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慧正資訊：尼龍基高分子材料作為一種功能性復合材料，因其具有較好加工性能、密度低、耐腐蝕性、耐候性、機械性能良好、尤其是電氣性能優異等優點，而被廣泛應用于各類芯片封裝、微電子、航空航天以及電氣設備的熱管理領域。其中，尼龍6（PA6），因其在加工可塑性、導熱性以及絕緣性方面獨具優勢，目前，針對PA6抑煙阻燃的研究已然成為研究熱點。
水鎂石法氫氧化鎂作為綠色環保阻燃劑，具有吸熱、稀釋、隔熱、中和效益，其受熱分解時可吸收大量熱量，降低燃燒物表面的溫度，高溫下分解得到的水蒸氣可有效稀釋燃燒物周圍的氧氣濃度，熱解產物（MgO）是一種耐熱陶瓷前驅體，可覆蓋在聚合物表面，起到物理阻隔的效應，還能有效吸附并中和燃燒產生的酸性及部分腐蝕性氣體，起到進一步降低煙氣釋放量的效果。
為研究氫氧化鎂顆粒細度對PA6阻燃效果的影響，筆者選用了廣源集團生產的不同細度的氫氧化鎂產品應用于PA6中，研究了粒徑對阻燃性能和力學性能的影響。
一、實驗過程
1.1
復合基材的制備
將尼龍6在鼓風干燥箱中110 °C隔夜烘干，填料在70 °C下干燥，并按表1中所述配方稱取原料進行預分散，充分攪拌后利用雙螺桿擠出機造粒（加工溫度225-245℃），所得粒料在110 °C下烘干，之后通過注塑機制備成各類性能測試樣條備用。
表1阻燃PA6復合基材實驗配方
1.2
性能測試與表征
采用MS-3000E激光粒度儀測量粉體的粒徑及其分布；比表面積儀測試比表面積；采用熔體流動儀MFI-1211對PA6基材的熔融指數按照GB/T 3682.1-2018測試；采用萬能力學試驗機對PA6基材的拉伸強度和斷裂伸長率按照GB/T 1040.1-2018進行了測試；采用電懸臂梁沖擊試驗機按照GB/T 1843-2008對PA6基材的沖擊強度進行了測試；利用JF-5氧指數測試儀按照標準GB/T2406.2-2009對PA6基材的氧指數進行了測試；并通過水平垂直燃燒儀按照GB/T 8333-202對PA6基材進行了測試；采用維卡熱變形溫度測定儀按照GB/T 1633-2000對PA6基材的熱變形溫度進行了測試。
二、實驗結果
2.1
不同細度氫氧化鎂的性能指標
表2為不同細度氫氧化鎂的細度指標，隨著超細研磨，粉體的目數逐漸上升，體現在中位粒徑（D50）和累積分布達到97%所對應的粒徑（D97）均呈現出顯著的下降規律，尤其是GY-6000粉體的D50已下降至1.56 μm，D97也下降至5.29 μm，比表面積大幅上升至20.23 m2/g。
表2 不同細度氫氧化鎂的性能指標
2.2
PA6復合基材的阻燃性能研究
通過極限氧指數儀和水平垂直燃燒試驗儀對各PA6試樣進行了燃燒性能的測試，具體測試結果如表3所示。對比1#~5#，隨著氫氧化鎂目數的增加，PA6復合基材在氧指數值和垂直燃燒方面呈現出較好的增強效果，LOI從31.4%上升至34.8%，UL-94的等級從V-1變成V-0，且從添加GY-800后PA6的滴落現象逐漸變成添加GY-6000后的無滴落現象，表明氫氧化鎂粉體的粒徑尺寸和比表面積對于抑制燃燒效果有顯著影響，粒徑越小、比表面積越大，越有利于PA6復合基材阻燃性能的提升，這可能是由于小尺寸氫氧化鎂能夠更好的分散在PA6復合基體中，在PA6復合基材燃燒時，能夠更好的發揮阻燃效能。此外，粒徑的改變對于PA6復合基材的比重無顯著影響。
表3 PA6復合基材的燃燒性能
2.3
PA6復合基材的力學性能研究
熔融指數是一種可以反映加工流動性能的參數，通過熔融指數儀對試樣1#-5#的熔指進行了測試，具體的測試結果表4所示。在熔融指數方面，隨著氫氧化鎂目數的增加，PA6復合基材的熔融指數呈現出一定的上升趨勢，可見粒徑的減小可以一定程度提升活性水鎂石粉體在基體中的分散性，在受到熱加工時，能夠促進分子鏈的有效運動，改善PA6復合基材的加工流動性。
對比試樣1#-5#，可以看出采用粒度更低的活性水鎂石粉體后，PA6復合基材的拉伸強度存在較為顯著的提升趨勢，表明細度細的氫氧化鎂能夠更好的分散在PA6復合基材中，能夠有效抑制分子鏈在受到外部拉伸時的滑移和斷裂，使得其補強效果更佳；在斷裂伸長率方面，PA6復合基材的斷裂伸長率從1.96%提升至2.68%，提升了36.7%，在PA6復合基材受到外部拉伸時，良好的分散性可以有效抑制分子鏈的過度拉伸，進而有效改善其斷裂伸長率；在沖擊強度方面，隨著粉體粒度的下降，其沖擊強度從3.41kJ/m2提升至3.87 kJ/m2，提升了13.4%，可見粒徑細可以有效抑制PA6復合基材在受到外部沖擊時的分子鏈斷裂，有效提升其整體的沖擊強度。
另一方面，熱變形溫度主要是表征聚合物材料在高溫且受壓力下抵抗形變的能力。從表4中的1#-5#測試數據來看，熱變形溫度從1#的128.8 °C提升至5#的135.3 °C，這可能是因為采用了粒徑細的氫氧化鎂粉體后，其能夠更好的提升分子鏈的耐熱穩定性，使得其受到外力時需要在更高的溫度下才能發生分子鏈節的旋轉甚至分子鏈的變形，在宏觀上即體現在熱變形所需溫度的增加，這對于PA6復合基材在高溫下的力學性能保持有較好的促進作用。
表4 PA6復合基材的力學和加工性能測試結果
三、結論
（1）隨著氫氧化鎂粒度的下降，其在PA6復合基材的分散性更佳，對于復合基材的阻燃性能有較好的提升效果，對于其抗滴落性能也有較好的抑制效果。
（2）氫氧化鎂細度越細對PA6復合基材的熔融指數以及拉伸強度、斷裂伸長率、沖擊強度具有較好的提升效果，表明氫氧化鎂在粒度降低后能夠提升PA6復合基材的綜合力學性能。
（3）氫氧化鎂細度越細對PA6分子鏈的耐熱性提升效果越好，需要更高的溫度才能導致分子鏈節的內旋轉甚至滑移，即熱變形穩定性得到一定程度的提升。
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