环保玻纤增强尼龙和聚酯用无卤阻燃剂新选择

目前阻燃剂用于玻纤增强尼龙和聚酯存在的问题：

1．含卤阻燃体系     

  其中最重要的也是在国外应用最广的一种就是溴化苯乙烯聚合物，它具有极其优越的热稳定性，并且由于它与尼龙是熔融可混的，因而在加工过程中具有很好的流动性。此外，用它制备的阻燃尼龙还具有优越的电性能和较好的物理机械性能。这种阻燃剂的局限性在于光稳定性较差，与尼龙尚不能完全相容，且其成本与目前国内应用较广的十溴联苯醚相比也较高。

  目前在国内应用最广的阻燃剂就是十溴联苯醚，由于其较高的溴含量而对尼龙具有较高的阻燃效率，是最经济的一种阻燃剂。但由于它是一种填料型阻燃剂，因而对加工流动性及产品的物理机械性能有很大的负面影响。尤其在电器连接件等产品结构日益复杂的今天，对树脂的加工流动性要求也日益提高。流动性差的树脂根本无法满足加工小而复杂零件的要求，因此可以想象这类填充型阻燃剂很难应用在高档领域，此外，其热稳定性和光稳定性也较差。

  近几年来，人们开发的在尼龙和聚酯阻燃方面使用的一种新阻燃剂为十溴二苯乙烷，它与十溴联苯醚具有相同的溴含量和同样高的阻燃效率，此外，它还具有较好的热稳定性和光稳定性。其局限性在于它与十溴联苯醚一样同属填料型阻燃剂，与聚合物相容性较差，因而加工流动性和制品的物理机械性能较差。

2 ．无卤阻燃体系    

  红磷是在尼龙和聚酯中应用较广的无卤阻燃剂之一，具有添加量少、用途广泛等优点。普通红磷易吸潮，与高分子材料相容性差，特别容易引起自燃，不能实际使用。微胶囊化红磷阻燃剂，降低了红磷的活性，解决了相容性，红磷含量在85％左右，但自燃问题没有得到有效解决，粉尘污染严重。红磷母粒是红磷与氢氧化铝、膨胀型石墨等无机阻燃剂复配使用、以基体树脂为载体的暗红色粒子，安全问题得到了解决。该阻燃体系低烟、阻燃效率高；无粉尘污染，加工性能优异；低密度、热稳定性好、制品物理性能下降少；加工过程中不起霜、不迁移、不腐蚀模具。特别是制品具有高耐漏电痕迹指数（CTI），在电子电器应用上优势明显。红磷母粒的最主要缺点是色调问题，除了暗红和黑色外，无法赋予制品更多的颜色选择。

  聚磷酸铵(APP)具有含磷量高，添加量少等特点，也被用于阻燃尼龙和聚酯的制备，但APP的主要缺点是吸湿性强，热稳定性不高（在230℃时就有脱NH3过程发生），在尼龙和聚酯的加工过程中易分解，导致制品发泡变色。

  多聚三聚氰胺磷酸盐（MPP）是另一类广泛应用于尼龙和聚酯阻燃的环保型阻燃剂，分子链结构与APP相似，主要是用分子量比较大的三聚氰胺取代侧基中NH4＋，因此提高了其热稳定性能，但造成MPP的磷含量较低。通过实验发现，25%的MPP只能使玻纤增强PA66

的氧指数提高5.5%，而垂直燃烧性能几乎没有改善，因此应用于阻燃PA66，需添加更多的MPP，造成对树脂力学性能的严重下降。    

  三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）也常用于尼龙和聚酯阻燃，其特点是低毒、无腐蚀、对热和紫外线稳定，然而以其阻燃的尼龙和聚酯，燃烧时融滴厉害，对玻纤增强尼龙和聚酯的阻燃

性较差，无法达到UL94-V0级，制品在潮湿环境下电性能也不佳，而且在基材中分散性不好，加工困难。

       无机阻燃剂（如氢氧化镁等）具有低毒、低腐蚀和低烟等优点，但用于尼龙和聚酯时，加工过程中容易脱结晶水，因而不宜采用。    

  次膦酸盐阻燃剂（如Exolit 1312和Exolit

  1240）用于玻纤增强阻燃尼龙和聚酯的各种性能相对比较优越，但是其价格是普通阻燃剂3-5倍，而使玻纤增强阻燃尼龙和聚酯的价格非常昂贵，目前没有广泛用于常规玻纤增强阻燃尼龙和聚酯制品中。

