У позадини све строжих еколошких прописа и сталног унапређења стандарда у електричној, електронској и аутомобилској индустрији, отпорност на пламен без халогена најлонских (полиамидних) материјала постала је неизбежан тренд. Међутим, суочавајући се са бројним системима за успоравање пламена без халогена, као што су на бази фосфора, азота, неорганских хидроксида и силицијума заснованог на тржишту, како направити научни и ефикасан избор постао је комплексно питање које укључује хемију полимера, науку о сагоревању, реологију и науку о интерфејсу композитних материјала. Овај чланак има за циљ да пружи професионалну основу за доношење одлука за избор најлонских безхалогених успоривача пламена на основу механизма деловања материјала.
Постоји много врста најлона, а њихова хемијска структура и термичка својства директно утичу на избор успоривача пламена.
·ПА6 и ПА66: имају високу тачку топљења (>250 ℃), уски температурни опсег обраде и захтевају успориваче пламена да имају одличну термичку стабилност (температура распадања треба да буде >300 ℃). Препоручује се употреба високо стабилних органских деривата фосфора (као што су ДОПО деривати) или соли металне фосфинске киселине.
·Полуароматични најлон (ПА6Т, ПА9Т) и најлон на високим температурама: Температуре обраде често прелазе 300 ℃, а обични успоривачи пламена на бази фосфора могу се распасти и пропасти. Треба изабрати специјални структурирани ултра-високотемпературни синергистички систем фосфорног азота или полисилоксански успоривач пламена.
· Транспарентни најлон и флексибилни најлон: Постоје захтеви за транспарентност или флексибилност, и треба изабрати успориваче пламена са одговарајућим индексом преламања, ефектом пластифицирања или изузетно фином величином честица (нанометарски ниво).
Кристалност најлона утиче на дистрибуцију и миграцију успоривача пламена. У најлону високог кристалности (као што је ПА66), успоривачи пламена се лако одбијају изван кристалне зоне и концентришу у аморфној зони, што може довести до "ефекта фитиља" који погоршава сагоревање. Приликом одабира, треба узети у обзир компатибилност између успоривача пламена и аморфних фаза најлона, или додавање агенаса за нуклеацију да би се прилагодила кристална морфологија.
Различити успоривачи пламена без халогена прекидају циклус сагоревања различитим физичким и хемијским путевима.
Представљени ДОПО и његовим дериватима, слободни радикали као што су ПО · и ХПО · се ослобађају током сагоревања, ефикасно хватајући Х · и ОХ · радикале који одржавају ланчане реакције у пламену. Кључни индикатори за избор: Висока ефикасност успорења пламена у гасној фази, ниска потребна доза за усаглашеност са УЛ94 В-0 (обично 15-20% у ПА66), али значајан утицај на механичка својства, посебно на ударну чврстоћу.
· Експандирани успоривачи пламена (ИФР) и материјали на бази азота: стварају порозан и стабилан проширени слој угљеника на површини сагоревања, изолујући топлоту и кисеоник. Погодно за апликације које захтевају високу температуру паљења жице (ГВТ). Ипак, треба обратити пажњу на синергистички ефекат карбонизације са најлоном. Чисти најлон има ниску стопу карбонизације, и треба изабрати систем отпоран на пламен који може катализовати дехидрогенацију и умрежавање најлона у угаљ.
· Соли фосфинске киселине метала (као што су соли алуминијума и цинка фосфинске киселине): имају ефекте у гасној и кондензованој фази. Не само да може да ослободи слободне радикале који успоравају ватру, већ његов метални састав такође може да подстакне формирање угљеник/керамичког слоја на површини, пружајући боље перформансе против капања и изолације, посебно погодне за електричне конекторе.
· Магнезијум хидроксид/алуминијум (МДХ/АТХ): успоривач пламена се постиже високим нивоом пуњења (често >50%), ослањајући се на апсорпцију топлоте распадања (око 1,2-1,5 кЈ/г) и ослобађање водене паре за разблаживање запаљивих гасова. Његова фатална слабост је озбиљно погоршање флуидности обраде и механичких својстава. Узмите у обзир само најлонски пуњени најлон који је изузетно осетљив на трошкове и има ниске захтеве за перформансама.
Параметри за поређење језгра перформанси:
· Ефикасност побољшања ЛОИ: повећање ЛОИ по јединици додавања.
· Однос између УЛ94 вертикалног степена сагоревања и дебљине: кључни економски индикатор који одређује дизајн дебљине зида производа и употребе материјала.
· Температура паљења ужарене жице (ГВТИ): кључна за електричну сигурност.
Блокирање није препоручљиво и мора се постићи равнотежа између више димензија перформанси.
Успоривачи пламена, као нечистоће, морају постати тачке концентрације напона. Стратегија избора:
· Модификација површине: Одаберите успориваче пламена третиране агенсима за спајање као што су силан и титанат да би се побољшала адхезија на површини.
· Оптимизација величине и морфологије честица: Негативан утицај субмикронских и сферних честица на затезну и ударну чврстоћу је мањи него код грубих или љуспичастих честица.
· Композитно каљење: Истовремено додавање агенаса за учвршћивање као што је анхидрид малеинског калемљеног ПОЕ у формулу за успоравање пламена како би се компензовао губитак ударне чврстоће.
Електричне и електронске апликације захтевају висок ЦТИ (у поређењу са индексом праћења цурења). Неки јонски успоривачи пламена (као што су замене за неке бромиде) или успоривачи пламена са јаком хигроскопношћу могу значајно смањити ЦТИ. Метални фосфинатни системи обично обезбеђују високе вредности ЦТИ (>600В).
Висока количина додатка ће значајно повећати вискозитет растопа. Треба га побољшати оптимизацијом дистрибуције величине честица (широка дистрибуција је понекад повољнија од дистрибуције са једним врхом) и одабиром успоривача пламена са својствима подмазивања (као што су одређене серије естарских фосфора). Неопходно је спровести реолошка испитивања (капиларни или ротациони реометар), а не ослањати се само на процену индекса растапања.
·Цветање и миграција: Успоривачи пламена малих молекула су склони таложењу, што доводи до лепљивости површине и смрзавања. Одабир средстава високе молекулске тежине или реактивних успоривача пламена (који могу учествовати у полимеризацији или реаговати са најлонским крајњим групама) је основно решење.
· Стабилност боје: Многи успоривачи пламена на бази фосфора су склони пожутењу током обраде на високим температурама или дуготрајне употребе. Потребно је проценити његову почетну хроматичност и разлику у боји (Δ Е) након термичког старења.
·Хидролитичка стабилност: Најлон је склон упијању влаге. Ако успоривачи пламена апсорбују влагу или подстичу хидролизу, то ће убрзати старење материјала. Потребно је дуготрајно испитивање старења на влажној топлоти (као што је 85 ℃/85% РХ).
Избор успоривача пламена без халогена за најлон није једноставна „замена“ или „проба“, већ пројекат систематског дизајна формулације заснован на дубоком разумевању принципа интеракције материјала. Идеални успоривач пламена треба да има минималан утицај на интринзична својства, обрадивост и дугорочну поузданост најлонске матрице под циљном ефикасношћу успоривача пламена, док испуњава регулаторна и трошковна ограничења. Будући тренд је развој мултифункционалних, високе молекуларне тежине, реактивних система за успоравање пламена без халогена, као и интелигентних решења у комбинацији са нанотехнологијом и сарадничком технологијом, како би се постигла мултифункционална интеграција као што су отпорност на пламен, ојачање и ојачање.
