Anwendungs- und Forschungstrends flammhemmender Nylonmaterialien

Anwendungs- und Forschungstrends flammhemmender Nylonmaterialien

Nylon (PA) ist ein thermoplastischer technischer Kunststoff, der Amidbindungen (-NHCO-) ​​in der Hauptkette des Moleküls enthält. Seit der Einführung des US-Unternehmens DuPont im Jahr 1930 bis heute PA aufgrund seiner Hitzebeständigkeit, Abriebfestigkeit, chemischen Beständigkeit und Selbstschmierung und anderen Vorteilen in der Automobilindustrie, bei elektrischen und elektronischen Geräten, synthetischen Fasern, im Baugewerbe usw Andere Bereiche haben ein breites Anwendungsspektrum und haben sich zu einer der weltweit größten Produktionsstätten und dem breitesten Anwendungsspektrum technischer Kunststoffe entwickelt.

Nylonmaterial selbst hat bestimmte flammhemmende Eigenschaften (verschiedene Arten von Nylon haben einen unterschiedlichen Sauerstoffindex, wobei der Sauerstoffindex von PA66 24,3 % beträgt, PA1010 der Sauerstoffindex 25,5 %, {[ Der Sauerstoffindex von t7]}6 beträgt 26,4 %. Da die Materialindustrie jedoch hohe Anforderungen an die flammhemmende Leistung von Haushaltsgeräten, elektronischen Geräten, neuen Energien und anderen Bereichen stellt, können die flammhemmenden Eigenschaften des Nylons selbst die bestehenden Anforderungen nicht erfüllen Für die Verwendung von Nylon, insbesondere wenn das glasfaserverstärkte Nylonmaterial in diesen Bereichen verwendet wird, sorgt die Glasfaserfüllung dafür, dass das Material leichter zu verbrennen ist. Daher ist es notwendig, eine eingehende Studie zur Verbesserung der flammhemmenden Eigenschaften von Nylon durchzuführen.

1. Die Entwicklungsgeschichte von flammhemmendem Nylon

Flammhemmende Nylonmaterialien kamen Mitte des letzten Jahrhunderts auf den Markt, als man zur Erzielung flammhemmender Eigenschaften hauptsächlich auf halogenhaltige Flammschutzmittel setzte.

Obwohl das im Frühstadium weit verbreitete halogenhaltige Flammschutzsystem durch Zugabe nur einer geringen Menge Flammschutzmittel eine gute flammhemmende Wirkung hat, wird das halogenhaltige Flammschutzmittel zersetzt und erzeugt Dioxin und andere giftige Gase, die schädlich sind die Umwelt im Prozess der Verbrennung. Während weiterhin an neuen Flammschutztechnologien geforscht wird, sind halogenfreie Flammschutzmittel zum Haupttrend der Forschung geworden.

In diesem Zusammenhang haben sich nach und nach halogenfreie Flammschutzmittel auf Phosphorbasis (z. B. roter Phosphor, Ammoniumpolyphosphat usw.), Stickstoffbasis (z. B. Melamin und seine Derivate) und Silikonbasis (z. B. Siloxane) durchgesetzt entstanden. Diese halogenfreien Flammschutzmittel verbessern effektiv die Flammhemmung von Nylonmaterialien und reduzieren gleichzeitig die potenziellen Gefahren für die Umwelt und den menschlichen Körper erheblich.

In den letzten Jahren hat die boomende Entwicklung der Nanotechnologie zu neuen Durchbrüchen bei flammhemmenden Nylonmaterialien geführt. Nanomaterialien wie Nanomontmorillonit, Nanosilica usw. können aufgrund ihres einzigartigen Nanoeffekts die Flammschutzeigenschaften von Nylonmaterialien mit einer sehr geringen Zugabemenge erheblich verbessern.

2. Flammhemmendes Nylon-Flammschutzprinzip

Der flammhemmenden Wirkung flammhemmender Nylonmaterialien liegen viele Prinzipien zugrunde.

Erstens ist es der Wärmeabsorptions- und Kühleffekt, das Flammschutzmittel zersetzt sich beim Erhitzen und nimmt große Mengen Wärme auf, so dass die Oberflächentemperatur des Nylonmaterials sinkt und so der Verbrennungsprozess verlangsamt wird. Beispielsweise absorbiert Ammoniumpolyphosphat bei der thermischen Zersetzung eine große Menge Wärmeenergie.

