준비 기술이 계속 발전함에 따라 폴리아미드 6은 전자, 자동차, 통신 등 다양한 산업 분야에서 인기 있는 고분자 소재가 되었습니다. 특히 PA6 복합재는 더 넓은 범위의 구조와 기능적 구성요소를 제공합니다.

그러나 이러한 분야에 적용할 때 PA6 복합재는 고온, 가연성, 누전 및 단락과 같은 극한 조건에 직면하는 경우가 많으며, 가연성은 PA6 복합재가 사용할 수 있는지 여부를 나타내는 주요 지표 중 하나입니다. 안전하고 효과적으로 운영하세요.

수정되지 않은 PA6은 UL94 V-2의 난연성 등급을 가지며 제한 산소 지수(LOI)는 20-22%입니다. 이는 PA6가 화염에 노출되면 빠르게 연소되고 물방울이 떨어지는 경향이 있어 화염이 확산된다는 것을 의미합니다.

PA6 복합재의 경우 상황은 더욱 복잡해집니다. 일부 복합재 구성요소는 실제로 PA6의 연소를 촉진할 수 있습니다. 예를 들어, 일반적인 유리 섬유는 심지 효과로 인해 연소 과정을 가속화할 수 있습니다.

자동차 및 전기 제품과 같은 산업 응용 분야에는 사용되는 재료에 대해 엄격한 난연성 요구 사항이 있다는 것이 잘 알려져 있습니다. 따라서 우수한 난연성과 기계적 특성의 균형을 유지하는 PA6은 중요한 연구 및 상업적 가치가 있습니다. PA66의 가격이 여전히 높기 때문에 오늘날 특히 그렇습니다. 높은 난연성 PA6 복합재는 매우 유망합니다.

이 글은 PA6의 연소를 억제하기 위한 기본 원리와 분석 전략부터 시작하여 일반적인 난연제의 현재 응용 분야를 분석합니다.

(장유리섬유강화 폴리아미드 6)

PA6의 연소 메커니즘

PA6의 연소를 진화하기 위해서는 화재가 어떻게 시작되는지 이해하는 것이 필수적이다. 연소는 일반적으로 증발 연소, 열분해 연소, 고체 표면 연소의 세 가지 형태로 분류됩니다. PA6은 대부분의 고분자 재료와 마찬가지로 열분해 연소를 겪습니다.

주요 연소과정은 다음과 같다.
* 먼저 재료를 가열한 후, 재료의 전체 온도가 200°C 정도까지 올라가면 눈에 띄게 부드러워지고 녹기 시작합니다. 재료 표면의 고분자 분자는 열산화 및 분해를 시작합니다.
* 온도가 계속 상승함에 따라 열산화 및 분해 반응이 더욱 완전해지며 많은 양의 자유라디칼이 생성됩니다. 이러한 자유 라디칼은 PA6 분자 구조의 메틸렌 그룹과 결합하여 분해 과정을 가속화합니다.
* PA6의 수많은 극성 결합은 재료에 강한 흡습성을 부여합니다. 고온에서는 아미드 결합의 가수분해도 일어나며, 최종 가수분해 생성물은 주로 락탐과 시클로펜타논과 같은 작은 탄소 함유 가연성 분자가 됩니다.
* 이러한 작은 가연성 분자는 고온 확산 및 대류의 영향을 받아 산소와 완전히 혼합되어 결국 발화됩니다. 이 과정에서 발생하는 열은 주변으로 방출될 뿐만 아니라 PA6 자체에도 작용하므로 외부 열원이 제거되더라도 연소 과정은 계속됩니다.

이것은 PA6 및 대부분의 고분자 재료의 연소 과정입니다. 이 과정을 이해한 후에 PA6의 난연성을 향상시키기 위한 더 나은 설계 전략을 세울 수 있습니다.

