Vis griežtėjančių aplinkosaugos taisyklių ir nuolat tobulėjančių elektros, elektronikos ir automobilių pramonės standartų fone nailono (poliamido) medžiagų antipirenas be halogenų tapo neišvengiama tendencija. Tačiau, susidūrus su daugybe halogenų neturinčių antipirenų sistemų, tokių kaip fosforo, azoto pagrindu, neorganiniai hidroksidai ir silicis, pagrįstas rinkoje, kaip priimti mokslinius ir veiksmingus sprendimus, tapo sudėtinga problema, susijusi su polimerų chemija, degimo mokslu, reologija ir kompozicinių medžiagų sąsajų mokslu. Šiuo straipsniu siekiama suteikti profesionalų sprendimų priėmimo pagrindą renkantis nailoninius behalogeninius antipirenus, remiantis medžiagos veikimo mechanizmu.
Yra daug nailono rūšių, o jų cheminė struktūra ir šiluminės savybės tiesiogiai veikia antipirenų pasirinkimą.
· PA6 ir PA66: turi aukštą lydymosi temperatūrą (>250 ℃), siaurą apdorojimo temperatūrų diapazoną ir reikalauja, kad antipirenai būtų puikaus terminio stabilumo (skilimo temperatūra turi būti > 300 ℃). Rekomenduojama naudoti labai stabilius organinio fosforo darinius (pvz., DOPO darinius) arba metalų fosfino rūgšties druskas.
· Pusiau aromatinis nailonas (PA6T, PA9T) ir aukštos temperatūros nailonas: apdorojimo temperatūra dažnai viršija 300 ℃, o įprasti fosforo pagrindu pagaminti antipirenai gali suirti ir sugesti. Reikėtų pasirinkti specialios struktūros ypač aukštos temperatūros fosforo azoto sinergetinę sistemą arba polisiloksano antipireną.
· Permatomas nailonas ir lankstus nailonas: yra skaidrumo arba lankstumo reikalavimai, todėl turėtų būti parinkti antipirenai su lūžio rodiklio atitikimu, plastifikaciniu efektu arba itin smulkiu dalelių dydžiu (nanometro lygiu).
Nailono kristališkumas turi įtakos antipirenų pasiskirstymui ir migracijai. Didelio kristališkumo nailone (pvz., PA66) antipirenai lengvai atstumiami už kristalinės zonos ribų ir koncentruojami amorfinėje zonoje, todėl gali atsirasti „dagčio efektas“, pabloginantis degimą. Renkantis reikia atsižvelgti į antipirenų ir amorfinių nailono fazių suderinamumą arba į branduolių formavimo medžiagų pridėjimą kristalinei morfologijai koreguoti.
Įvairūs behalogeniniai antipirenai nutraukia degimo ciklą skirtingais fiziniais ir cheminiais būdais.
Atstovaujami DOPO ir jo darinių, laisvieji radikalai, tokie kaip PO · ir HPO ·, išsiskiria degimo metu, efektyviai sugaudami H · ir OH · radikalus, kurie palaiko grandinines liepsnos reakcijas. Pagrindiniai pasirinkimo rodikliai: Didelis dujinės fazės antipireno efektyvumas, maža reikalinga dozė, kad atitiktų UL94 V-0 (paprastai 15-20% PA66), tačiau reikšmingas poveikis mechaninėms savybėms, ypač atsparumui smūgiams.
·Išplėstos liepsnos slopintuvai (IFR) ir azoto pagrindu pagamintos medžiagos: ant degimo paviršiaus sukuria porėtą ir stabilų išsiplėtusios anglies sluoksnį, izoliuojantį šilumą ir deguonį. Tinka naudoti, kai reikalinga aukšta laido uždegimo temperatūra (GWT). Tačiau reikia atkreipti dėmesį į sinerginį karbonizacijos su nailonu poveikį. Gryno nailono karbonizacijos greitis yra mažas, todėl reikia pasirinkti antipireno sistemą, kuri gali katalizuoti nailono dehidrogenavimą ir susiejimą su medžio anglimi.
·Metalų fosfino rūgšties druskos (pvz., aliuminio ir cinko fosfino rūgšties druskos): turi dujinės ir kondensuotos fazės poveikį. Jis ne tik gali išlaisvinti ugniai atsparius laisvuosius radikalus, bet ir jo metalo sudėtis gali paskatinti anglies/keraminio sluoksnio susidarymą ant paviršiaus, užtikrinant geresnes apsaugos nuo lašėjimo ir izoliacijos savybes, ypač tinkamas elektros jungtims.
