尼龙是什么材料？尼龙（聚酰胺）是分子主链上含有重复酰胺基团(一NHCO一)的线型高分子．是最早工业化的合成纤维，其中以脂肪族为主链的聚酰胺称为尼龙。1935年，美国威尔明顿杜邦公司的华莱士·卡罗瑟斯发明尼龙，1938年尼龙正式面市。尼龙具有优良的机械力学性能，如高强度、耐热性、自润滑性和耐磨性等优点，广泛应用于汽车、家电、电子电器和工业建筑等领域。

  尼龙材料本身具有一定的阻燃性，根据美国UL94标准，尼龙材料经垂直燃烧测试，其阻燃等级可达到V一2级，经过氧指数测试．数值可达到24％，因此，尼龙材料可用于阻燃要求不高的场合。虽然尼龙材料本身具有一定的阻燃特性，但是像家电和电子电器等对材料阻燃性要求高的行业，尼龙本身的阻燃性能已不能满足现有的使用要求，尤其是当玻璃纤维增强尼龙材料在这些领域使用时发现，含有玻璃纤维的尼龙材料在燃烧时容易出现烛芯效应，使材料更容易燃烧，普通的玻璃纤维增强改性尼龙材料已经无法达到阻燃应用的要求，因此，需要对尼龙阻燃性能的提高进行深入的研究。目前，对于尼龙材料的阻燃改性通常分为含卤阻燃改性和无卤阻燃改性，而尼龙阻燃性能的关键指标可以通过极限氧指数(LOI)法、UL94燃烧法．灼热丝法等进行评估。根据目前市场的应用需求．阻燃尼龙材料的极限氧指数指标需要达到28％以上：根据美国UL94标准，阻燃尼龙材料通常要求达到V0级才能有更广泛的用途：根据阻燃类电子电器IEC60335的标准要求，要求的阻燃尼龙材料灼热丝燃烧指数(GWFI)达到960℃，灼热丝发火温度(GWIT)达到775℃；根据电子电工标准要求．高端阻燃尼龙材料的相对漏电起痕指数(CTI)达到500V以上。

  如何稳定提高尼龙材料的阻燃性能一直是人们关注的热点话题。根据多年发展经验来看，尼龙材料阻燃性能的提高主要通过2种途径来实现：①在 树脂基体中添加反应型阻燃剂，即阻燃剂作为一种反应单体参加反应，并结合到尼龙的主链或侧链上去，使尼龙本身产生多种官能团，这些官能团具有较强的阻燃活性。其优点是阻燃稳定性和阻燃性能好，对材料的力学性能影响小，而且毒性低：其缺点是操作和加工工艺复杂，成本高，在实际的生产应用中没有添加型阻燃方法应用广泛。②通过机械共混的方法．将阻燃剂加入到尼龙中，并利用双螺杆挤出机加工生产，使尼龙材料具有阻燃性能，即在复合过程中加入阻燃添加剂。该方法使用方便，应用非常广泛。

  1、阻燃尼龙材料

  尼龙材料阻燃性能的提高一般可以通过阻燃改性、阻燃增强改性(一般是添加玻璃纤维)、填充 阻燃改性(一般是添加无机矿粉)等方式进行，使用这些改性方法来提高尼龙材料阻燃性能的机理主要有：①通过气相阻燃，即在气相中使燃烧中断或 延缓链式燃烧反应。如阻燃材料受热或燃烧时释放大量惰性气体或高密度蒸汽，其中惰性气体可稀释气态可燃物和氧并降低气体本身的温度，而高密度 蒸汽可以使可燃材料与空气接触，达到延缓燃烧的目的；②凝聚相阻燃，即在凝聚相中延缓或中断阻燃材料热分解，如阻燃材料燃烧时在其表面生成的难燃、隔热、隔氧的，又可阻止可燃气体进人燃烧气相；③中断热交换阻燃，即阻燃材料在燃烧时产生融化现象．出现滴落的情况，这些滴落物可将大部分热量带走，减少材料本身的热量，使燃烧延缓，达到阻燃的效果。

