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尼龙材料加入玻璃纤维后阻燃性能下降的现象,主要源于复合材料体系内多组分间的相互作用。玻璃纤维作为增强相,虽然提升了材料的机械强度,但其高导热性改变了热量传递路径。在燃烧过程中,玻璃纤维形成的网络结构成为热传导的快速通道,加速了热量的扩散,使材料整体温度迅速上升。这种热传导效应抵消了阻燃剂通过吸热分解实现的降温作用,导致阻燃效率降低。例如,纯尼龙在燃烧时表面炭层可隔绝部分热量,而玻纤增强材料中热量通过纤维骨架快速传递至内部,使未燃烧区域提前达到热分解温度。
阻燃剂与玻纤的界面相容性问题加剧了阻燃难度。玻璃纤维表面通常经过硅烷偶联剂处理以增强与尼龙的结合力,但这些处理层可能阻碍阻燃剂分子在基体中的均匀分散。磷系、氮系等常用阻燃剂容易在玻纤表面富集,形成局部浓度过高区域,而其他区域则出现阻燃剂短缺。这种分布不均导致燃烧时无法形成连续致密的保护炭层,氧气和可燃气体仍能通过薄弱区域持续参与燃烧反应。实验表明,玻纤含量超过20%时,阻燃剂的迁移聚集现象尤为显著。
加工过程中的热机械作用对阻燃体系产生双重影响。玻纤增强尼龙需要更高的加工温度(通常达280-300℃)以实现充分熔融,而多数阻燃剂在此温度下会发生提前分解。例如,氢氧化镁在260℃开始脱水失活,溴系阻燃剂在高温下可能释放腐蚀性气体。同时,螺杆挤出时的高剪切力会使玻纤与阻燃剂颗粒发生摩擦,导致阻燃剂晶体结构破坏,降低其热稳定性。这种加工损耗使得实际起作用的阻燃剂比例远低于理论添加量。
材料燃烧行为的物理化学变化也是关键因素。玻纤的加入使尼龙熔体粘度增大,阻碍了燃烧时熔滴脱落带走热量的自我保护机制。残留的玻纤骨架在燃烧后形成多孔结构,反而增加了氧气接触面积。更复杂的是,玻纤中的金属离子(如钙、铝)可能催化某些阻燃剂的分解反应,改变其作用机理。例如,三氧化二锑与卤系阻燃剂的协同效应在玻纤存在时会被削弱,因为金属离子优先与卤素发生反应生成挥发性物质。这些因素共同作用,使得玻纤增强尼龙的阻燃设计需要重新平衡增强效果与防火安全的矛盾。
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