5 郑 现 国, 李 馥 梅, 唐 小平 现 代 塑 料 加 工 应 用, 2002,
( 1) : 30
( 本文于 2003- 12- 22 收到)
Application of Novel Flame Retardant Technology to Nylon 6
YANG Jing xing, XIAO Ji jun, ZHANG Shi biao
( Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China)
随着 MCA 用量的增加, 氧指数呈上升趋势。当加入
量达到 16 份时, 氧指数达到 30% ; 再继续增加用量,
氧指数变化趋于平缓。燃烧过程中无黑烟、无刺激性
气味。就其力学性能来说拉伸强度、弯曲强度、冲击
强度比纯尼龙有所下降。综合阻燃性、力学性能及加
工性能方面考虑, MCA 用量 16 份时为好。
时, 氧指数可达 30% 以上, 而且对环境无污染。同时阻燃促进剂的加入, 克服了燃烧时熔融淌 滴现象, 且当阻燃促进
剂 KON3 与阻燃剂配比适宜时, 燃烧时残留物易形成致密的炭层。 关键词: 尼龙 6; 阻燃剂; 氧指数
中图分类号: TQ323 6
文献标识码: B
文章编号: 1005- 5770( 2004) 06- 0049- 02
MCA 复配具有很好的协同阻燃作用[ 4] 。
表 3 不同阻燃促进剂对 MCA 阻燃 PA6 性能的影响
Tab 3 Effect of different flame retardant accelerators on flame
retardancy of MCA flame retardant PA6
48 35 12 6 46 86 19 4 48 86 12 4 48 18 8 5
弯曲强 度/ MPa
93 8 95 3 89 9 80 6
冲击强度 / kJ!m- 2
9 74 7 37 61 61
氧指数/ %
28 5 30
30 5 31
2 3 MCA 与其它助剂复配对尼龙 6 阻燃性的影响 为了防止 PA6 燃烧时的淌滴, 需寻求一种协效
( DBDPO) / Sb2O3 on flame retardancy of PA6
编 PA6/ 十溴/ 拉伸强度 伸长率 弯曲强度 冲击强度 氧指数
号
Sb2O3 质量比
/ MPa
/%
/ MPa / kJ!m- 2 / %
0 100/ 0/ 0 61 55 108 9 101 6 17 1
24
A1 84/12/ 4
编 主要原料 拉伸强度 伸长率 弯曲强度 冲击强度
号 质量比
/ MPa
/%
/ MPa / kJ!m- 2
C1 PA 6/ MCA / PER 46 84 10 0 55 6
5 40
80/16/ 4
C2 PA6/ MCA / KNO3 46 77 10 9 64 2
8 25
80/16/ 4
C3 PA6/ TCP/ MCA / 36 08 26 3 36 8
质因膨胀发泡作用而覆盖在材料表面形成薄层, 隔断
了与氧气的界面接触, 从而有力地抑制了材料的继续 燃烧; 此外, 分解产生的水、氮气等不燃性气体通过
发泡作用使材料变成膨胀体; 大大降低了热传导性,
也有利于材料离火 自熄。综上所 述, MCA 在阻燃过 程中同时表现促进炭化和发泡双重功能[ 2] 。表 2 列出 了 MCA 用量对阻燃 PA6 的 性能影响。由表 2 可知,
6 97
PER 78/ 2/ 16/ 4
氧指数 /% 28
30 5
29
2 4 KNO3 用量对 MCA 阻燃尼龙性能的影响 由表 3 可知 KNO3 用量为 4 份时, 氧指数与不加
KNO3 时相差不大, 增大用量进一步实验, 结果见表 4。 由表 4 看出, 随 KNO3 用量的增加, 氧指数仍没有太大 变化。这主要是由于 KNO3 受热分解产生微量的氧, 使 火焰有加大的趋势对氧指数有负面影响。但 KNO3 的加 入, 可使燃烧物表面形成致密的炭层, 阻止淌滴现象 的产生。因此 KNO3 用量的选择是关键[ 5] 。
2 结果与讨论
2 1 溴系阻燃体系对 PA6 阻燃性及其它性能的影响 由于十溴分解温度高、价格适中, 可制白色产
品。因此本实验选用十溴联苯醚与 Sb2O3 复配, 用于 PA6 的阻燃[ 1] 。其实验结果见表 1。由表 1 可以看出, 随着十溴联苯醚加入量的增加, 阻燃 PA6 的氧指数 明显上升。当十溴联苯醚加入量 16 份时, 氧指数达 到 30% 以上, 其拉伸强度及弯曲强 度相差无几, 只
1 实验部分
1 1 主要原材 PA6: 工业级, 石家庄化纤有限责任公司; 十溴
联苯醚: 工 业级, 天津有 机化工二厂; 三氧化二锑 ( Sb2O3) : 工业级; MCA: 工业级, 四川精细 化工设 计研 究 院; 硝 酸 钾 ( KNO3 ) : 试 剂 级; 季 戊 四 醇 ( PER) : 工业级; 磷酸三甲苯酯 ( TCP) : 试剂级。 1 2 主要仪器及设备
表 4 KNO3 用量对 MCA 阻燃 PA6 性能的影响
Tab 4 Effect of KNO3 content on flame retardancy
