Tendencias de aplicación e investigación de materiales de nailon ignífugos

Tendencias de aplicación e investigación de materiales de nailon ignífugos

El nailon (PA) es un plástico de ingeniería termoplástico que contiene enlaces amida (-NHCO-) ​​en la cadena principal de la molécula. Desde el lanzamiento de DuPont en Estados Unidos en 1930 hasta la actualidad, PA debido a su resistencia al calor, resistencia a la abrasión, resistencia química y autolubricación y otras ventajas, en la industria automotriz, aparatos eléctricos y electrónicos, fibras sintéticas, construcción y Otros campos tienen una amplia gama de aplicaciones y se han convertido en una de las producciones más grandes del mundo, la más amplia gama de aplicaciones de plásticos de ingeniería.

El material de nailon en sí tiene ciertas propiedades retardantes de llama (los diferentes tipos de índice de oxígeno de nailon son diferentes, de los cuales el índice de oxígeno PA66 es 24,3%, el índice de oxígeno PA1010 es 25,5%, {[ El índice de oxígeno t7]}6 es del 26,4%), pero al igual que los electrodomésticos, los aparatos electrónicos, la nueva energía y otros altos requisitos para el rendimiento retardante de llama de la industria de materiales, las propiedades retardantes de llama del nailon en sí no pueden cumplir con los requisitos existentes. Para el uso del nailon, especialmente cuando se utiliza material de nailon reforzado con fibra de vidrio en estos campos, el relleno de fibra de vidrio hace que el material sea más fácil de quemar. Por tanto, es necesario realizar un estudio en profundidad sobre la mejora de las propiedades retardantes de llama del nailon.

1. La historia del desarrollo del nailon retardante de llama.

Los materiales de nailon retardantes de llama hicieron su debut a mediados del siglo pasado, cuando dependían principalmente de retardantes de llama que contenían halógenos para lograr propiedades retardantes de llama.

Aunque el sistema retardante de llama que contiene halógeno ampliamente utilizado en la etapa inicial tiene un buen efecto retardante de llama al agregar solo una pequeña cantidad de retardante de llama, el retardante de llama que contiene halógeno se descompondrá y producirá dioxinas y otros gases tóxicos que son dañinos para el medio ambiente en el proceso de combustión. Por lo tanto, mientras se continúan investigando nuevas tecnologías retardantes de llama, los retardantes de llama sin halógenos se han convertido en la tendencia principal de la investigación.

En este contexto, los retardantes de llama libres de halógenos como los basados ​​en fósforo (p. ej., fósforo rojo, polifosfato de amonio, etc.), los basados ​​en nitrógeno (p. ej., melamina y sus derivados) y los basados ​​en silicona (p. ej., siloxanos) se han ido incorporando progresivamente. surgió. Estos retardantes de llama libres de halógenos mejoran eficazmente la retardación de llama de los materiales de nailon al tiempo que reducen significativamente los peligros potenciales para el medio ambiente y el cuerpo humano.

En los últimos años, el floreciente desarrollo de la nanotecnología ha traído nuevos avances para los materiales de nailon retardantes de llama. Los nanomateriales como la nanomontmorillonita, la nanosílice, etc. pueden mejorar significativamente las propiedades retardantes de llama de los materiales de nailon con una cantidad muy pequeña de adición en virtud de su nanoefecto único.

2. Principio retardante de llama de nailon retardante de llama

Hay muchos principios detrás del efecto retardante de llama de los materiales de nailon retardantes de llama.

En primer lugar, es el efecto de absorción de calor y enfriamiento, el retardante de llama se descompone cuando se calienta y absorbe una gran cantidad de calor, por lo que la temperatura de la superficie del material de nailon disminuye, lo que ralentiza el proceso de combustión. Por ejemplo, el polifosfato de amonio absorberá una gran cantidad de energía térmica durante la descomposición térmica.

En segundo lugar, es el mecanismo de cobertura y aislamiento, el retardante de llama formará una capa de cobertura densa al quemarse, lo que aislará el material de nailon del oxígeno, evitando efectivamente la continuación de la combustión. Mediante la terminación de la reacción de los radicales libres, los retardantes de llama pueden capturar y neutralizar los radicales libres generados durante el proceso de combustión, interrumpiendo la reacción en cadena de la combustión para lograr el propósito de retardar las llamas.

Finalmente, también influye el principio de dilución de los gases combustibles. Los gases no combustibles generados por la descomposición de retardantes de llama, como nitrógeno, dióxido de carbono, etc., pueden diluir los gases combustibles generados por la combustión de materiales de nailon y reducir la intensidad de la combustión.

3. Principales campos de aplicación del nailon retardante de llama.

Ingeniería eléctrica: interruptores y carcasas de baja tensión, terminales en serie, sistemas de suministro y distribución de energía, conductos y sujetadores de cables, contactos e interruptores de potencia, bobinas, disyuntores, etc.

Productos electrónicos: enchufes, piezas eléctricas y mecánicas de equipos EDP y equipos de comunicación, carcasas de condensadores, soportes de chips, etc.

Electrodomésticos: lavadoras, lavavajillas, cafeteras, hervidores eléctricos, secadores de pelo eléctricos, calentadores eléctricos y otros componentes eléctricos como interruptores, válvulas solenoides, enchufes, tomas de corriente, soportes, etc.

Productos fotovoltaicos: componentes de células solares de energía solar, como cajas de conexiones, enchufes, etc.

Componentes del automóvil: componentes del sistema de encendido, componentes de la batería del vehículo eléctrico, etc.

