应用故事 | 使用锥形量热仪研究PA6的燃烧行为和烟气特性

PA6即聚酰胺6，由于其力学性能优异，耐摩擦性、耐热性、电绝缘性、耐候性良好，是一种广泛应用于电子电器市场以及运输和家电等行业的高分子材料。然而，PA6材料的阻燃性能不足，可能会导致安全隐患，因此需要开发出更具阻燃性的PA6材料，以满足各个行业的安全需求，从而为我们安全、舒适的居住环境和出行保驾护航！

提高PA6阻燃性能的常用措施之一就是添加阻燃剂。一般来说，阻燃剂的用量越少越好，以便对阻燃PA6的性能和加工行为产生最小的影响。其中对阻燃PA6材料加工性能的研究可以使用耐驰的毛细管流变仪进行测试与评估。本文主要通过采用耐驰Taurus的锥形量热仪TCC 918对某客户的不同PA6材料的燃烧行为和烟气特性进行测试和分析。

仪器：NETZSCH Taurus TCC 918

样品加工：注塑成型

样品尺寸：100 x 100 x 4 mm³

热辐射通量：50 kW/m²

测试方法：测试前将分析仪进行全自动校准测试，使初始氧浓度值保持在20.950%±0.01%。随后将样品的侧面和底面用铝箔纸包覆后放入样品盒，待辐射锥加热的工作温度后，将样品盒放入辐射锥下方（样品上表面与锥下表面间距25mm）开始测试，使用火花点火器点燃样品并记录样品点燃时间，熄灭时间。

图1  TCC 918测试设备

（点击图片可查看仪器详情）

图2为纯PA6材料和含不同阻燃剂的PA6材料的质量损失曲线，可以看出，含石墨基阻燃剂的PA6样品的质量损失最小。而添加有无卤阻燃剂的PA6样品的质量损失和纯PA6样品表现出相似的趋势，说明该无卤阻燃剂对PA6在燃烧阶段的质量损失没有明显的抑制作用。

图3为纯PA6材料和含不同阻燃剂的PA6材料的热释放速率曲线，也被称为HRR曲线。可以看出，所有样品的热释放速率整体上均随着时间的增加而呈现先增大后减小的趋势。添加阻燃剂后，PA6样品的热释放速率得到明显降低，而添加石墨基阻燃剂的PA6样品的峰值热释放速率约为200 kW/m²，表现出最小的热释放速率，说明石墨基阻燃剂对PA6的阻燃效果最好。

图2 不同PA6材料的质量损失曲线

图3 不同PA6材料的热释放速率（HRR）曲线

图4为纯PA6材料和含不同阻燃剂的PA6材料的透光度曲线。当材料未发生燃烧时，透光度为100%，随着燃烧反应的进行，材料产生烟雾量增加，透光度会下降，因此，可以通过透光度的变化来反应材料燃烧时烟雾释放的特性。从图中可以看出，添加石墨基阻燃剂的PA6材料的透光度下降最小，说明该阻燃剂对PA6材料具有非常明显的抑烟作用；而添加有无卤阻燃剂的PA6材料的透光度下降最多，说明该阻燃剂对PA6材料燃烧产烟性能不仅无抑制作用，反而还有促进作用，因此该阻燃剂不适合制备阻燃低烟型PA6材料。

图4  不同PA6材料的透光度曲线

本文通过使用锥形量热仪TCC 918测试了添加有不同阻燃剂的PA6材料在燃烧过程中的质量损失，热释放和产烟特性，对结果的综合分析可以有效指导我们选择合适的阻燃配方，研发出低成本、高效阻燃且低烟的阻燃材料。就本研究而言，添加有石墨基阻燃剂的PA6材料的阻燃性能最佳。

作者

曾凡鑫

耐驰仪器公司应用实验室