Тенденции применения и исследования огнестойких нейлоновых материалов

Тенденции применения и исследования огнестойких нейлоновых материалов

Нейлон (PA) представляет собой термопластичный конструкционный пластик, содержащий амидные связи (-NHCO-) ​​в основной цепи молекулы. С момента запуска DuPont в США в 1930 году по настоящее время, PA из-за его термостойкости, стойкости к истиранию, химической стойкости, самосмазывающихся и других преимуществ в автомобильной промышленности, электрических и электронных приборах, синтетических волокнах, строительстве и другие области имеют широкий спектр применения и стали одним из крупнейших в мире производств, самого широкого спектра применения инженерных пластмасс.

Сам нейлоновый материал обладает определенными огнезащитными свойствами (у разных типов нейлона кислородный индекс различен, из них кислородный индекс PA66 составляет 24,3%, кислородный индекс PA1010 составляет 25,5%, {[ t7]}6 Кислородный индекс составляет 26,4%), но, как и в случае с бытовой техникой, электронными приборами, новой энергетикой и другими высокими требованиями к огнезащитным характеристикам в материальной промышленности, огнезащитные свойства самого нейлона не могут соответствовать существующим требованиям. Особенно когда в этих областях используется нейлоновый материал, армированный стекловолокном, наполнитель из стекловолокна облегчает горение материала. Поэтому необходимо провести углубленное исследование по улучшению огнезащитных свойств нейлона.

1. История развития огнестойкого нейлона.

Огнестойкие нейлоновые материалы дебютировали в середине прошлого века, когда для достижения огнезащитных свойств в основном использовали галогенсодержащие антипирены.

Хотя галогенсодержащая огнезащитная система, широко используемая на ранних стадиях, имеет хороший огнезащитный эффект за счет добавления лишь небольшого количества антипирена, галогенсодержащий антипирен будет разлагаться и выделять диоксин и другие токсичные газы, вредные для человека. окружающую среду в процессе горения. Таким образом, несмотря на продолжающиеся исследования новых огнезащитных технологий, безгалогенные антипирены стали основным направлением исследований.

В этом контексте постепенно стали применяться безгалогенные антипирены, такие как на основе фосфора (например, красный фосфор, полифосфат аммония и т. д.), на основе азота (например, меламин и его производные) и на основе силикона (например, силоксаны). появился. Эти безгалогеновые антипирены эффективно повышают огнестойкость нейлоновых материалов, одновременно значительно снижая потенциальную опасность для окружающей среды и человеческого организма.

В последние годы бурное развитие нанотехнологий привело к новым открытиям в области огнестойких нейлоновых материалов. Наноматериалы, такие как наномонтмориллонит, нанокремнезем и т. д., могут значительно улучшить огнезащитные свойства нейлоновых материалов с очень небольшим количеством добавок благодаря их уникальному наноэффекту.

2. Огнестойкий нейлоновый принцип огнестойкости.

В основе огнезащитного эффекта огнестойких нейлоновых материалов лежит множество принципов.

Прежде всего, это эффект поглощения тепла и охлаждения: антипирен разлагается при нагревании и поглощает большое количество тепла, в результате чего температура поверхности нейлонового материала снижается, тем самым замедляя процесс горения. Например, полифосфат аммония поглощает большое количество тепловой энергии во время термического разложения.

Во-вторых, это механизм покрытия и изоляции, огнезащитный состав при горении образует слой плотного покровного слоя, который изолирует нейлоновый материал от кислорода, эффективно предотвращая продолжение горения. За счет прекращения свободнорадикальной реакции антипирены могут захватывать и нейтрализовать свободные радикалы, образующиеся в процессе горения, прерывая цепную реакцию горения для достижения цели антипирена.

Наконец, играет роль и принцип разбавления горючих газов. Негорючие газы, образующиеся при разложении антипиренов, такие как азот, углекислый газ и т. д., могут разбавлять горючие газы, образующиеся при сгорании нейлоновых материалов, и снижать интенсивность горения.

3. Основные области применения огнестойкого нейлона.

Электротехника: выключатели и корпуса низкого напряжения, последовательные клеммы, системы электропитания и распределения, кабельные каналы и крепеж, контакты и силовые выключатели, катушки, автоматические выключатели и т. д.

Электронная продукция: вилки питания, электрические и механические части оборудования электронной обработки данных и средств связи, корпуса конденсаторов, носители микросхем и т. д.

Бытовая техника: стиральные машины, посудомоечные машины, кофеварки, электрические чайники, электрические фены, электрические обогреватели и другие электрические компоненты, такие как выключатели, электромагнитные клапаны, вилки, розетки, кронштейны и так далее.

Фотоэлектрические продукты: компоненты солнечных батарей для солнечной энергии, такие как распределительные коробки, вилки питания и т. д.

Автомобильные компоненты: компоненты системы зажигания, компоненты аккумуляторов электромобилей и т. д.

