Tendances des applications et de la recherche sur les matériaux en nylon ignifuges

Tendances des applications et de la recherche sur les matériaux en nylon ignifuges

Le nylon (PA) est un plastique technique thermoplastique contenant des liaisons amide (-NHCO-) ​​dans la chaîne principale de la molécule. Depuis le lancement de DuPont aux États-Unis en 1930 jusqu'à aujourd'hui, PA en raison de sa résistance à la chaleur, de sa résistance à l'abrasion, de sa résistance chimique et de ses avantages autolubrifiants et autres, dans l'industrie automobile, les appareils électriques et électroniques, les fibres synthétiques, la construction et d'autres domaines ont un large éventail d'applications et sont devenus l'une des plus grandes productions mondiales, la plus large gamme d'applications de plastiques techniques.

Le matériau en nylon lui-même a certaines propriétés ignifuges (les différents types d'indice d'oxygène du nylon sont différents, dont l'indice d'oxygène PA 66 est de 24, 3 %, PA l'indice d'oxygène 1010 est de 25, 5 %, {[ t7]}6 l'indice d'oxygène est de 26, 4 %), mais comme les appareils électroménagers, les appareils électroniques, les nouvelles énergies et d'autres exigences élevées en matière de performances ignifuges de l'industrie des matériaux, les propriétés ignifuges du nylon lui-même ne peuvent pas répondre aux exigences existantes. pour l'utilisation du nylon, en particulier lorsque le matériau en nylon renforcé de fibres de verre est utilisé dans ces domaines, le remplissage en fibre de verre rend le matériau plus facile à brûler. Il est donc nécessaire de réaliser une étude approfondie sur l’amélioration des propriétés ignifuges du nylon.

1. L'histoire du développement du nylon ignifuge

Les matériaux en nylon ignifuges ont fait leurs débuts au milieu du siècle dernier, lorsqu'ils s'appuyaient principalement sur des retardateurs de flamme contenant des halogènes pour obtenir des propriétés ignifuges.

Bien que le système ignifuge contenant des halogènes, largement utilisé au début, ait un bon effet ignifuge en ajoutant seulement une petite quantité de retardateur de flamme, le retardateur de flamme contenant des halogènes sera décomposé et produira de la dioxine et d'autres gaz toxiques nocifs pour la santé. l'environnement en cours de combustion. Par conséquent, tout en continuant à rechercher de nouvelles technologies ignifuges, les ignifugeants sans halogène sont devenus la tendance dominante de la recherche.

Dans ce contexte, les retardateurs de flamme sans halogène tels que ceux à base de phosphore (ex. phosphore rouge, polyphosphate d'ammonium, etc.), à base d'azote (ex. mélamine et ses dérivés) et à base de silicone (ex. siloxanes) se sont progressivement imposés. émergé. Ces retardateurs de flamme sans halogène améliorent efficacement le caractère ignifuge des matériaux en nylon tout en réduisant considérablement les risques potentiels pour l'environnement et le corps humain.

Ces dernières années, le développement fulgurant de la nanotechnologie a apporté de nouvelles avancées dans le domaine des matériaux en nylon ignifuges. Les nanomatériaux tels que la nano-montmorillonite, la nanosilice, etc. peuvent améliorer considérablement les propriétés ignifuges des matériaux en nylon avec une très petite quantité d'ajout en raison de leur effet nano unique.

2. Principe ignifuge en nylon ignifuge

Il existe de nombreux principes derrière l’effet ignifuge des matériaux en nylon ignifuges.

Tout d'abord, c'est l'absorption de chaleur et l'effet de refroidissement, le retardateur de flamme se décompose lorsqu'il est chauffé et absorbe une grande quantité de chaleur, de sorte que la température de surface du matériau en nylon diminue, ralentissant ainsi le processus de combustion. Par exemple, le polyphosphate d'ammonium absorbera une grande quantité d'énergie thermique lors de la décomposition thermique.

