尼龙66 (PA66)具有良好的力学性能、耐磨性及耐化学腐蚀性等优点 ，在汽车、电子电器等领域应用广泛。但PA66属于可燃性材料，且燃烧时会有熔滴 ，存在很大的安全风险，因而对PA66的阻燃改性研究具有重要意义。PA66的阻燃体系曾一度以含溴阻燃剂为主，但溴系阻燃剂一直面临较严重的环保及CTI等问题。
新能源汽车用阻燃尼龙制件
目前 ，红磷阻燃剂由于其阻燃效率高，性价比优异，可应用于阻燃PA66材料。然而，红磷阻燃剂在高温、空气、湿度高和碱性环境下，容易吸水，导致材料酸化。生成的磷酸会对金属元件产生腐蚀，导致产品的电性能下降。
为了阻止红磷的酸化反应，提高红磷的稳定性，目前最有效的方法就是微胶囊包覆红磷，这种方法是通过原位聚合的方式，在红磷粉表面形成一种稳定的聚合物材料，这样可以隔绝红磷和氧气以及水分的接触，从而降低红磷的酸化反应，提高材料的使用稳定性。
而不同的包覆树脂对红磷阻燃增强尼龙的的影响会不同，本研究选用酚醛树脂和密胺树脂包覆的两种红磷阻燃剂，研究此两款不同包覆层的阻燃剂对阻燃增强PA66材料各项性能的影响。
材料基本组成如下：密胺树脂包覆红磷阻燃母料( MC450)、酚醛树脂包覆红磷阻燃母料(PF450):红磷含量50%。阻燃增强尼龙66的配方为：58%的尼龙66，12%的阻燃母料，30%的玻纤。
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样品编号
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PA66
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MC450
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PF450
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GF
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PA66－1#
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58
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12
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0
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30
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PA66－2#
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58
|
0
|
12
|
30
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经共混改性后，制得包覆红磷阻燃的PA66/GF30的复合材料，测得相关性能如下。
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两种包覆红磷阻燃增强 PA66 的阻燃性能 、灼热丝温度和相对漏电起痕指数
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样品
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1.6 mm 垂直
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滴落
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GWFI
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GWIT
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CTI
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编号
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燃烧等级
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情况
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/ ℃
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/ ℃
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/ V
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PA66-1# PA66-2#
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V－0
V－0
|
无
无
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960
960
|
775
775
|
475
450
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可以看出 ，PA66－1#和 PA66－2#均可以达到1.6 mm V-0阻燃等级，材料在燃烧时均不产生滴落，两种包覆红磷阻燃增强PA66都具有优异的阻燃效果。PA66-1#和 PA66-2# 的灼热丝可燃性指数 ( GWFI) 均可达到960℃，灼热丝起燃温度 (GWIT)可以达到775℃。两种包覆红磷阻燃材料的垂直燃烧性能、灼热丝试性能都能达到很好的水平。
还可以看出 ，PA66－1 略高于# PA66－2# 的 CTI，两种包覆红磷阻燃 PA66 材料的CTI都在450V 以上，可以满足大多数行业的应用要求。
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样品编号
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拉伸强度
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弯曲强度
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冲击强度/(kJ/m2)
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/M Pa
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/M Pa
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缺口
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无缺口
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PA66－1#
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164
|
256
|
10.2
|
55.2
|
|
PA66－2#
|
156
|
242
|
10.5
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66.9
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可以看出 ，PA66－1# 的拉伸强度、弯曲强度更高，分别是164 MPa和 256 MPa，相比PA66－2#分别高出5%和6%。PA66-2#的缺口冲击强度和无缺口冲击强度都更高，分别是10.5kJ/m2和66.9 kJ/m2，相比PA66－1#分别高出3%和21%。两种包覆红磷制备的材料整体力学性能都较高，可以满足各个领域的性能要求。
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两种包覆红磷阻燃增强 PA66 的注塑样片
从两种包覆红磷阻燃增强 PA66 的注塑样片外观可以看出，密胺树脂包覆红磷制备的阻燃增强 PA66 (PA66－1# ) 样片表面光滑，颜色鲜艳，表面没有浮纤出现。酚醛树脂包覆红磷制备的阻燃增强PA66(PA66－2#)样片表面颜色不均匀，浮纤较多。这主要是因为密胺树脂其本身是一种非常细腻光滑的粉体，作为包覆层引入后，会对整个材料体系起到润滑作用，所以材料外观光滑，无明显浮纤。
将两种包覆红磷阻燃增强PA66颗粒料在80℃放置2h后，测试其气味大小。PA66－1#材料气味明显，有较强的刺激性气味。PA66－2#气味较小，无明显的刺激性气味。这主要是由于在原位包覆聚合反应中，密胺包覆树脂的胺类小分子不容易去除干净，而胺类物质的气味本身较大导致。
-
PA66由于含有胺基和羰基，易与水分子形成氢键 ，因此在使用时容易吸水，产生增塑效应，导致材料体积膨胀、刚性下降，在应力作用下发生明显蠕变。
两种包覆红磷阻燃增强 PA66 材料的吸水率随时间变化图
通过测试材料的吸水率来研究不同包覆阻燃红磷对材料吸水率的影响，可以看出，两种材料的吸水率都是随着时间的增加而上升。PA66-1# 和 PA66-2# 的初始吸水率接近 ，但是随着吸水时间的增加，不同材料的吸水率出现明显区别。其中，酚醛树脂包覆红磷阻燃尼龙(PA66－2#) 的吸水率较低，90d的吸水率是5.8%，而密胺树脂包覆红磷阻燃尼龙(PA66－1# )的吸水率略高，90 d的吸水率是6.4%。这主要是因为酚醛树脂本身吸水率低，而密胺树脂相对于酚醛树脂吸水性较强，耐水解性相对较差导致的。
-
将金属片和红磷阻燃增强尼龙材料一起放置在高温高湿环境中，240h之后观察金属片的腐蚀情况。通过金属片的腐蚀情况来判断不同包覆红磷阻燃增强尼龙对金属腐蚀性能的影响。
空白样和加入不同包覆红磷阻燃增强 PA66 的金属腐蚀图
从空白样和加入不同包覆红磷阻燃增强尼龙材料的金属腐蚀图可以看出，不加入改性尼龙的空白样，金属表面腐蚀较少，有轻微的空气和水汽所造成的腐蚀痕，PA66－1#的对金属腐蚀性相对较好，金属表面光泽性较好 ，少量部位有腐蚀现象，而 PA66－2# 的金属腐蚀最为严重，金属片表面完全失去光泽，铜片表面腐蚀变色明显。这说明密胺树脂包覆红磷阻燃尼龙比酚醛树脂包覆红磷阻燃尼龙对金属铜的腐蚀更小。
综上，采取密胺树脂和酚醛树脂包覆红磷制备了两种阻燃增强 PA66 材料，两种包覆红磷制备的材料均可以达到1.6 mmV-0阻燃级别，可以通过775℃灼热丝起燃温度，CTI也可以达到450V以上。
密胺包覆红磷阻燃增强 PA66 材料的拉伸强度 ，弯曲强度较高 ，而酚醛包覆红磷阻燃 PA66 材料的冲击性能更好。另外，酚醛树脂包覆红磷阻燃增强 PA66 的气味小于密胺包覆材料，吸水率也较低。密胺树脂包覆红磷阻燃增强PA66的外观更好，对金属的腐蚀性更小。
参考资料：包覆红磷阻燃增强 PA66 的性能研究，互联网资料。
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原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：不同树脂包覆红磷阻燃增强PA66的性能研究
