PA6阻燃机理解析及4类常用阻燃剂盘点！

随着制备技术的成熟，PA6已成为电子电气、汽车、通信等领域的热门聚合物材料。PA6复合材料结构和功能制件多样。

应用于这些领域时，PA6复合材料往往面临高温、易燃、漏电、短路等极端条件，其中可燃性成为PA六是复合材料能否安全正常工作的重要指标之一。

未经改性的PA6本身阻燃等级可达到UL94 V-极限氧指数在20-22%之间。这意味着，当接触到明火时，PA6会快速燃烧，同时低落，导致明火扩散。

而PA6复合材料使这一指标更加复杂：一些复合成分有助于PA6如，由于烛芯效应，常见的玻璃纤维会使材料燃烧得更快。

众所周知，汽车、电器等产品对所用材料的阻燃要求非常严格。因此，考虑到良好的阻燃性和机械性能PA特别是在研究和商业价值方面PA今天66价格居高不下，高阻燃PA复合材料的潜力很大。

本文将从原则入手，抑制PA分析了6燃烧策略和阻燃剂的常见应用。

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PA6的燃烧机理

要灭火，较重要的是要知道火是怎么燃烧的。燃烧一般分为蒸发燃烧、热分解燃烧和固体表面燃烧三种形式，PA大多数聚合物都是热分解燃烧。

主要燃烧过程如下：

? 首先，当材料的整体温度升高到200时，材料会被加热和加热℃左右时，材料会明显熔化软化，材料表面的聚合物分子开始热氧化分解；

? 当温度进一步升高时，热氧化分解反应更加充分，产生大量自由基和自由基PA亚甲基结合在6分子结构中，加速分解；

? PA6.大量极性键使该材料具有较强的吸水性，在高温作用下也会同时发生酰胺键的水解。水解的较终产物是含碳的小分子可燃物，主要是现有酰胺和环戊酮；

? 这些小分子可燃物在高温扩散和对流的作用下与氧气充分混合，较终点燃。在这个过程中产生的热量不仅会释放到外部世界，而且发挥作用PA也就是说，即使去除外部热源，燃烧过程也会继续。

这就是PA6以及绝大多数聚合物聚合物的燃烧过程。了解这个过程后，让我们看看PA如何设计阻燃性。

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阻燃PA6的设计

众所周知，阻燃的本质是通过物理和化学来阻止或减缓燃烧因素的作用。PA6来说，就是热源、空气、可燃物和自由基反应这4大因素。

在不改变PA在6基体的情况下，添加阻燃剂是为了消除PA6.燃烧条件的重要方法。不同阻燃剂的阻燃模式不同。根据阻燃剂的具体作用模式，阻燃剂可分为凝聚相阻燃模式、气相阻燃模式和协同阻燃模式。

气相阻燃模式

是指在气相中发挥阻燃剂作用，抑制或中断可燃气体混合物的燃烧反应。气相阻燃的具体方法可分为两种：

一是阻燃剂热分解产生自由基捕捉剂，中断自由基反应，抑制燃烧反应；

二是阻燃剂在燃烧中心附近分解释放惰性气体，稀释燃烧中心附近氧气和气相可燃物的浓度，抑制燃烧条件的形成，发挥阻燃作用。

凝聚相阻燃模式

凝聚相阻燃是指相应的阻燃剂主要在凝聚成分中起到阻燃作用，从而延缓或阻止聚合物的热分解过程，从而抑制聚合物的燃烧。凝聚相阻燃有两种具体方法：

一是阻燃剂在燃烧过程中分解热量，从而吸收燃烧过程中产生的大量热量，防止燃烧；

二是阻燃剂在高温下发生化学反应，产生固体金属氧化物（如三氧化铝、三氧化硼、氧化镁等）或高密度蒸汽。上述产品可覆盖燃烧材料表面，阻止聚合物材料与外部物质和能量的交换，以抑制燃烧。

阻燃模式模式

此外，一些阻燃剂还具有气相阻燃机制和凝聚相阻燃机制，被认为是协同阻燃机制。聚合物的燃烧会受到更强的抑制，因为阻燃剂在气相和凝结的同时起作用。

因此，从具体效果来看，发挥协作阻燃作用的阻燃剂可以起到更高效的阻燃作用，从而降低阻燃效果PA中阻燃剂的用量。

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不同阻燃剂的应用

根据阻燃剂和PA6基体的组合可以PA6中使用的阻燃剂分为反应阻燃剂和填充阻燃剂两类。

反应阻燃剂

其中，反应阻燃剂PA6.在聚合制备或加工成型过程中添加此类阻燃剂可化学接枝PA在6分子链中引入阻燃元素或基团PA6中。

反应阻燃剂稳定性好，对PA6本身的性能影响较小，但反应阻燃剂的使用过程中存在工艺条件复杂、成本高等问题。因此，这种阻燃剂在大规模工业化中不易生产PA应用于复合材料。

填充阻燃剂

相对而言，填充阻燃剂更经济易用，是目前工业上制备的阻燃剂PA6.根据其有效成分的化学结构，复合材料的主要阻燃剂可分为卤素、磷、氮和无机阻燃剂。

不同类型的阻燃剂具有不同的阻燃效率。同时，阻燃剂的结构PA6的基本物理力学性能也有一定的影响。

因此，制备高性能阻燃剂PA关键是综合考虑阻燃和机械因素，合理选择阻燃剂的类型。

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卤系阻燃剂

卤系阻燃剂与PA6相容性好，阻燃效率高PA广泛应用于6中。

同时，卤素阻燃剂也可与金属氧化物阻燃剂、磷阻燃剂、碳剂等一起使用。目前，双（六氯环戊二烯环辛烯）十溴二苯醚(DBDPO)、1.双(五溴苯基)乙烷(BPBPE)、溴化聚苯乙烯(BPS)、五溴二苯醚(PBDO)、聚二溴苯乙烯(PDBS)、聚丙烯酸五溴(PPBBA)、溴化环氧树脂(BER)是阻燃PA阻燃剂常用于材料。