· Magnio hidroksidas/aliuminis (MDH/ATH): antipirenas pasiekiamas dėl didelio pripildymo lygio (dažnai> 50 %), atsižvelgiant į skilimo šilumos absorbciją (apie 1,2–1,5 kJ/g) ir vandens garų išsiskyrimą, kad praskiestų degiosios dujos. Jo mirtinas trūkumas yra labai pablogėjęs apdorojimo sklandumas ir mechaninės savybės. Apsvarstykite tik žemos klasės užpildytą nailoną, kuris yra ypač jautrus sąnaudoms ir kurio veikimo reikalavimai yra žemi.
Pagrindiniai našumo palyginimo parametrai:
· LOI gerinimo efektyvumas: LOI padidėjimas vienam vienetui.
· Ryšys tarp UL94 vertikalaus degimo laipsnio ir storio: pagrindinis ekonominis rodiklis, lemiantis gaminio sienelės storio dizainą ir medžiagų naudojimą.
· Švytinčios vielos uždegimo temperatūra (GWTI): itin svarbi elektros saugai.
Blokuoti nepatartina ir reikia rasti pusiausvyrą tarp kelių našumo dimensijų.
Antipirenai, kaip priemaišos, turi tapti streso koncentracijos taškais. Pasirinkimo strategija:
· Paviršiaus modifikavimas: rinkitės antipirenus, apdorotus jungiamosiomis medžiagomis, tokiomis kaip silanas ir titanatas, kad pagerintumėte paviršių sukibimą.
· Dalelių dydžio ir morfologijos optimizavimas: neigiamas submikroninių ir sferinių dalelių poveikis tempimui ir smūgio stiprumui yra mažesnis nei stambių ar dribsnių dalelių.
· Kompozitinis grūdinimas: tuo pačiu metu į antipireno formulę įpilama grūdinančių medžiagų, tokių kaip maleino anhidridu skiepytas POE, kad kompensuotų smūgio stiprumo praradimą.
Elektrinėms ir elektroninėms programoms reikalingas didelis CTI (palyginti su nuotėkio sekimo indeksu). Kai kurie joniniai antipirenai (pvz., kai kurių bromidų pakaitalai) arba stipriai higroskopiški antipirenai gali žymiai sumažinti CTI. Metalo fosfinato sistemos paprastai užtikrina aukštas CTI vertes (>600 V).
Didelis papildymo kiekis žymiai padidins lydalo klampumą. Jį reikia tobulinti optimizuojant dalelių dydžio pasiskirstymą (platus pasiskirstymas kartais yra naudingesnis nei vieno smailės pasiskirstymas) ir parenkant antipirenus su tepimo savybėmis (pvz., tam tikras esterio fosforo serijas). Būtina atlikti reologinius tyrimus (kapiliarinį arba rotacinį reometrą), o ne pasikliauti tik lydymosi indekso vertinimu.
· Žydėjimas ir migracija: mažų molekulių antipirenai yra linkę nusodinti, todėl paviršius tampa lipnus ir apšąla. Pagrindinis sprendimas yra didelės molekulinės masės arba reaktyvių antipirenų (kurie gali dalyvauti polimerizacijoje arba reaguoti su nailono galinėmis grupėmis) pasirinkimas.
· Spalvos stabilumas: Daugelis fosforo pagrindu pagamintų antipirenų yra linkę pageltonuoti apdorojant aukštoje temperatūroje arba naudojant ilgą laiką. Būtina įvertinti jo pradinį spalvingumą ir spalvų skirtumą (Δ E) po terminio sendinimo.
· Hidrolizinis stabilumas: Nailonas yra linkęs sugerti drėgmę. Jei antipirenai sugeria drėgmę arba skatina hidrolizę, tai pagreitins medžiagos senėjimą. Reikalingas ilgalaikis drėgno karščio senėjimo bandymas (pvz., 85 ℃/85 % santykinio drėgnumo).
Nailono antipirenų pasirinkimas be halogenų nėra paprastas „pakeitimas“ ar „bandymas“, o sistemingas formulės projektavimo projektas, pagrįstas giliu medžiagų sąveikos principų supratimu. Idealus antipirenas turėtų turėti minimalų poveikį natūralioms nailono matricos savybėms, apdirbamumui ir ilgalaikiam patikimumui, esant tiksliniam antipireno efektyvumui, tuo pat metu tenkinant reguliavimo ir sąnaudų apribojimus. Ateities tendencija yra sukurti daugiafunkcines, didelės molekulinės masės, reaktyvias behalogenines antipirenų sistemas, taip pat išmaniuosius sprendimus, derinamus su nanotechnologijomis ir bendradarbiavimo technologijomis, siekiant daugiafunkcinės integracijos, tokios kaip antipirenas, sutvirtinimas ir grūdinimas.
