На фона на все по-стриктните екологични разпоредби и постоянно подобряващите се стандарти в електрическата, електронната и автомобилната промишленост, безхалогенното забавяне на горенето на найлонови (полиамидни) материали се превърна в неизбежна тенденция. Въпреки това, изправени пред многобройни безхалогенни системи за забавяне на горенето, като базирани на фосфор, базирани на азот, неорганични хидроксиди и силиций, базирани на пазара, как да се направи научен и ефикасен избор се превърна в сложен въпрос, включващ полимерната химия, науката за горенето, реологията и науката за интерфейса на композитните материали. Тази статия има за цел да предостави професионална основа за вземане на решения за избор на найлонови забавители на горенето без халогени въз основа на механизма на действие на материала.
Има много видове найлон и тяхната химическа структура и термични свойства пряко влияят върху избора на забавители на горенето.
·PA6 и PA66: имат висока точка на топене (>250 ℃), тесен температурен диапазон на обработка и изискват забавителите на горенето да имат отлична термична стабилност (температурата на разлагане трябва да бъде>300 ℃). Препоръчва се използването на високо стабилни органични фосфорни производни (като DOPO производни) или соли на метална фосфинова киселина.
· Полуароматичен найлон (PA6T, PA9T) и високотемпературен найлон: Температурите на обработка често надвишават 300 ℃ и обикновените забавители на горенето на основата на фосфор могат да се разложат и да се повредят. Трябва да се избере специална структурирана ултрависокотемпературна фосфорно-азотна синергична система или полисилоксан забавител на горенето.
·Прозрачен найлон и гъвкав найлон: Има изисквания за прозрачност или гъвкавост и трябва да се изберат забавители на горенето със съвпадение на индекса на пречупване, пластифициращ ефект или изключително фин размер на частиците (нанометрово ниво).
Кристалността на найлона влияе върху разпределението и миграцията на забавителите на горенето. В найлон с висока кристалност (като PA66), забавителите на горенето лесно се отблъскват извън кристалната зона и се концентрират в аморфната зона, което може да доведе до "ефекта на фитила", влошаващ горенето. При избора трябва да се вземе предвид съвместимостта между забавителите на горенето и аморфните фази на найлона или добавянето на нуклеиращи агенти за регулиране на кристалната морфология.
Различните забавители на горенето без халогени прекъсват цикъла на горене чрез различни физични и химични пътища.
Представени от DOPO и неговите производни, свободните радикали като PO · и HPO · се освобождават по време на горене, улавяйки ефективно H · и OH · радикали, които поддържат верижни реакции в пламъци. Ключови индикатори за избор: Висока ефективност на забавяне на горенето в газова фаза, ниска необходима доза за съответствие с UL94 V-0 (обикновено 15-20% в PA66), но значително въздействие върху механичните свойства, особено якостта на удар.
·Разширени забавители на горенето (IFR) и материали на основата на азот: генерират порест и стабилен разширен въглероден слой върху горивната повърхност, изолиращ топлината и кислорода. Подходящ за приложения, които изискват висока температура на запалване на проводника (GWT). Трябва обаче да се обърне внимание на синергичния ефект от карбонизацията с найлон. Чистият найлон има ниска степен на карбонизация и трябва да бъде избрана система, забавяща горенето, която може да катализира дехидрогенирането и омрежването на найлон в въглен.
· Соли на метална фосфинова киселина (като соли на алуминиева и цинкова фосфинова киселина): имат ефект както на газова фаза, така и на кондензирана фаза. Не само, че може да освобождава свободни радикали, забавящи горенето, но неговият метален състав може също така да насърчи образуването на въглероден/керамичен слой на повърхността, осигурявайки по-добри характеристики против капене и изолация, особено подходящи за електрически конектори.