PA6의 난연성 설계

난연성의 본질은 물리적, 화학적 작용을 통해 연소인자의 영향을 방지하거나 늦추는 것이라는 것은 잘 알려져 있다. PA6의 경우 열원, 공기, 가연성 물질, 자유 라디칼 반응이라는 네 가지 핵심 요소가 관련됩니다.

PA6 매트릭스를 변경하지 않고 난연제를 추가하는 것은 PA6의 연소 조건을 제거하는 중요한 방법입니다. 다양한 난연제는 난연 효과를 발휘하기 위해 다양한 방식으로 작용합니다. 난연제의 구체적인 작용 방식에 따라 응축상 난연, 기상 난연, 시너지 난연의 3가지로 분류할 수 있다.

기상 난연성 모드
난연제가 기체상에서 작용하여 가연성 기체 혼합물의 연소 반응을 억제하거나 방해하는 작용을 말합니다.
기상 난연성이 작용하는 구체적인 방식은 두 가지가 있습니다.
1. 난연제는 가열 시 분해되어 자유 라디칼 제거제를 생성하며, 이는 자유 라디칼 반응을 방해하여 연소 과정을 억제합니다.
2. 난연제는 가열 시 분해되어 불활성 가스를 방출하며, 이 가스는 연소 중심 근처 영역을 채우고 연소 영역 근처의 산소 및 가연성 가스 농도를 크게 희석시킵니다. 이는 연소 조건의 형성을 억제하고 난연 역할을 합니다.

축합상 난연성 모드
응축상 난연성이란 주로 응축상에서 난연제가 작용하는 것을 말하며, 폴리머의 열분해를 지연 또는 방지하여 폴리머의 연소를 억제합니다.
축합상 난연성이 작용하는 구체적인 방식은 두 가지가 있습니다.
1. 난연제는 연소 시 가열하면 분해되어 연소 과정에서 발생하는 많은 양의 열을 흡수하여 추가 연소를 방지합니다.
2. 난연제는 고온에서 화학 반응을 거쳐 고체 금속 산화물(예: 산화알루미늄, 산화붕소, 산화마그네슘 등) 또는 고밀도 증기를 생성합니다. 이들 제품은 연소 물질의 표면에 층을 형성하여 폴리머를 외부 물질로부터 격리하고 에너지 교환을 통해 연소 과정을 억제할 수 있습니다.

시너지 난연 모드
또한, 일부 난연제는 기상 및 응축상 난연 메커니즘을 동시에 나타냅니다. 이러한 난연제는 시너지적 난연성 메커니즘 하에서 작동하는 것으로 간주됩니다. 난연제는 기체상과 응축상 모두에서 작용하므로 폴리머의 연소가 더욱 효과적으로 억제됩니다.

따라서 효율성 측면에서 시너지적인 난연성을 나타내는 난연제는 보다 효율적인 난연성을 제공하여 PA6에 필요한 난연제의 양을 줄일 수 있다.

다른 난연제의 응용

PA6 매트릭스에 난연제를 결합하는 방식에 따라 PA6에 사용되는 난연제는 크게 반응성 난연제와 첨가형 난연제 두 가지로 분류할 수 있다.
반응성 난연제
반응성 난연제는 PA6의 중합이나 가공 과정에서 첨가됩니다. 이러한 난연제는 PA6 분자 사슬에 화학적으로 접목되어 난연제 요소 또는 그룹을 PA6에 통합할 수 있습니다.
반응성 난연제는 안정성이 우수하고 PA6의 고유 특성에 미치는 영향이 최소화됩니다. 그러나 반응성 난연제의 사용은 복잡한 가공 조건과 높은 비용과 관련이 있습니다. 따라서 이러한 난연제는 난연성 PA6 복합재의 대규모 산업 생산에 쉽게 적용되지 않습니다.

난연첨가제
이에 비해 첨가제 난연제는 더 경제적이고 사용하기 쉽습니다. 이는 난연성 PA6 복합재의 산업 생산에 사용되는 주요 유형의 난연제입니다. 첨가제 난연제 중에서는 활성 성분의 화학적 구조에 따라 할로겐계, 인계, 질소계, 무기계 난연제 등 여러 범주로 더 분류할 수 있습니다.
난연제의 종류에 따라 난연 효율이 다르며, 난연제의 구조도 PA6의 기본 물리적, 기계적 특성에 일정한 영향을 미칩니다.