Zweitens ist es der Abdeck- und Isolationsmechanismus. Das Flammschutzmittel bildet beim Verbrennen eine dichte Deckschicht, die das Nylonmaterial vom Sauerstoff isoliert und so die Fortsetzung der Verbrennung wirksam verhindert. Durch die Beendigung der Reaktion freier Radikale können Flammschutzmittel die während des Verbrennungsprozesses erzeugten freien Radikale einfangen und neutralisieren und so die Kettenreaktion der Verbrennung unterbrechen, um den Zweck des Flammschutzmittels zu erreichen.

Schließlich spielt auch das Prinzip der Verdünnung brennbarer Gase eine Rolle. Die bei der Zersetzung von Flammschutzmitteln entstehenden nicht brennbaren Gase wie Stickstoff, Kohlendioxid usw. können die bei der Verbrennung von Nylonmaterialien entstehenden brennbaren Gase verdünnen und die Intensität der Verbrennung verringern.

3. Hauptanwendungsgebiete von flammhemmendem Nylon

Elektrotechnik: Niederspannungsschalter und -gehäuse, Reihenklemmen, Stromversorgungs- und -verteilungssysteme, Kabelkanäle und Befestigungselemente, Kontakte und Leistungsschalter, Spulen, Leistungsschalter usw.

Elektronische Produkte: Netzstecker, elektrische und mechanische Teile von EDV-Geräten und Kommunikationsgeräten, Kondensatorgehäuse, Chipträger usw.

Haushaltsgeräte: Waschmaschinen, Geschirrspüler, Kaffeemaschinen, Wasserkocher, elektrische Haartrockner, elektrische Heizgeräte und andere elektrische Komponenten wie Schalter, Magnetventile, Netzstecker, Steckdosen, Halterungen usw.

Photovoltaikprodukte: Solarzellenkomponenten wie Anschlusskästen, Netzstecker usw.

Automobilkomponenten: Zündsystemkomponenten, Batteriekomponenten für Elektrofahrzeuge usw.

4. Halogenfreie Flammschutzmittel bei der Anwendung von flammhemmendem Nylon

Laut Statistik werden sowohl im internationalen als auch im inländischen Bereich häufig halogenfreie Flammschutzmittel in Nylon-Flammschutzmitteln verwendet. Nur drei Arten von halogenfreien Flammschutzmitteln, Phosphor, Stickstoff und Silizium, können 65,74 % in der SCI-Datenbank und 43,34 % in der Datenbank des China Knowledge Network erreichen.

Unter diesen werden phosphorhaltige Flammschutzmittel am häufigsten in der halogenfreien Flammschutztechnologie von Nylon verwendet, und sie werden häufiger in Kombination mit anderen beiden Arten von Flammschutzmitteln verwendet. Derzeit ist unter den flammhemmenden Nylon-Compoundierungssystemen das Phosphor-Stickstoff-Compoundierungssystem dasjenige mit der perfektesten Forschung und dem breitesten Anwendungsbereich, und die Forschung zum Mechanismus des synergistischen Phosphor-Stickstoff-Flammschutzmittels im In- und Ausland wird immer intensiver perfekt.

Unter ihnen werden phosphorhaltige Flammschutzmittel, darunter roter Phosphor, Phosphonit und Melaminpolyphosphat (MPP), häufiger zur Flammschutzausrüstung von Nylon eingesetzt.

Phosphorhaltige Flammschutzmittel

Aufgrund der unterschiedlichen Struktur und Zusammensetzung werden sie in zwei Kategorien eingeteilt: anorganische und auf organischem Phosphor basierende Flammschutzmittel.

Anorganische Phosphor-Flammschutzmittel umfassen hauptsächlich roten Phosphor, Ammoniumpolyphosphat und -phosphate usw. Organische Phosphor-Flammschutzmittel umfassen Phosphatester, Phosphit, Phosphatester und organische Hypophosphite.

Obwohl Phosphor-Flammschutzmittel eine hohe Flammschutzwirkung aufweisen, wird bei der Verwendung schädliches Phosphingas freigesetzt, das durch die entsprechende Modifikation wirksam gehemmt werden kann.

Stickstoffhaltige Flammschutzmittel wie MCA

Melamincyanurat (MCA) ist das am besten erforschte, am schnellsten wachsende und am häufigsten verwendete Stickstoffflammschutzmittel.

