電子電器用阻燃尼龍材料的開發(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，電子電器領域發(fā)展非常迅猛，電子電器類產(chǎn)品與人們的日常生活息息相關。針對當前最新的阻燃尼龍類別和優(yōu)缺點進行了深入的介紹，電子電器行業(yè)迅猛發(fā)展，對阻燃尼龍材料提出了新的要求，主要集中在阻燃性、環(huán)?；⒐δ芑?、色彩化等方面，全面介紹了新的開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

阻燃 尼龍 電子電器 環(huán)保 功能 色彩

0 引 言

近年來，電子電器領域發(fā)展非常迅猛，電子電器類產(chǎn)品與人們的日常生活息息相關，由于其使用的特殊性，始終與電、金屬等直接接觸，在給人們帶來便利生活的同時，也存在著許多潛在的風險，如火災、觸電等。如今人們對電子電器產(chǎn)品的使用材料提出了更嚴苛的要求，需要在保持材料原有的優(yōu)異的機械性能和加工性能之外，擁有良好的阻燃性和電性能，以同時滿足實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，涉及很多特殊領域。如阻燃尼龍的實用性主要體現(xiàn)在改性尼龍本身優(yōu)異的綜合機械性能，能夠滿足高標準的強度、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。世界各國逐步出臺了一系列有關人身保護和環(huán)境保護的法律法規(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

1.1 無鹵類阻燃尼龍

無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，燃燒時不會產(chǎn)生容易引起窒息的鹵素化合物，同時煙密度大幅降低，對人身安全、環(huán)境保護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。

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，性價比高。紅磷的自燃點是240,℃，易吸水，在空氣中化學性質(zhì)不穩(wěn)定，為此專門開發(fā)了包覆和膠囊化紅磷技術。在微小的紅磷粉末表面包覆一層致密的有機高分子樹脂，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。紅磷阻燃的機理是燃燒形成磷酸作為脫水劑，并促進成炭，炭的生成降低了從火焰到凝聚相的熱傳導。磷酸可吸熱，因為它阻止了CO氧化為CO2，降低了加熱過程。對凝聚相形成一層薄薄的玻璃狀或液態(tài)保護層，降低了氧氣擴散和氣相與固相之間的熱量、質(zhì)量傳遞，抑制了炭化過程，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，具有強脫水性，在聚合物表面與空氣隔絕。

產(chǎn)品優(yōu)點在于性能和加工穩(wěn)定，產(chǎn)品成熟，且性價比極高，電性能保持較好。但由于紅磷本身為深紅色，對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，是一種含氮的無鹵環(huán)保型阻燃劑，產(chǎn)品為白色微細粉體，阻燃機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，以達到阻燃效果。

該產(chǎn)品具有使用經(jīng)濟、高效、優(yōu)異的電性能(CTI可達600,V)和機械性能，且不變色、低煙、低腐蝕性。同時它低毒，對使用者安全，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，適用于各類電子電器產(chǎn)品，如端子接插件、連接器等各類電子電器類制件。

1.1.3 氮磷類阻燃尼龍

這類產(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，磷元素能促進玻璃纖維脫水成碳，而氮元素對提高磷元素的阻燃性能具有協(xié)同效應。

氮磷阻燃尼龍有良好的強度和成型性，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，阻燃劑與尼龍樹脂相容性好，材料加工性優(yōu)異，燃燒時煙密度也較低。但常規(guī)的氮磷阻燃尼龍對金屬有較強的腐蝕性，聚隆公司新研發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)很好地克服了這個缺陷，加工螺桿和模具的使用壽命大大延長。隨著各國環(huán)保法規(guī)要求的不斷提高，無鹵化已成為下一個市場發(fā)展的重點，適用于殼體、接觸面板和護板等制件。