  目前，大部分尼龙材料阻燃性能的提高是通过 添加阻燃剂来实现的，主要可分为含卤阻燃尼龙和 无卤阻燃尼龙两大类。传统的阻燃体系是将含卤阻 燃剂添加到尼龙中。所使用的阻燃剂主要以含溴素 为主，如BPS和十溴二苯乙烷等，因此行业内通 常称之为溴系阻燃尼龙，具有阻燃性好的特点．可 部分用于电子电器行业。对于无卤阻燃尼龙，行业 内主要分为氮系阻燃尼龙和磷系阻燃尼龙。

  1．1溴系阻燃尼龙

  溴系阻燃尼龙的阻燃机理主要是气相阻燃．即通过燃烧产生溴化氢气体将材料与氧气隔绝．阻碍材料的继续燃烧。行业内通常使用溴化聚苯乙烯与三氧化二锑按质量比3：1的比例复配添加至尼龙中进行阻燃改性。溴系阻燃尼龙的特点是阻燃性极好，容易达到V0，灼热丝燃烧指数(GWFI)达到960℃，灼热丝发火温度(GWIT)达到775℃，因此，该类尼龙材料可以广泛用于电机罩盖等电子产品。但溴系阻燃尼龙在燃烧过程中产生有毒气体溴化氢．相对漏电起痕指数(CTI)最高只能达到250V，不能应用于高CTI(500V以上)要求的低压电器场合。近年来，欧盟及其他发达国家对含卤产品有非常严格的限制，溴系阻燃尼龙的前景堪 忧。

  1．2氮系阻燃尼龙

  氮系阻燃剂的阻燃机理主要是气相阻燃，即分解过程中产生CO：，NH，等不燃性气体，通过稀释可燃性气体浓度从而阻隔空气，发挥阻燃作用，其优点是低烟、无毒或低毒、低腐蚀性、对热和紫外光稳定。常见氮系阻燃剂主要有三聚氰胺(MEL)、三聚氰酸(CA)、三聚氰胺异氰尿酸盐(MCA)、三聚氰胺的衍生物等三嗪衍生物。

  Li Xueyan等…以丙烯酰胺(AM)为单体和过氧化二苯甲酰(BPO)为引发剂，通过化学接枝方法改 进接枝链的均匀性和尼龙66织物的阻燃性，结果表明：接枝后，后火焰时间和烧焦长度显著缩短，接枝样品的热释放速率(HRR)与未接枝样品的 HRR相比下降了28％：得到的最佳接枝条件为：反应时间1．5 h、反应温度70℃、单体总质量分数为15％。SunJun等【2]利用质量分数36％的甲醛水溶液对尼龙66进行表面羟甲基化，之后再与硫脲交联，结果表明表面改性后的尼龙66的LOI值从21．6％增加至46．2％．同时其炭烧残余物也比未处理的尼龙66高得多．交联后的尼龙66的防火性能和耐久性都得到改善。Isbasar Ceyda等[3】通过直接裂解质谱分析了三聚氰胺和三聚氰胺氰尿酸存在下的尼龙6 的热分解机理．结果发现：尼龙6的羰基和三聚氰胺的氨基的反应是产品分布改变的主要原因；在三聚氰胺氰尿酸的存在下，由于氰尿酸分解产生的氰酸与尼龙6的氨基的反应产生了新的产物。刘渊H等对改性三聚氰胺氰尿酸(MCA)阻燃尼龙66进行了研究．采用分子设计手段在保持MCA基本分子结构基础上调控其超分子结构，制备出分子复合改性MCA，结果表明：尼龙66的自熄时间在经过使用复合改性的MCA后可以进一步缩短：熔滴(无焰熔滴)速率加快，滴落后不引燃脱脂棉，达到UL94标准中1．6 mm的V．0级要求：力学性能保持良好，其拉伸强度和缺口冲击强度分别达到77．4MPa和6．8 kJ／m2。

  1．3磷系阻燃尼龙

  磷系阻燃剂的阻燃机理主要是通过分解形成的高沸点含氧酸，使聚合物脱水炭化，实现材料与空气隔绝，达到聚合物阻燃的效果问。其优点是热稳定性好、不挥发、效果持久、毒性低，基本不产生腐蚀性气体磷化氢。常见磷系阻燃剂主要是无机磷(红磷和一些磷酸盐)、有机磷。

