電器高阻燃、高GWIT要求的阻燃高性能PA6開發(fā)

在一些特殊的電子電器領(lǐng)域，如耐高溫繼電器、高壓電器開關(guān)、變壓器線圈骨架、精巧薄壁電子電器元件、低壓真空接觸器、斷路器等，都需要高阻燃性能、高韌性、高灼熱絲起燃溫度( GWIT)的熱塑性工程塑料。

? ? ? ?繼電器

高性能阻燃增強(qiáng)工程塑料是電子電器用工程塑料改性的重要方向之一，歐美等國(guó)家對(duì)電子電氣設(shè)備用材料進(jìn)行了一系列火災(zāi)安全性試驗(yàn)，結(jié)果表明所用材料阻燃性越高，則設(shè)備的防火安全性越高。阻燃尼龍(PA)由于具有較好的阻燃性和力學(xué)性能，廣泛用于電子電器等重要領(lǐng)域。

PA66在強(qiáng)度、耐熱等多方面性能優(yōu)于PA6，但由于眾所周知的原因，市場(chǎng)PA6樹脂的價(jià)格比PA66樹脂低約8000元／噸以上，最高時(shí)價(jià)差達(dá)20000元/噸以上。因此，近年來阻燃PA6工程塑料替代阻燃PA66的市場(chǎng)化應(yīng)用越來越多。

在阻燃PA6工程塑料中，適用的阻燃劑主要有溴系阻燃劑、磷系阻燃劑和氮系阻燃劑。本研究篩選阻燃劑添加量，開發(fā)一種高性能、高阻燃、高GWIT、低成本的阻燃PA6工程塑料材料，以用于制造電子元器件中的各類塑件。

1 MCA添加量對(duì)改性PA6工程塑料的性能影響

常用氮系阻燃劑MCA，其阻燃機(jī)理為升華吸熱降低高聚物表面溫度，可以加速熔滴，從而帶走熱量和可燃物，改變熱氧降解歷程使之快速碳化形成不燃碳質(zhì)。這些碳質(zhì)因膨脹發(fā)泡而覆蓋在基材表面，形成一層隔絕層，隔斷了空氣的接觸及可燃物的逸出，從而可有效地阻止材料持續(xù)燃燒；同時(shí)，分解產(chǎn)生的不燃?xì)怏w使材料膨脹形成膨脹層，可大大降低熱傳導(dǎo)性，有利于材料的離火自熄。

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MCA阻燃劑

MCA適用于PA66、PA6無玻纖體系，其阻燃效率高、成本低，符合當(dāng)前環(huán)保趨勢(shì)。MCA添加量為5、8、10、12份，考察其對(duì)阻燃PA6工程塑料力學(xué)性能和阻燃性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 ?不同MCA添加量的阻燃PA6工程塑料的性能?? ? ? ? ? ? ?

綜合MCA的力學(xué)性能、阻燃性能、GWIT 和 HDT，最終確定MCA添加質(zhì)量份數(shù)為10份時(shí)，阻燃改性PA6綜合性能達(dá)到最優(yōu)。

2 十溴二苯乙烷添加量對(duì)改性 PA6 工程塑料 的性能影響

十溴二苯乙烷是近年來開發(fā)生產(chǎn)的一種新型、廣譜、高效、環(huán)保的添加型阻燃劑，其溴含量高，且具有耐熱性、耐光性和不易滲析性等特點(diǎn)。另外， 十溴二苯乙烷在阻燃時(shí)不會(huì)產(chǎn)生多溴二噁英問題，毒性較低。十溴二苯乙烷適用于ABS、PS、PA6、環(huán)氧樹脂等。

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十溴二苯乙烷

采用10份MCA用于阻燃改性PA6工程塑料的進(jìn)一步探究，考察固定MCA添加質(zhì)量份數(shù)(10份)，十溴二苯乙烷添加量為15-23份不等時(shí)對(duì)阻燃改性PA6材料的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表 2 ?不同十溴二苯乙烷添加量的阻燃PA6工程塑料的性能? ? ? ?? ? ? ? ?

