可滿足電子電器高阻燃、高GWIT要求的阻燃高性能PA6開發
2023-02-01 14:23:44點擊：
在一些特殊的電子電器領域，如耐高溫繼電器、高壓電器開關、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，歐美等國家對電子電氣設備用材料進行了一系列火災安全性試驗，結果表明所用材料阻燃性越高，則設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性能，廣泛用于電子電器等重要領域。
PA66在強度、耐熱等多方面性能優于PA6，但由于眾所周知的原因，市場PA6樹脂的價格比PA66樹脂低約8000元／噸以上，最高時價差達20000元/噸以上。因此，近年來阻燃PA6工程塑料替代阻燃PA66的市場化應用越來越多。
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添加量對改性PA6工程塑料的性能影響
常用氮系阻燃劑MCA，其阻燃機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。這些碳質因膨脹發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燃燒；同時，分解產生的不燃氣體使材料膨脹形成膨脹層，可大大降低熱傳導性，有利于材料的離火自熄。
MCA阻燃劑
MCA適用于PA66、PA6無玻纖體系，其阻燃效率高、成本低，符合當前環保趨勢。MCA添加量為5、8、10、12份，考察其對阻燃PA6工程塑料力學性能和阻燃性能的影響，實驗結果見表1。
表1 不同MCA添加量的阻燃PA6工程塑料的性能
綜合MCA的力學性能、阻燃性能、GWIT 和 HDT，最終確定MCA添加質量份數為10份時，阻燃改性PA6綜合性能達到最優。
2 十溴二苯乙烷添加量對改性 PA6 工程塑料 的性能影響
十溴二苯乙烷是近年來開發生產的一種新型、廣譜、高效、環保的添加型阻燃劑，其溴含量高，且具有耐熱性、耐光性和不易滲析性等特點。另外， 十溴二苯乙烷在阻燃時不會產生多溴二噁英問題，毒性較低。十溴二苯乙烷適用于ABS、PS、PA6、環氧樹脂等。
十溴二苯乙烷
采用10份MCA用于阻燃改性PA6工程塑料的進一步探究，考察固定MCA添加質量份數(10份)，十溴二苯乙烷添加量為15-23份不等時對阻燃改性PA6材料的影響，實驗結果見表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、彎曲和缺口沖擊強度都呈下降趨勢。材料HDT隨著十溴二苯乙烷添加量的增加逐漸上升。根據繼電器罩行業標準，材料UL 94阻燃等級選擇V-0 (1.6 mm )為優。綜合比較，當十溴二苯乙烷添加質量份數為19份時，阻燃改性 PA6 材料力學性能、HDT、UL 94阻燃等級、GWIT綜合達到最優。
3 三氧化二銻添加量對改性 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，各組分間可產生協同效應。三氧化二銻在燃燒初期熔融，在材料表面形成保護膜隔 絕空氣，通過內部吸熱反應，降低燃燒溫度。在高溫狀態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
三氧化二銻是應用最早的阻燃劑，適用于環氧樹脂、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯 乙烯、聚酯等。單獨使用三氧化二銻時阻燃效果低，而當與鹵素化物并用時有良好的協同效應，阻燃效果明顯提高。
當 MCA 添加質量份數為10份，十溴二苯乙烷質量份數為19份時，阻燃改性 PA6綜合性能達到最優。以此為基礎，進一步探究三氧化二銻添加量為3-7份時對阻燃改性PA6材料的影響，實驗結果見表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、彎曲強度基本無明顯差異，材料的缺口沖擊強度隨三氧化二銻的添加量增大呈減小趨勢，材料HDT隨著三氧化二銻添加量的增大呈上升趨勢。在材料阻燃方面，當三氧化二銻添加質量份數為5份時，材料的UL 94阻燃等級達到 V-0 (1.6 mm)，GWIT達到875℃，已完全滿足繼電器罩行業標準。綜合來看，當三氧化二銻添加質量份數為5份時，材料力學性能、HDT、UL 94 阻燃等級、GWIT 綜合達到最優。
結語
。MCA、十溴二苯乙烷、三氧化二銻合適的添加量對阻燃改性PA6的HDT起到促進作用。
。MCA、十溴二苯乙烷、三氧化二銻的添加量過多，會導致阻燃 PA6 材料整體的力學性能下降。
。MCA 復配溴銻阻燃改性 PA6，采用 10 份 MCA，19 份十溴二苯乙烷，5 份三氧化二銻時，可制得 UL 94 阻燃等級為V-0 ( 1.6 mm ) 、GWIT為875 ℃ ，且綜合力學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。
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