4. Retardantes de llama libres de halógenos en la aplicación de nailon retardante de llama.

Según las estadísticas, ya sean nacionales o internacionales, los retardantes de llama sin halógenos se utilizan ampliamente en los retardantes de llama de nailon. Sólo tres tipos de retardantes de llama libres de halógenos, fósforo, nitrógeno y silicio, pueden alcanzar el 65,74% en la base de datos SCI y el 43,34% en la base de datos de China Knowledge Network.

Entre ellos, los retardantes de llama que contienen fósforo se utilizan con mayor frecuencia en la tecnología de retardantes de llama sin halógenos del nailon, y se utilizan con mayor frecuencia en combinación con otros dos tipos de retardantes de llama. En la actualidad, entre los sistemas de compuestos retardantes de llama de nailon, el que tiene una investigación más perfecta y un rango de aplicación más amplio es el sistema de compuestos de fósforo y nitrógeno, y la investigación sobre el mecanismo del retardante de llama sinérgico de fósforo y nitrógeno en el país y en el extranjero es cada vez más. perfecto.

Entre ellos, los retardantes de llama que contienen fósforo, incluidos el fósforo rojo, el fosfonito y el polifosfato de melamina (MPP), se han aplicado con mayor frecuencia en el retardo de llama del nailon.

Retardantes de llama de fósforo

Según su diferente estructura y composición, se dividen en dos categorías: retardantes de llama a base de fósforo inorgánico y a base de fósforo orgánico.

Los retardantes de llama de fósforo inorgánico incluyen principalmente fósforo rojo, polifosfato y fosfatos de amonio, etc. Los retardantes de llama de fósforo orgánico incluyen ésteres de fosfato, fosfito, ésteres de fosfato e hipofosfitos orgánicos.

Aunque los retardantes de llama de fósforo tienen una alta eficiencia retardante de llama, durante el proceso de uso liberarán gas fosfina dañino, que mediante la modificación correspondiente se puede inhibir de manera efectiva.

Retardantes de llama que contienen nitrógeno como MCA

El cianurato de melamina (MCA) es el retardante de llama de nitrógeno más investigado, de más rápido crecimiento y más utilizado.

El MCA no solo tiene la capacidad retardante de llama del nitrógeno general, sino que también puede descomponer el ácido cianúrico bajo calor para acelerar la degradación del material y generar gotas fundidas desplazadas por calor, que generalmente solo necesitan agregarse hasta un 10% aproximadamente. y la propiedad retardante de llama del material se puede mejorar enormemente.

Sin embargo, MCA y PA son menos compatibles, absorben fácilmente la humedad, lo que afectará las propiedades mecánicas y eléctricas del material y deben modificarse para poder ponerlos en práctica.

Retardantes de llama inorgánicos

El hidróxido de magnesio, Sb2O3, borato de zinc y otros retardantes de llama inorgánicos tienen buena estabilidad térmica, el efecto retardante de llama dura más, es verde, tiene baja toxicidad, etc., pero cuando se usa solo, la cantidad de aditivo necesario debe ser mayor y menor. La eficiencia del retardante de llama, el impacto en las propiedades mecánicas del material base es significativo, principalmente con otros retardantes de llama utilizados en combinación.

Sistema nano retardante de llama

En los últimos años, con el desarrollo de nuevos materiales y el avance de la investigación, los nanomateriales inorgánicos representados por los nanotubos de carbono, el POSS y el grafeno han ido ampliando paulatinamente sus aplicaciones. En comparación con los retardantes de llama tradicionales, los nanomateriales, debido a su microestructura y estructura química, los materiales obtenidos mediante modificación de superficie o diseño de estructura molecular tienen un mejor efecto de ganancia.

5. Tendencia de desarrollo del sistema retardante de llama de nailon

Aunque los retardantes de llama de fósforo y nitrógeno han sido la principal tecnología del retardante de llama de nailon, en los últimos años, los defectos del retardante de llama de fósforo y nitrógeno han pasado gradualmente a primer plano, como la mala compatibilidad con la matriz plástica y la generación de sustancias tóxicas. gases cuando se queman retardantes de llama que contienen fósforo, lo que ha llevado a la limitación de sus aplicaciones. El tipo de retardante de llama, la cantidad agregada y su compatibilidad con la matriz y otros factores afectarán las propiedades mecánicas de los compuestos de nailon.

Los nanorretardantes de llama, representados por la montmorillonita, los nanotubos de carbono y el POSS, están recibiendo cada vez más atención en la investigación académica y el desarrollo tecnológico. Al fortalecer el efecto interfacial, se puede mejorar la compatibilidad entre el retardante de llama y la matriz, lo que favorece que el retardante de llama desempeñe el papel de retardante de llama de manera más eficiente y, al mismo tiempo, también puede mejorar el rendimiento general. del material compuesto.

Por lo tanto, el desarrollo de nuevos retardantes de llama híbridos orgánicos-inorgánicos, nanorretardantes de llama, o su uso en combinación con retardantes de llama tradicionales, y la exploración de mecanismos sinérgicos, puede convertirse en un punto de avance para mejorar la eficiencia del retardante de llama y mejorar la mecánica. propiedades de los compuestos de nailon al mismo tiempo.

Conclusión

Los materiales de nailon retardantes de llama han experimentado innovación y desarrollo continuos en las últimas décadas, desde el retardante de llama halogenado inicial hasta el actual nanorretardante de llama libre de halógenos y su multifuncionalización, con su rendimiento continuamente optimizado y sus campos de aplicación en continua expansión. Especialmente en el rápido aumento de la industria de nuevas energías, los materiales de nailon retardantes de llama desempeñarán un papel importante para garantizar la seguridad y el desarrollo sostenible del nuevo campo de energía en virtud de sus ventajas únicas.