隨著制備技術(shù)的成熟，PA6已經(jīng)成為電子電器、汽車、通訊等很多領(lǐng)域中的熱門高分子材料。尤其是PA6復(fù)合材料，涉及到更多種類的結(jié)構(gòu)制件和功能制件。而應(yīng)用于這些領(lǐng)域中時(shí)，PA6復(fù)合材料往往會(huì)面臨高溫、易燃、漏電、短路等極端工況，其中阻燃性就成為PA6復(fù)合材料是否達(dá)標(biāo)的重要指標(biāo)之一。

PA6本身為易燃材料，極限氧指數(shù)為20%~22%。這說明，在遇到明火時(shí)，PA6會(huì)快速燃燒，由于熔滴的存在，會(huì)引燃周圍可燃物，將火勢(shì)蔓延。

1、PA6的燃燒機(jī)理

PA6屬于熱分解燃燒，燃燒過程如下：

（1）受熱升溫，當(dāng)溫度升高至約200℃時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的熔融軟化現(xiàn)象，材料表面的高分子開始發(fā)生熱氧化分解；

（2）隨著溫度進(jìn)一步提升，PA6發(fā)生熱氧化分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量的自由基，并與PA6分子結(jié)構(gòu)中的亞甲基結(jié)合，加速分解；

（3）PA6具有較強(qiáng)的吸水性，高溫條件下也會(huì)發(fā)生酰胺鍵的水解反應(yīng)，生產(chǎn)含碳的小分子可燃物，主要是已內(nèi)酰胺和環(huán)戊酮；

（4）上述小分子可燃物在高溫作用下與氧氣充分接觸，發(fā)生燃燒。在此過程中產(chǎn)生的熱量除了少量釋放到外界外，更多的熱量反作用于PA6本身。換言之，此時(shí)將外部熱源撤掉，燃燒依然會(huì)持續(xù)進(jìn)行。

這就是PA6的燃燒過程，了解這一過程后，再來看看PA6在阻燃性方面應(yīng)該如何設(shè)計(jì)。

2、PA6的阻燃設(shè)計(jì)理論

添加阻燃劑是提高PA6材料阻燃性能的最為常見的方法。不同阻燃劑發(fā)揮其阻燃作用的模式有所差異，有凝聚相阻燃模式、氣相阻燃模式和協(xié)同阻燃模式。
（1）氣相阻燃模式

氣相阻燃模式是指阻燃劑在氣相中發(fā)揮作用，抑制或中斷可燃性氣體的燃燒反應(yīng)。氣相阻燃模式可分為兩種：第一種模式是阻燃劑受熱分解產(chǎn)生自由基捕捉劑，中斷自由基反應(yīng)，抑制燃燒反應(yīng)；第二種模式是阻燃劑受熱分解釋放出惰性氣體，降低氧氣濃度，讓燃燒無法維持，起到阻燃作用。
（2）凝聚相阻燃模式

凝聚相阻燃模式是指阻燃劑在凝聚組中發(fā)揮作用，延緩或阻止材料的熱分解過程。凝聚相阻燃模式也分為兩種：第一種模式是阻燃劑在燃燒過程中受熱發(fā)生分解，吸收大量的熱量，讓材料降溫起到阻燃作用；第二種模式是阻燃劑在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成炭化層或高密度蒸汽，覆蓋在燃燒材料的表面，阻止材料與外界發(fā)生傳質(zhì)和傳熱，起到阻燃作用。
（3）協(xié)效阻燃模式

有些阻燃劑同時(shí)發(fā)揮氣相和凝聚相阻燃機(jī)理，被認(rèn)為發(fā)揮了協(xié)效阻燃機(jī)理。由于阻燃劑在氣相和凝聚相中同時(shí)發(fā)揮作用，因此，材料的燃燒會(huì)受到更強(qiáng)的抑制。

綜合來看，發(fā)揮協(xié)效阻燃作用的阻燃劑可以起到更加高效的阻燃效果，因此可以減少在PA6中的添加量。

3、PA6的阻燃設(shè)計(jì)