Deuxièmement, c'est le mécanisme de revêtement et d'isolation, le retardateur de flamme formera une couche de revêtement dense lors de la combustion, qui isolera le matériau en nylon de l'oxygène, empêchant ainsi la poursuite de la combustion. Grâce à l'arrêt de la réaction des radicaux libres, les retardateurs de flamme peuvent capturer et neutraliser les radicaux libres générés pendant le processus de combustion, interrompant ainsi la réaction en chaîne de la combustion pour atteindre l'objectif du retardateur de flamme.

Enfin, le principe de dilution des gaz combustibles joue également un rôle. Les gaz non combustibles générés par la décomposition des retardateurs de flamme, tels que l'azote, le dioxyde de carbone, etc., peuvent diluer les gaz combustibles générés par la combustion des matériaux en nylon et réduire l'intensité de la combustion.

3. Principaux domaines d'application du nylon ignifuge

Génie électrique : interrupteurs et boîtiers basse tension, bornes série, systèmes d'alimentation et de distribution, goulottes et fixations pour câbles, contacts et interrupteurs de puissance, bobines, disjoncteurs, etc.

Produits électroniques : fiches d'alimentation, pièces électriques et mécaniques des équipements informatiques et des équipements de communication, coques de condensateurs, supports de puces, etc.

Appareils électroménagers : machines à laver, lave-vaisselle, cafetières, bouilloires électriques, sèche-cheveux électriques, radiateurs électriques et autres composants électriques tels que interrupteurs, électrovannes, fiches de courant, prises de courant, supports, etc.

Produits photovoltaïques : composants de cellules solaires à énergie solaire tels que boîtes de jonction, prises de courant, etc.

Composants automobiles : composants de système d’allumage, composants de batterie de véhicule électrique, etc.

4. Retardateurs de flamme sans halogène dans l'application de nylon ignifuge

Selon les statistiques, qu'elles soient internationales ou nationales, les retardateurs de flamme sans halogène sont largement utilisés dans les retardateurs de flamme en nylon. Seuls trois types de retardateurs de flamme sans halogène, le phosphore, l'azote et le silicium, peuvent atteindre 65,74 % dans la base de données SCI et 43,34 % dans la base de données China Knowledge Network.

Parmi eux, les retardateurs de flamme contenant du phosphore sont les plus fréquemment utilisés dans la technologie ignifuge sans halogène du nylon, et ils sont utilisés plus fréquemment en combinaison avec deux autres types de retardateurs de flamme. À l'heure actuelle, parmi les systèmes de mélange ignifuges en nylon, celui avec la recherche la plus parfaite et la gamme d'applications la plus large est le système de mélange phosphore-azote, et la recherche sur le mécanisme du retardateur de flamme synergique phosphore-azote au pays et à l'étranger se développe de plus en plus. parfait.

Parmi eux, les ignifugeants contenant du phosphore, notamment le phosphore rouge, le phosphonite et le polyphosphate de mélamine (MPP), ont été appliqués plus fréquemment dans l'ignifugation du nylon.

Retardateurs de flamme au phosphore

Selon leur structure et leur composition différentes, ils sont divisés en deux catégories : les retardateurs de flamme à base de phosphore inorganique et les retardateurs de flamme à base de phosphore organique.

Les retardateurs de flamme au phosphore inorganique comprennent principalement le phosphore rouge, le polyphosphate et les phosphates d'ammonium, etc. Les retardateurs de flamme au phosphore organique comprennent les esters de phosphate, le phosphite, les esters de phosphate et les hypophosphites organiques.

Bien que les retardateurs de flamme au phosphore aient une efficacité ignifuge élevée, mais au cours du processus d'utilisation, ils libèrent du gaz phosphine nocif, grâce à la modification appropriée, ils peuvent être efficacement inhibés.