따라서 고성능 난연 PA를 생산하기 위해서는 난연성과 기계적 요소를 종합적으로 고려하고 적절한 난연제 종류를 선택하는 것이 핵심이다.
* 할로겐계 난연제
할로겐계 난연제는 PA6와의 상용성이 좋고 난연 효율이 높아 PA6에 널리 사용된다.
또한, 할로겐계 난연제는 금속산화물계 난연제, 인계 난연제, 탄화제 등과 함께 시너지 효과를 발휘하여 난연 효과를 높일 수 있습니다. PA6에 사용되는 일반적인 난연제는 데카브로모디페닐 옥사이드(DBDPO), 1,2-비스(펜타브로모페닐)에탄(BPBPE), 브롬화 폴리스티렌(BPS), 펜타브로모디페닐 에테르(PBDO), 폴리브롬화 폴리스티렌(PDBS), 폴리인산 펜타브로마이드(PPBBA)를 포함합니다. 및 브롬화 에폭시 수지(BER).
국내 일부 연구자들은 난연제로 인한 다이옥신 문제를 해결하기 위해 데카브로모디페닐에테르를 대체하는 데카브로모디페닐에탄을 개발하려는 시도를 해왔다. 또한 PA6의 난연성을 향상시키기 위해 데카브로모디페닐에탄과 삼산화안티몬을 결합했습니다. 이 둘의 비율이 13:5인 경우 변형 PA6의 난연성은 UL94 V-0 등급에 도달할 수 있으며 다른 특성은 순수 PA6과 비슷합니다.

* 인계 난연제
할로겐 기반 난연제는 "2차 위험"과 심각한 환경 오염 문제의 위험을 안고 있습니다. 따라서 할로겐이 없는 난연제 대안이 난연제 개발의 주요 추세가 되고 있습니다.
할로겐프리 난연제 중 인계 난연제는 생산량이 가장 많고 적용 범위도 가장 넓습니다. 난연 메커니즘 측면에서 인계 난연제는 주로 축합상 난연 메커니즘을 통해 기능합니다.

1. 적린
적린은 대표적인 무기계 난연제이다. 인만을 함유하고 있어 PA6의 난연성을 7%만 첨가해도 대폭 향상되어 UL94 V-0 등급을 획득하였습니다.
그러나 적린은 화학적 반응성이 있어 통상적인 보관 중에 산화될 수 있다. 더욱이, 순수 무기 인은 유기 PA 매트릭스와의 상용성이 좋지 않습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 적린은 일반적으로 마이크로캡슐화된 난연제로 제조됩니다.
연구에 따르면 15% 유리 섬유 강화 PA6에 16% 마이크로 캡슐화된 적린을 첨가하면 재료의 산소 지수를 28.5%까지 증가시켜 UL94 V-0 등급 난연성을 달성할 수 있는 것으로 나타났습니다.

2. 폴리인산암모늄
폴리인산암모늄은 PA6 소재에 일반적으로 사용되는 또 다른 중요한 무기인계 난연제이다. 연구에 따르면 폴리인산암모늄을 단독으로 사용할 경우 상당한 난연 효과를 나타내려면 30%를 초과해야 합니다.
폴리인산암모늄은 다른 인계 난연제와 혼합하여 난연효율을 향상시킬 수 있다. 연구에 따르면 폴리인산암모늄 함량이 25%에 도달하면 재료의 최대 열 방출률이 44.3% 감소하고 총 열 방출량이 20.2% 감소하여 PA6의 난연성이 크게 향상되는 것으로 나타났습니다.
그러나 연구에서는 단순히 폴리인산암모늄의 양을 늘리는 것만으로는 PA6 연소 시 화염 방울 문제를 해결할 수 없다는 사실도 발견했습니다. 따라서 폴리인산암모늄을 난연제로 사용하는 경우에는 PA6에 일정한 적하방지제를 첨가할 필요가 있다.