EPFR系列中磷氮环保玻纤增强无卤阻燃剂的特点及应用：

      英国Presafer公司新近推出了EPFR系列氮磷环保玻纤增强无卤阻燃剂，根据不同的应用范围划分为两类。

1． EPFR-200A主要应用于玻纤增强PA66。

①EPFR-200A有高的热稳定性。其起始分解温度达到320℃以上，能够满足苛刻的尼龙加工和注塑条件，不会出现挤出过程中发泡，阻燃剂降解，挤出粒子变色等现象。

②EPFR-200A经过特殊表面处理。易于在尼龙中分散并与尼龙相容，使增强尼龙在保持阻燃性能的条件下，依然能够保持优异的力学性能。

③EPFR-200A具有良好的电性能，能够满足增强尼龙在电子电器等领域方面的应用。

④EPFR-200A具有良好的阻燃性能，能够满足UL94-V0，灼热丝等不同测试标准要求。

 

图1  UL94-V0垂直燃烧测试

图2IEC 60695 灼热丝测试

2． EPFR-300A主要应用于玻纤增强PBT。

①EPFR-300A有较高热稳定性。其起始分解温度达到280℃以上，能够满足苛刻的聚酯加工和注塑条件，不会出现挤出过程中发泡，阻燃剂降解，挤出粒子变色等现象。

②EPFR-300A经过特殊表面处理。易于在聚酯中分散与聚酯相容，使增强聚酯在保持阻燃性能的条件下，依然能够保持优异的力学性能。

③EPFR-300A具有良好的电性能。CTI达到600V，能够满足玻纤增强聚酯在电子电器等领域方面的应用。

④EPFR-300A具有良好的阻燃性能，添加相应的阻燃剂份数能够满足UL94-V0（0.75mm和1.5mm）、灼热丝等不同测试标准要求。

应用举例：

 10%玻纤按照PA66：EPFR-200A：GF=60：30：10   

 20%玻纤按照PA66：EPFR-200A：GF=56：24：20

 25%玻纤按照PA66：EPFR-200A：GF=51：24：25   

 30%玻纤按照PA66：EPFR-200A：GF=47：23：30

 

 10%玻纤按照PBT：EPFR-300A：GF=65：20：15     

 20%玻纤按照PBT：EPFR-300A：GF=60：20：20

 30%玻纤按照PBT：EPFR-300A：GF=53：17：30     

 35%玻纤按照PBT：EPFR-300A：GF=48：17：35

 

加工和成型过程中需要注意的问题：

1．原料在加工前需要预先干燥。经干燥至水分含量在0.1%以下可以继续使用。

2. 选择尽可能温和的加工条件。在保证原料与粉体混合均匀，玻纤顺利加入的前提下，尽量用较低的温度和较弱的剪切条件下进行加工。其中EPFR-300A在PBT中加工温度尽量在220℃左右。

3. 增韧剂的选择十分关键。优秀的增韧剂不仅仅提高材料的韧性，同时能够提高粉体与材料的相容性，大大改善材料的其它各项性能。  

4. 玻纤的选择非常重要。由于玻纤在材料中的添加份数非常大，玻纤与材料相容性的好坏决定了材料的各项性能，因此优先选择偶联剂表面处理的短纤，当然长纤也可以选用。

5. 其它助剂的选择。加入适当的成核剂，有助于材料的结晶速度和形态，改善材料的各项性能；加入适当的抗氧剂，有助于预防加工过程中材料的黄变；加入适当的功能添加剂，有助于材料各项性能的调整和改善。

6. 注塑过程条件。在满足成型前提条件下，尽量用温和的温度和合适的压力进行注塑。此外，EPFR-300A与其它阻燃剂复配需要慎重。

     

  结语：对比目前应用于市面上的各种阻燃剂，EPFR-200A应用于玻纤增强PA66与EPFR-300A应用于玻纤增强PBT具有以下优点：①高效的阻燃性能；②良好的加工性能；③优秀的颜色稳定性；④优异的机械性能；⑤高的热稳定性；⑥合理的价格。