根據(jù)阻燃劑與PA6的結(jié)合方式，可以將PA6中所用的阻燃劑分為反應(yīng)型阻燃劑及添加型阻燃劑兩大類。

（1）反應(yīng)型阻燃劑

反應(yīng)型阻燃劑是在PA6的制備過程中引入，通過化學(xué)鍵合作用，將阻燃元素接枝到PA6分子鏈中。因此，這種方式獲得的PA6阻燃材料穩(wěn)定性好，對(duì)PA6自身的性能影響較小。但由于工藝復(fù)雜、成本高等問題，在PA6復(fù)合材料中并沒有得到推廣。

（2）添加型阻燃劑

相對(duì)而言，添加型阻燃劑更為經(jīng)濟(jì)、易用，是目前工業(yè)上制備阻燃PA6復(fù)合材料的主要方法。根據(jù)有效組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)，添加型阻燃劑可細(xì)分為鹵系、磷系、氮系及無機(jī)阻燃劑等幾大類。

不同類型的阻燃劑有著不同的阻燃效果，因此，制備高性能阻燃PA6復(fù)合材料的關(guān)鍵就是綜合考慮各方面因素，合理選擇阻燃劑的類型。

①鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑由于與PA6相容性好，阻燃效率高，在PA6中的應(yīng)用很廣泛。同時(shí)，鹵系阻燃劑也可以與其他阻燃劑一起使用，發(fā)揮協(xié)同阻燃的作用。目前，十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、溴化環(huán)氧樹脂是阻燃PA6材料中常用的鹵系阻燃劑。

②磷系阻燃劑

鹵系阻燃劑在使用過程中有產(chǎn)生“二次災(zāi)害”的風(fēng)險(xiǎn)，且這類阻燃劑存在十分嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，無鹵阻燃替代有鹵阻燃是目前阻燃劑開發(fā)的大趨勢(shì)。

在無鹵阻燃劑中，磷系阻燃劑的產(chǎn)量最大，應(yīng)用范圍最廣。在阻燃機(jī)理方面，磷系阻燃劑主要發(fā)揮了凝聚相阻燃機(jī)理。

（A）紅磷

紅磷是典型的無機(jī)阻燃劑，因其成分中僅含有磷，故在6%-8%的添加量下，即可顯著改善PA6的阻燃性能 ，使其達(dá)到V-0級(jí)。然而，紅磷化學(xué)性質(zhì)活潑，在常規(guī)儲(chǔ)存條件下易發(fā)生氧化，同時(shí)與PA6的相容性不好，通常將其微膠囊化使用。

（B）有機(jī)次磷酸鹽

    有機(jī)次磷酸鹽的磷元素含量為22%左右，在PA6中添加18%左右可以達(dá)到V-0級(jí)。通常與氮系阻燃劑復(fù)配使用，形成磷氮協(xié)效體系，發(fā)揮高效的阻燃效果。

③氮系阻燃劑

氮系阻燃劑同樣是一種普遍使用的非鹵系環(huán)保阻燃劑，具有毒性小、熱穩(wěn)定性好、價(jià)格低、無腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，PA6中最常用的氮系阻燃劑為MCA。

MCA本質(zhì)上是由三聚氰酸與三聚氰胺通過配位鍵作用形成的大分子，近年來將MCA用于PA6非填充體系中，達(dá)到V-2級(jí)或V-0級(jí)是PA6阻燃改性的重要課題。

另外，無機(jī)納米填料可以改善材料的耐磨性、導(dǎo)電性、著色性，由于價(jià)格低廉，在PA6中填充對(duì)降低材料的綜合成本有顯著作用。常用的無機(jī)納米填料包括石灰石、蒙脫土、滑石粉、二氧化硅、硅樹脂、硅灰石、硫酸鋇等。這些無機(jī)填料本身不燃燒，在材料的燃燒過程中可加速PA6燃燒炭化、減少PA6熔滴、阻隔傳熱與傳質(zhì)。將無機(jī)納米填料與阻燃劑復(fù)配應(yīng)用于阻燃PA6材料中，能夠達(dá)到理想的阻燃效果。