Retardateurs de flamme contenant de l'azote tels que le MCA

Le cyanurate de mélamine (MCA) est le retardateur de flamme azoté le plus étudié, à la croissance la plus rapide et le plus largement utilisé.

Le MCA a non seulement la capacité ignifuge du retardateur de flamme à l'azote général, mais peut également décomposer l'acide cyanurique sous l'effet de la chaleur pour accélérer la dégradation du matériau et générer des gouttelettes fondues déplacées par la chaleur, qui ne doivent généralement être ajoutées qu'à environ 10 %, et la propriété ignifuge du matériau peut être grandement améliorée.

Cependant, le MCA et le PA sont moins compatibles, absorbent facilement l'humidité, ce qui affectera les propriétés mécaniques et électriques du matériau, et doivent être modifiés afin de mieux être utilisés dans la pratique.

Retardateurs de flamme inorganiques

L'hydroxyde de magnésium, le Sb2O3, le borate de zinc et d'autres ignifugeants inorganiques ont une bonne stabilité thermique, l'effet ignifuge dure plus longtemps, est vert, faible toxicité, etc., mais lorsqu'il est utilisé seul, la quantité d'additif nécessaire doit être plus grande, plus faible. efficacité ignifuge, l'impact sur les propriétés mécaniques du matériau de base est significatif, principalement avec d'autres ignifugeants utilisés en combinaison.

Système ignifuge nano

Ces dernières années, avec le développement de nouveaux matériaux et l’avancement de la recherche, les nanomatériaux inorganiques représentés par les nanotubes de carbone, les POSS et le graphène ont progressivement élargi leurs applications. Par rapport aux ignifugeants traditionnels, les nanomatériaux, en raison de leur microstructure et de leur structure chimique, les matériaux obtenus par modification de surface ou conception de structure moléculaire ont un meilleur effet de gain.

5. Tendance de développement de systèmes ignifuges en nylon

Bien que les retardateurs de flamme au phosphore et à l'azote soient la principale technologie de retardateur de flamme en nylon, ces dernières années, les défauts des retardateurs de flamme au phosphore et à l'azote sont progressivement apparus, tels qu'une mauvaise compatibilité avec la matrice plastique et la génération de produits toxiques. gaz lorsque des retardateurs de flamme contenant du phosphore sont brûlés, ce qui a conduit à limiter leurs applications. Le type de retardateur de flamme, la quantité ajoutée et sa compatibilité avec la matrice et d'autres facteurs affecteront les propriétés mécaniques des composites de nylon.

Les nano-ignifugeants, représentés par la montmorillonite, les nanotubes de carbone et les POSS, font l'objet de plus en plus d'attention dans la recherche universitaire et le développement technologique. En renforçant l'effet interfacial, la compatibilité entre le retardateur de flamme et la matrice peut être améliorée, ce qui permet au retardateur de flamme de jouer plus efficacement le rôle de retardateur de flamme et, en même temps, peut également améliorer les performances globales. du matériau composite.

Par conséquent, le développement de nouveaux retardateurs de flamme hybrides organiques-inorganiques, de nano-retardateurs de flamme, ou leur utilisation en combinaison avec des retardateurs de flamme traditionnels, ainsi que l'exploration de mécanismes synergiques, pourraient devenir un point révolutionnaire pour améliorer l'efficacité du retardateur de flamme et améliorer les propriétés mécaniques. propriétés des composites de nylon en même temps.

Conclusion

Les matériaux en nylon ignifuges ont connu une innovation et un développement continus au cours des dernières décennies, depuis le retardateur de flamme halogéné initial jusqu'à l'actuel retardateur de flamme nano-sans halogène et multifonctionnalisation, avec ses performances continuellement optimisées et ses champs d'application continuellement élargis. En particulier dans le contexte de l'essor rapide du nouveau secteur énergétique, les matériaux en nylon ignifuges joueront un rôle important pour assurer la sécurité et le développement durable du nouveau domaine énergétique grâce à leurs avantages uniques.