4. Безгалогенные антипирены при применении огнестойкого нейлона.

Согласно статистике, как международной, так и отечественной, в нейлоновых антипиренах широко используются безгалогенные антипирены. Только три вида безгалогенных антипиренов: фосфор, азот и кремний могут достигать 65,74% в базе данных SCI и 43,34% в базе данных Китайской сети знаний.

Среди них фосфорсодержащие антипирены чаще всего используются в технологии безгалогенных антипиренов из нейлона и чаще используются в сочетании с двумя другими видами антипиренов. В настоящее время среди нейлоновых систем огнезащитных составов наиболее совершенными исследованиями и самым широким диапазоном применения является система фосфорно-азотных компаундов, а исследования механизма синергетического фосфорно-азотного антипирена в стране и за рубежом становятся все более и более интенсивными. идеальный.

Среди них фосфорсодержащие антипирены, в том числе красный фосфор, фосфонит и полифосфат меламина (MPP), чаще применяются в огнезащитных материалах из нейлона.

Фосфорные антипирены

По различному строению и составу они делятся на две категории: антипирены на основе неорганического фосфора и антипирены на основе органического фосфора.

Неорганические фосфорные антипирены в основном включают красный фосфор, полифосфат аммония, фосфаты и т. д. Органические фосфорные антипирены включают сложные эфиры фосфорной кислоты, фосфит, сложные эфиры фосфорной кислоты и органические гипофосфиты.

Хотя фосфорные антипирены обладают высокой огнезащитной эффективностью, но в процессе использования выделяется вредный газ фосфин, который можно эффективно ингибировать посредством соответствующей модификации.

Азотсодержащие антипирены, такие как MCA.

Цианурат меламина (MCA) является наиболее исследованным, быстрорастущим и наиболее широко используемым азотным антипиреном.

MCA не только обладает огнезащитной способностью, свойственной обычному азотному антипирену, но также может разлагать циануровую кислоту под воздействием тепла, ускоряя разложение материала и создавая теплосмещаемые расплавленные капли, которые обычно нужно добавлять только до 10% или около того. и огнезащитные свойства материала могут быть значительно улучшены.

Однако MCA и PA менее совместимы, легко впитывают влагу, что влияет на механические и электрические свойства материала, и их необходимо модифицировать, чтобы лучше использовать на практике.

Неорганические антипирены

Гидроксид магния, Sb2O3, борат цинка и другие неорганические антипирены обладают хорошей термической стабильностью, огнезащитный эффект длится дольше, зеленый цвет, низкая токсичность и т. д., но при использовании отдельно количество добавки должно быть больше и меньше. эффективность огнезащитной защиты, влияние на механические свойства основного материала является значительным, в основном при использовании других антипиренов в сочетании.

Нано-огнезащитная система

В последние годы, с разработкой новых материалов и развитием исследований, неорганические наноматериалы, представленные углеродными нанотрубками, ПОСС и графеном, постепенно расширяют свое применение. По сравнению с традиционными антипиренами, наноматериалы, благодаря своей микроструктуре и химической структуре, материалы, полученные путем модификации поверхности или проектирования молекулярной структуры, имеют лучший эффект усиления.

5. Тенденция развития нейлоновой огнезащитной системы.

Хотя фосфорные и азотные антипирены были основной технологией изготовления нейлоновых антипиренов, но в последние годы недостатки фосфорных и азотных антипиренов постепенно вышли на первый план, такие как плохая совместимость с пластиковой матрицей и образование токсичных веществ. газов при горении фосфорсодержащих антипиренов, что привело к ограничению их применения. Тип антипирена, его количество, совместимость с матрицей и другие факторы влияют на механические свойства нейлоновых композитов.

Наноантипирены, представленные монтмориллонитом, углеродными нанотрубками и ПОСС, привлекают все больше внимания в академических исследованиях и разработке технологий. Усиливая межфазный эффект, можно улучшить совместимость между огнезащитным составом и матрицей, что способствует тому, что огнезащитный состав будет более эффективно играть роль антипирена, и в то же время это также может улучшить общие характеристики. из композиционного материала.

Таким образом, разработка новых органо-неорганических гибридных антипиренов, наноантипиренов или их использование в сочетании с традиционными антипиренами, а также исследование синергетических механизмов могут стать прорывным моментом в повышении эффективности огнезащитных средств и повышении механических свойств. свойства нейлоновых композитов одновременно.

Заключение

В течение последних десятилетий огнестойкие нейлоновые материалы постоянно подвергались инновациям и разработкам: от первоначального галогенированного антипирена до нынешнего безгалогенного наноантипирена и многофункционального материала, при этом его характеристики постоянно оптимизируются, а области применения постоянно расширяются. Особенно в условиях быстрого развития новой энергетической отрасли огнестойкие нейлоновые материалы будут играть важную роль в обеспечении безопасности и устойчивого развития новой области энергетики благодаря своим уникальным преимуществам.