1.1.4 無機阻燃類尼龍

主要以氫氧化鋁、氫氧化鎂為阻燃劑的產(chǎn)品，此類阻燃劑的阻燃機理可分為：吸熱作用，在300,℃以上時脫水吸熱，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，燃燒時阻燃劑釋放出的水汽會稀釋可燃氣體和氧氣的濃度；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。

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

1.2 含鹵類阻燃尼龍

鹵素類阻燃尼龍具有阻燃效率高，性能優(yōu)異，性價比高的優(yōu)點，但環(huán)保性與無鹵產(chǎn)品相比處于劣勢，近年來也開發(fā)出了一些低毒性的新品種。

1.2.1 環(huán)保類含鹵阻燃尼龍

阻燃劑以環(huán)保類的溴化聚合物為基礎，阻燃機理是通過受熱產(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，同時溴的阻燃性優(yōu)異，添加量低，產(chǎn)品有良好的加工性，性價比突出，在尼龍阻燃產(chǎn)品中占有相當大的市場份額。而且新品種溴化聚合物類的阻燃劑經(jīng)過改進后，在燃燒過程中產(chǎn)生對人體及環(huán)境有害性較低的物質(zhì)，產(chǎn)品滿足歐盟的Rohs環(huán)保指令(見表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)保類含鹵阻燃尼龍

阻燃機理與環(huán)保類相似，但這類產(chǎn)品在燃燒時會產(chǎn)生大量對人體和環(huán)境嚴重污染的有害氣體，同時對大氣臭氧層也有破壞作用，所以在發(fā)達國家已經(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

2.1 環(huán)?；?/p>

電子電器是對環(huán)保要求最領先的行業(yè)，同時也是與人們?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，主要得益于其成熟的產(chǎn)品和優(yōu)異的性能，且短時間內(nèi)尚沒有完全的替代品。但是隨著行業(yè)技術的進步和人們對自身健康和環(huán)境保護意識的不斷提高，溴系阻燃聚酰胺將逐漸被更環(huán)保安全的材料替代，所以今后高性能無鹵類阻燃聚酰胺將會是市場發(fā)展的重點。磷具有良好的阻燃效果，但是存在著一定的腐蝕性，在無鹵化逐步實現(xiàn)后，無磷化也將成為阻燃聚酰胺材料進一步發(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、更低添加量、更好的性能保持率，都是產(chǎn)品發(fā)展的方向，同時包覆、微膠囊化、母?；燃夹g手段不斷豐富，高效化必將成為阻燃劑發(fā)展的趨勢，這也需要不斷的細化、改進，提高競爭力。

2.3 功能化

產(chǎn)品設計對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、焊接、耐磨損等，如何在保持、提高現(xiàn)有產(chǎn)品性能的同時，滿足這些新的功能化指標，使產(chǎn)品滿足全方位的要求是我們的研究方向。

2.4 差異化

不同類別的阻燃尼龍由于阻燃劑的差異，在材料機械性能、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，但在電子電器領域，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，更可以降低生產(chǎn)成本(見表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的快速發(fā)展，人們除對電子電器產(chǎn)品材料固有性能的要求不斷提高外，更對阻燃尼龍的美觀化、色彩化提出了需求。如低壓電器、新能源汽車等要求阻燃尼龍?zhí)峁┓喜煌室蟮漠a(chǎn)品，不但美觀，而且會根據(jù)不同顏色將不同要求的阻燃尼龍進行分類區(qū)分。現(xiàn)在的阻燃尼龍產(chǎn)品中，除紅磷阻燃產(chǎn)品外，其他幾個類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，大大滿足了行業(yè)發(fā)展的需求，但在加工過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的重要判別指標。

2.6 增量化

隨著對安全性要求的不斷提高，市場對阻燃產(chǎn)品的需求量在大幅提升，人們對許多普通產(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最快的行業(yè)，但是阻燃類產(chǎn)品加工的要求很高，也需要生產(chǎn)商不斷提高、改進配方組成，進行設備和工藝優(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