of MCA flame retardant PA6
编 PA6/ MCA/ 拉伸
号
KNO3 质量比
强度 / MPa
C2 80/ 16/ 4 46 77
Keywords: Nylon 6; Flame Retardant ; Oxygen Index
有关尼龙 6 ( PA6) 的阻燃产品多数是以含卤化 合物为基础的, 燃烧时产生的浓烟、毒性、腐蚀性气 体给生产、应用带来的二次性灾害, 引起了人们的重 视, 因此无卤阻燃体系的开发与应用势在必行。氮系 阻燃剂 MCA 由于其本身及分解产物的低毒性, 使其 成为一种用于 PA66 的新型高效的添加型阻燃剂。本 实验主要探讨以 MCA 为主阻燃剂, 添加适宜的阻燃 促进剂而制得用于 PA6 阻燃的无卤阻燃体系。
阻燃促进剂, 构成复合阻燃体系, 使其燃烧时形成致 密的炭层[ 3] 。本课题选取几种物质与 MCA 复配进行 实验, 结果见表 3。由表 3 可以看出: 不同复配助剂 的加入有不同的结果。一般来说, 膨胀型阻燃体系应 具备三要素: 酸源、气源、炭源。本 实验中的 MCA 为气源, C1 中的季戊四醇为炭源, 体系中缺少酸源, 效果差; C3 中加入的磷酸三甲苯酯 虽然是酸源, 但 是液体加入量有限, 因此效果也不明显; 而 C2 虽然 氧指数变化不大, 但燃烧时结炭, 由此看出 KNO3 与
高速混合机: GH - 10 型, 北京塑料机械厂; 挤 出机: SJ- 45 型, 天 津塑 料机 械厂; 塑料 注射 机: XS- ZY- 125, 石家庄市二轻机厂; 氧指数 测定仪: HC- 2, 江宁县分析仪器厂。
1 3 性能测试 氧指数: 按照 GB/ T 2406 1993 测试。
1 4 工艺流程及工艺条件
表 2 MCA 阻燃剂用量对 PA6 阻燃性能的影响
T ab 2 Effect of MCA content on flame retardancy of PA6
编号
B1 B2 B3 B4
PA6/ M CA 质量比
88/ 12 84/ 16 80/ 20 76/ 24
拉伸强 伸长率/ 度/ MPa %
D1 78/ 16/ 6 46 75
D2 76/ 16/ 8 47 92
D3 72/ 20/ 8 43 06
伸长 率 /% 10 9 98
11 2
10 2
弯曲 强度 / MPa
冲击 强度 / kJ!m- 2
氧指 数/ %
燃烧现象
64 2 8 25 30 5 燃烧残余物结炭
63 8
7 23
29 5
燃烧残余物结炭, 火焰发亮
PA6+ 阻燃剂( 干燥) + 其它助剂 按配比称重
高速混合
挤出造粒
粒料干燥
注射样条
停放 24 h 性能测试
物料干燥: 鼓风干燥 85~ 90 , 8~ 16 h; 挤出 机各段温度分别为: 加料段 160 , 熔融段 220 , 均化段 230~ 240 , 机头 230~ 240 ; 螺杆转速 25 ~ 30 r/ min。注射机各段温度分别为: 一区 150 , 二区 230 , 三区 220 ; 注射压力: 4 5 MPa ( 注 射表压) 。
64 39
14 2
109 7
10 1
27
A2 79/16/ 5
61 62
11 6
107 7
11 6
30
A3 73/20/ 7
59 99
13 3
103 3
11 0
33
2 2 MCA 的用量对 PA6 阻燃效果的影响
MCA 的阻燃作用在于它改变了 PA6 的热氧降解 历程, 使其快速直接炭化形成不燃性的炭质; 这些炭
于 PA6 中, 燃烧时残留物易形成致密的炭层。
参考文献
1 刘卫平 工程塑料应用, 1995, ( 3) : 16 2 彭治 汉, 邓 向阳 高 分 子材 料科 学 与工 程, 1998, ( 4) :
10 7
3 张宏伟, 陈志泉 塑料工业, 1999, ( 5) : 26
4 王慧芳, 张立平, 安鸿 中国塑料, 2001, ( 9) : 63
Abstract: A novel flame retardant accelerator was compounded with MCA ( halogen free flame retardant ) to improve the flame retardancy of nylon 6 The results showed that the oxygen index was higher than 30% and there was no pollution to the environment when the content of MCA was 16 weight parts The addit ion of the flame retar dant accelerator could also avoid melt ing dropping completely A suitable compounding ratio of the accelerator with the flame retardant would result in a compact carbon layer of the burnt residuum