· Магнезиев хидроксид/алуминий (MDH/ATH): забавител на горенето се постига чрез високи нива на пълнене (често >50%), разчитайки на абсорбцията на топлина при разлагане (около 1,2-1,5 kJ/g) и отделянето на водна пара за разреждане на горими газове. Неговата фатална слабост е силното влошаване на течливостта при обработка и механичните свойства. Обърнете внимание само на найлон с пълнеж от нисък клас, който е изключително чувствителен към разходите и има ниски изисквания за производителност.
Основни параметри за сравнение на производителността:
· Ефективност на подобрение на LOI: увеличението на LOI на добавена единица.
· Връзката между степента на вертикално горене UL94 и дебелината: ключов икономически показател, който определя дизайна на дебелината на стената на продукта и използването на материала.
·Температура на запалване на нажежен проводник (GWTI): от решаващо значение за електрическата безопасност.
Блокирането му не е препоръчително и трябва да се намери баланс между множество измерения на ефективността.
Забавители на горенето, като примеси, са длъжни да станат точки на концентрация на напрежение. Стратегия за избор:
·Повърхностна модификация: Изберете забавители на горенето, третирани със свързващи агенти като силан и титанат за подобряване на адхезията на повърхността.
· Оптимизиране на размера и морфологията на частиците: Отрицателното въздействие на субмикронните и сферичните частици върху якостта на опън и удар е по-малко от това на грубите или люспестите частици.
· Композитно заздравяване: Едновременно добавяне на заздравяващи агенти като POE с присаден малеинов анхидрид към формулата за забавяне на горенето, за да се компенсира загубата на ударна якост.
Електрическите и електронни приложения изискват висок CTI (в сравнение с индекса за проследяване на течове). Някои йонни забавители на горенето (като заместители на някои бромиди) или забавители на горенето със силна хигроскопичност могат значително да намалят CTI. Системите с метален фосфинат обикновено осигуряват високи стойности на CTI (>600V).
Голямо добавено количество ще увеличи значително вискозитета на стопилката. То трябва да бъде подобрено чрез оптимизиране на разпределението на размера на частиците (широкото разпределение понякога е по-изгодно от разпределението на единичен пик) и избор на забавители на горенето със смазващи свойства (като някои естерни фосфорни серии). Необходимо е да се проведе реологично изпитване (капилярен или ротационен реометър), вместо да се разчита единствено на преценка на индекса на топене.
·Цъфтеж и миграция: Забавителите на горенето с малки молекули са склонни към утаяване, което води до лепкавост на повърхността и замръзване. Изборът на високомолекулни или реактивни забавители на горенето (които могат да участват в полимеризацията или да реагират с найлоновите крайни групи) е основното решение.
· Стабилност на цвета: Много забавители на горенето на основата на фосфор са склонни към пожълтяване по време на обработка при висока температура или продължителна употреба. Необходимо е да се оцени неговата първоначална цветност и цветова разлика (Δ E) след термично стареене.
· Хидролитична стабилност: Найлонът е склонен към абсорбиране на влага. Ако забавителите на горенето абсорбират влагата или насърчават хидролизата, това ще ускори стареенето на материала. Изисква се дългосрочно изпитване за стареене във влажна топлина (като 85 ℃/85% RH).
Изборът на безхалогенни забавители на горенето за найлон не е проста „замяна“ или „проба“, а систематичен проект за формулиране, базиран на дълбоко разбиране на принципите на взаимодействие на материалите. Идеалният забавител на горенето трябва да има минимално въздействие върху присъщите свойства, възможността за обработка и дългосрочната надеждност на найлоновата матрица при целевата ефективност на забавяне на горенето, като същевременно отговаря на регулаторните и ценовите ограничения. Бъдещата тенденция е да се разработят многофункционални системи за забавяне на горенето с високо молекулно тегло, реактивни безхалогенни системи, както и интелигентни решения, комбинирани с нанотехнологии и съвместна технология, за постигане на многофункционална интеграция като забавяне на горенето, армиране и закаляване.