  HorrocksR等[研以铝磷酸为阻燃剂．并将25A黏土加入到尼龙6中，通过超声来改善纳米颗粒分散体，增加尼龙6纤维的阻燃性，结果发现：超声增加了黏土的分散性，同也能改善纳米复合物的加工性并简化挤出过程，增加铝磷酸的浓度可以使尼龙6的阻燃性达到一定程度．而复合过程中的超声在黏土的存在下进一步使阻燃性的增加程度增大．这不仅可以使丝状物更易挤出，同时也能优化阻燃活性。WangBibo等【7]研究了醋酸丁酸纤维素微胶囊化聚磷酸铵(MCAPP)对膨胀型防火涂料乙烯一醋酸乙烯酯共聚物fEVAl／微胶囊化聚磷酸铵／尼龙6混合物的阻燃性、机械性、电性能和热性能的影响，结果发现：MCAPP具有好的耐水性和疏水性．可以增加EVA／MCAPP／PA6的界面黏合性、机械性能，电性能和热稳定性；微胶囊化不仅可以使 EVA／MCAPP／PA6具有高的LOI值和UL一94V一0等级，还可以增强防火性能；在70℃水中处理3d后，EVA／MCAPP／PA6仍然能通过UL一94 V一0等级．表明其具有好的防水性能。方科益等fsI以三氯氧磷和双酚A为原料制备了具有超支化结构的聚磷酸酯阻燃剂(HPPEA)，并研究了超支化聚磷酸酯阻燃剂对尼龙6的成炭促进作用，结果表明：在尼龙6中添加HPPEA与MPP可形成协同成炭效果，使尼 龙6在空气中的热稳定性和成炭量比在氮气中高；在600℃高温空气下，添加质量分数30％的复合阻燃剂可以使尼龙6的成炭质量分数达16．4％，而在氮气中仅为13．6％。在尼龙6中添加20wt％的复 合阻燃剂可使其氧指数由21．1％提高到27．3％，达到UL一94 V一0级。此外．方科益等还从降解动力 学、流变行为和炭层形貌等方面进行分析研究，结果发现在尼龙6中添加HPPEA可以使其在降解过程中交联成炭，并提高炭层致密性，同时阻碍热量与可燃气体间的传递，提高阻燃性能。

  2、结语

  目前，对于阻燃尼龙体系的研究已经比较深入，在一定程度上满足了阻燃的需求。随着科技的进步和社会的发展，人们对于环保的要求越来越重视，因此，溴系阻燃尼龙由于自身的缺点非常明 显，势必会被淘汰，而磷系和氮系阻燃尼龙综合性能相对较好。在磷系阻燃尼龙中，目前可以采用微胶囊红磷、红磷母粒的生产等方法有效避免含毒磷化氢的释放，但由于其相对漏电起痕指数(CTI)仅优于溴系阻燃尼龙．最高仅达到375V，而且红 磷阻燃体系的尼龙存在明显的色泽问题，因此．在高端产品的应用上还很不足。在氮系阻燃尼龙中，通过氮系阻燃剂与其他阻燃剂的复配得到了较好的力学性能。相对漏电起痕指数(CTI)可以达到600V，但阻燃性不如磷系阻燃尼龙好，也限制了其应用的场合。随着阻燃技术的不断发展，添加型阻燃剂在阻燃尼龙中的使用中占据主导地位．因此，未来阻燃尼龙材料的研究中应该具有以下几个特点：①材料无卤化、低毒性。环保要求是未来材料的重点关注方向，无卤阻燃剂的使用将是大势所趋，因此，其用量也会与日俱增。②复配阻燃体系的研究。阻燃尼龙材料的阻燃性能是无法通过一种阻燃剂的添加来实现，需要多种阻燃体系复配并产生协同效应来达到良好的阻燃效果，因此，未来研发的重点方向之一应该是如何通过提高阻燃剂的协同效应开发出性能优异的新型阻燃剂来解决尼龙无卤阻燃问题。③功能多样化。目前，大多数阻燃体系在达到尼龙材料阻燃性能的同时降低了力学性能和其他电性能(如相对漏电起痕指数)，因此，成功开发出功能多样化的阻燃体系将成为未来阻燃尼龙材料发展研究的新方向。

作者：张永，周华龙。王丰，张现军

来源：万方数据库