MCA verfügt nicht nur über die flammhemmende Wirkung eines allgemeinen Stickstoff-Flammschutzmittels, sondern kann auch Cyanursäure unter Hitze zersetzen, um den Abbau des Materials zu beschleunigen und wärmeverschobene geschmolzene Tröpfchen zu erzeugen, die im Allgemeinen nur etwa 10 % zugesetzt werden müssen. und die flammhemmende Eigenschaft des Materials kann erheblich verbessert werden.

Allerdings sind MCA und PA weniger kompatibel, nehmen leicht Feuchtigkeit auf, was sich auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Materials auswirkt, und müssen modifiziert werden, um besser in die Praxis umgesetzt werden zu können.

Anorganische Flammschutzmittel

Magnesiumhydroxid, Sb2O3, Zinkborat und andere anorganische Flammschutzmittel haben eine gute thermische Stabilität, die flammhemmende Wirkung hält länger an, ist grün, weist eine geringe Toxizität usw. auf, aber bei alleiniger Verwendung muss die Menge an Additiv größer und geringer sein Aufgrund der Flammschutzwirkung ist der Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials erheblich, vor allem bei Kombination mit anderen Flammschutzmitteln.

Nano-Flammschutzsystem

In den letzten Jahren haben mit der Entwicklung neuer Materialien und der Weiterentwicklung der Forschung die Einsatzmöglichkeiten anorganischer Nanomaterialien wie Kohlenstoffnanoröhren, POSS und Graphen schrittweise erweitert. Im Vergleich zu den herkömmlichen Flammschutzmitteln, den Nanomaterialien, haben die durch Oberflächenmodifikation oder molekulare Strukturgestaltung erhaltenen Materialien aufgrund ihrer Mikrostruktur und chemischen Struktur einen besseren Verstärkungseffekt.

5. Entwicklungstrend für flammhemmende Nylonsysteme

Obwohl Phosphor- und Stickstoff-Flammschutzmittel die Haupttechnologie für Nylon-Flammschutzmittel waren, traten in den letzten Jahren nach und nach die Mängel von Phosphor- und Stickstoff-Flammschutzmitteln in den Vordergrund, wie z. B. schlechte Kompatibilität mit der Kunststoffmatrix und die Entstehung toxischer Stoffe Beim Verbrennen von phosphorhaltigen Flammschutzmitteln entstehen Gase, die zu einer Einschränkung ihrer Einsatzmöglichkeiten geführt haben. Die Art des Flammschutzmittels, die zugesetzte Menge und seine Kompatibilität mit der Matrix sowie andere Faktoren beeinflussen die mechanischen Eigenschaften von Nylon-Verbundwerkstoffen.

Nano-Flammschutzmittel, vertreten durch Montmorillonit, Kohlenstoffnanoröhren und POSS, erhalten in der akademischen Forschung und Technologieentwicklung immer mehr Aufmerksamkeit. Durch die Verstärkung des Grenzflächeneffekts kann die Kompatibilität zwischen dem Flammschutzmittel und der Matrix verbessert werden, was dazu beiträgt, dass das Flammschutzmittel die Rolle des Flammschutzmittels effizienter übernimmt und gleichzeitig auch die Gesamtleistung verbessert werden kann des Verbundmaterials.

Daher könnte die Entwicklung neuer organisch-anorganischer Hybrid-Flammschutzmittel, Nano-Flammschutzmittel oder deren Verwendung in Kombination mit herkömmlichen Flammschutzmitteln sowie die Erforschung synergistischer Mechanismen ein Durchbruch bei der Verbesserung der Flammschutzwirkung und der Mechanik sein Eigenschaften von Nylon-Verbundwerkstoffen.

Abschluss

Flammhemmende Nylonmaterialien haben in den letzten Jahrzehnten eine kontinuierliche Innovation und Entwicklung erfahren, vom anfänglichen halogenierten Flammschutzmittel bis zum heutigen halogenfreien Nano-Flammschutzmittel und der Multifunktionalisierung, wobei die Leistung kontinuierlich optimiert und die Anwendungsbereiche kontinuierlich erweitert wurden. Insbesondere im rasanten Aufstieg der neuen Energiebranche werden flammhemmende Nylonmaterialien aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit und nachhaltigen Entwicklung neuer Energiefelder spielen.