* 질소계 난연제
질소계 난연제는 친환경 할로겐프리 난연제로도 널리 사용되고 있다. 이는 낮은 독성, 우수한 열 안정성, 저렴한 비용 및 비부식성과 같은 장점을 제공합니다.
분자 구조에 트리아진을 포함하는 질소 기반 난연제는 PA6 난연제 변형에 일반적으로 사용됩니다. 멜라민(MA)과 그 무기 및 유기 염이 이러한 화합물의 전형적인 예입니다.

1. 멜라민(MA)
MA는 PA6의 난연성을 크게 향상시킵니다. PA6 매트릭스에서 MA의 분산 불량을 극복하기 위해 일반적으로 다른 구성 요소와 혼합됩니다. BASF는 MA와 불화물을 결합하여 PA6에 사용 시 재료에 높은 인성과 우수한 난연성을 부여하는 KR4025 시리즈 난연제를 개발했습니다.

2. 멜라민 시아누레이트(MCA)
MCA는 본질적으로 MA와 시안산이 수소 결합하여 형성된 큰 평면형 복합체이다. 최근 몇 년 동안 MCA는 PA6 난연제 변형에 대한 뜨거운 주제가 되었습니다.
멜라민폴리인산염은 난연제로서 단독으로 사용하거나 무기산화물과 혼합하여 사용할 수 있다. 연구에 따르면 멜라민과 폴리인산염으로 만든 질소-인 시너지 난연제를 유리 섬유 강화 PA6에 25% 함량으로 사용하면 UL94 V-0 난연성 등급을 달성할 수 있는 것으로 나타났습니다. 또한 재료의 인장 강도, 인장 계수, 노치 충격 강도, 굴곡 강도 및 굴곡 계수는 각각 76.8 MPa, 11.7 GPa, 4.5 kJ/ã, 98 MPa 및 7.2 GPa에 도달할 수 있습니다.

* 무기계 난연제
무기계 난연제는 무기물의 불연성 특성을 이용하여 유해한 연기 발생이 적고 열 안정성이 우수하며 열화에 대한 저항성이 뛰어난 장점을 가지고 있습니다.
현재 PA6에 사용되는 무기계 난연제의 주요 종류는 금속수산화물과 무기나노필러이다.
수산화마그네슘은 다른 난연제와 함께 사용하면 좋은 시너지 효과를 발휘하는 난연제 역할을 합니다. 국내 연구진이 수산화마그네슘과 수산화알루미늄을 3:1 비율로 혼합한 결과, 유리섬유 강화 PA6에 적용 시 인장강도 100MPa 이상, 굴곡강도 150MPa 이상, 산소지수 31.7%를 유지하는 소재이다.
무기 나노필러는 PA6의 난연성을 향상시킬 뿐만 아니라 소재의 내마모성, 전기 및 열 전도성, 착색성을 향상시킵니다. 더욱이, 무기 나노필러는 가격이 저렴하고, PA6을 이를 채우면 재료의 전체 비용이 크게 절감됩니다.
일반적으로 사용되는 무기 나노충진재로는 석회석, 몬모릴로나이트, 활석분말, 실리카, 실리콘 수지, 규회석, 황산칼슘 등이 있습니다. 이러한 무기질 충진재는 불연성이며 PA6의 탄화 촉진, 용융 드립 감소, PA6의 이동 차단에 기여합니다. 열과 작은 분자. 난연제 PA6에 무기나노필러와 다른 유형의 난연제를 결합하면 많은 연구 대상이었던 이상적인 난연 효과를 얻을 수 있습니다.

LFT-G의 PA6 복합재료는 UL94 V-0 난연성 등급을 달성할 수 있습니다.

추가 데이터 및 정보는 언제든지 당사에 문의하실 수 있습니다.