在上述阻燃剂的基础上，国内一些学者试图开发十溴二苯乙烷来取代十溴二苯醚，以解决阻燃剂产生二恶英的问题，并使用十溴二苯乙烷和三氧化二锑来改善PA当两者使用比例为13:5时，阻燃改性PA6.可达到阻燃等级UL94 V-同时，该材料的其他性能与纯度相同PA6相当。

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磷系阻燃剂

卤素阻燃剂在使用过程中存在二次灾害的风险，这种阻燃剂存在非常严重的环境污染问题。无卤阻燃剂替代卤阻燃剂是阻燃剂发展的总体趋势。

磷系阻燃剂在无卤阻燃剂中产量较大，应用范围较广。磷系阻燃剂在阻燃机制上主要发挥凝聚相阻燃机制。

① 红磷

红磷是一种典型的无机阻燃剂。由于其成分仅含磷，在7%的添加量下可显著改善PA6的阻燃性使其达到UL94 V-0级。

然而，红磷化学性质活跃，在常规储存条件下容易氧化。同时，纯无机磷和有机磷PA为解决上述问题，通常将红磷制备成微胶囊阻燃剂。

研究表明，15%玻璃纤维增强PA在6中加入16%的微胶囊红磷，可将材料的极限氧指数提高到28%.5%，材料阻燃等级能够达到UL94 V-0级。

② 聚磷酸铵

聚磷酸铵是另一种重要的无机磷阻燃剂PA常用于6种材料，研究表明，单独使用聚磷酸铵时，其用量超过30%的阻燃效果足够明显。

结果表明，当聚磷酸铵和其他磷系阻燃剂的加入量达到25%时，材料的热释放率峰值下降44.总热释放量下降20%3%.2%，PA6.阻燃性显著提高。

然而，研究人员还发现，单纯增加聚磷酸铵的用量很难克服PA6.燃烧过程中有火焰滴落，因此应考虑使用聚磷酸铵作为阻燃剂PA在6中加入一定的抗滴剂。

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氮系阻燃剂

氮阻燃剂也是一种常用的非卤环保阻燃剂，具有毒性小、热稳定性好、价格低、无腐蚀等优点。

含三嗪的氮化合物是一种广泛应用于分子结构中的氮化合物PA6.氮阻燃剂、三聚氰胺(MA)无机和有机酸盐是这种化合物的典型代表。

① MA

其中，MA对PA6.改善阻燃性的效果更为明显。为了克服它MA在PA6基体分散性差，一般需要复配其他成分。

巴斯夫将MA与氟化物进行复配，制备出了KR4025系列阻燃剂PA6.材料韧性高，阻燃性好。

② MCA

MCA本质上是一种原因MA近年来将与氰尿酸在氢键作用下形成的大平面结构复合物MCA用作PA阻燃改性是一个热门话题。

三聚氰胺聚磷酸盐可以单独或与无机氧化物结合作为阻燃剂。研究发现，当玻璃纤维增强阻燃剂时，用三聚氰胺和多磷酸盐制成含氮磷协效阻燃剂PA当6中使用量为25%时，相应的玻璃纤维增强PA6.可达到阻燃等级UL94 V-0级，拉伸强度、拉伸弹性模量、间隙冲击强度、弯曲强度和弯曲弹性模量可分别达到76级.8MPa，11.7GPa，4.5kJ/㎡，98MPa及7.2GPa。

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无机阻燃剂

无机阻燃剂具有无机物难以燃烧的特点，具有有害烟尘产生量少、热稳定性好、不易变性失效等优点。

目前，金属氢氧化物和无机纳米填料是阻燃剂PA无机阻燃剂主要用于6中。

氢氧化镁和其他阻燃成分也可以起到很好的协同阻燃作用。国内学者以3:1的比例将氢氧化镁和氢氧化铝复合成阻燃剂，以增强玻璃纤维PA6.材料的拉伸强度可保持在100MPa弯曲强度超过150MPa，极限氧指数达到31.7%。

无机纳米填料除了可以改善PA6.阻燃性还可以提高材料的耐磨性、导电性和导热性PA6着色效果。此外，无机纳米填料价格低廉，在PA6.填充对降低材料的综合成本显著作用。

目前常用的无机纳米填料包括石灰石、蒙脱土、滑石粉、二氧化硅、硅树脂、硅灰石、硫酸钙等。这些无机填料本身是不可燃的，可以加速PA燃烧炭化，减少PA6熔滴、阻隔热量和小分子传递。将无机纳米填料与其他阻燃剂复合使用PA这方面有很多研究成果，可以达到理想的阻燃效果。

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阻燃PA6的发展趋势

目前，研究人员倾向于通过阻燃剂物理复合、阻燃剂化学结合和改性阻燃剂来解决上述问题。

有效阻燃成分的比例较高，包括各种有效阻燃结构，阻燃过程不产生有毒有害物质，与酰胺结构相容性较好，通过设计原位反应填充PA6中是阻燃PA六是材料未来发展的趋势之一。

此外，开发旨在增强PA6、功能PA6材料的定制阻燃方案也是阻燃方案PA6复合材料的发展方向。