隨著十溴二苯乙烷添加量的增加，材料的拉伸、彎曲和缺口沖擊強(qiáng)度都呈下降趨勢(shì)。材料HDT隨著十溴二苯乙烷添加量的增加逐漸上升。根據(jù)繼電器罩行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，材料UL 94阻燃等級(jí)選擇V-0 (1.6 mm )為優(yōu)。綜合比較，當(dāng)十溴二苯乙烷添加質(zhì)量份數(shù)為19份時(shí)，阻燃改性 PA6 材料力學(xué)性能、HDT、UL 94阻燃等級(jí)、GWIT綜合達(dá)到最優(yōu)。

3 三氧化二銻添加量對(duì)改性 PA6 工程塑料的 性能影響

三氧化二銻屬于添加型阻燃劑，常與其他阻燃劑、消煙劑并用，各組分間可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。三氧化二銻在燃燒初期熔融，在材料表面形成保護(hù)膜隔 絕空氣，通過內(nèi)部吸熱反應(yīng)，降低燃燒溫度。在高溫狀態(tài)下三氧化二銻被氣化，稀釋了空氣中氧濃度，從而起到阻燃作用。

? ? ? ?三氧化二銻

三氧化二銻是應(yīng)用最早的阻燃劑，適用于環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯 乙烯、聚酯等。單獨(dú)使用三氧化二銻時(shí)阻燃效果低，而當(dāng)與鹵素化物并用時(shí)有良好的協(xié)同效應(yīng)，阻燃效果明顯提高。

當(dāng) MCA 添加質(zhì)量份數(shù)為10份，十溴二苯乙烷質(zhì)量份數(shù)為19份時(shí)，阻燃改性 PA6綜合性能達(dá)到最優(yōu)。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步探究三氧化二銻添加量為3-7份時(shí)對(duì)阻燃改性PA6材料的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表 3 ?不同三氧化二銻添加量的阻燃 PA6 工程塑料的性能? ? ? ? ? ? ? ?

由表3可知：隨著三氧化二銻添加量的增加，材料的拉伸、彎曲強(qiáng)度基本無明顯差異，材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨三氧化二銻的添加量增大呈減小趨勢(shì)，材料HDT隨著三氧化二銻添加量的增大呈上升趨勢(shì)。在材料阻燃方面，當(dāng)三氧化二銻添加質(zhì)量份數(shù)為5份時(shí)，材料的UL 94阻燃等級(jí)達(dá)到 V-0 (1.6 mm)，GWIT達(dá)到875℃，已完全滿足繼電器罩行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。綜合來看，當(dāng)三氧化二銻添加質(zhì)量份數(shù)為5份時(shí)，材料力學(xué)性能、HDT、UL 94 阻燃等級(jí)、GWIT 綜合達(dá)到最優(yōu)。

結(jié)語

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• MCA、十溴二苯乙烷、三氧化二銻合適的添加量對(duì)阻燃改性PA6的HDT起到促進(jìn)作用。
• MCA、十溴二苯乙烷、三氧化二銻的添加量過多，會(huì)導(dǎo)致阻燃 PA6 材料整體的力學(xué)性能下降。
• MCA 復(fù)配溴銻阻燃改性 PA6，采用 10 份 MCA，19 份十溴二苯乙烷，5 份三氧化二銻時(shí)，可制得 UL 94 阻燃等級(jí)為V-0 ( 1.6 mm ) 、GWIT為875 ℃ ，且綜合力學(xué)性能較為理想的滿足繼電器罩使用要求的阻燃 PA6工程塑料。

參考資料：滿足繼電器罩使用要求的高阻燃 PA6 工程塑料開發(fā)，互聯(lián)網(wǎng)資料。

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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦高分子）：?可滿足電子電器高阻燃、高GWIT要求的阻燃高性能PA6開發(fā)