尼龍基高分子材料作為一種功能性復(fù)合材料，因其具有較好加工性能、密度低、耐腐蝕性、耐候性、機(jī)械性能良好、尤其是電氣性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)芯片封裝、微電子、航空航天以及電氣設(shè)備的熱管理領(lǐng)域。其中，尼龍6（PA），因其在加工可塑性、導(dǎo)熱性以及絕緣性方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，目前，針對(duì)PA6抑煙阻燃的研究已然成為研究熱點(diǎn)。

水鎂石法氫氧化鎂作為綠色環(huán)保阻燃劑，具有吸熱、稀釋、隔熱、中和效益，其受熱分解時(shí)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?chē)难鯕鉂舛龋瑹峤猱a(chǎn)物（MgO）是一種耐熱陶瓷前驅(qū)體，可覆蓋在聚合物表面，起到物理阻隔的效應(yīng)，還能有效吸附并中和燃燒產(chǎn)生的酸性及部分腐蝕性氣體，起到進(jìn)一步降低煙氣釋放量的效果。

為研究氫氧化鎂顆粒細(xì)度對(duì)PA6阻燃效果的影響，筆者選用了廣源集團(tuán)生產(chǎn)的不同細(xì)度的氫氧化鎂產(chǎn)品應(yīng)用于PA6中，研究了粒徑對(duì)阻燃性能和力學(xué)性能的影響。

將尼龍6在鼓風(fēng)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(chēng)取原料進(jìn)行預(yù)分散，充分?jǐn)嚢韬罄秒p螺桿擠出機(jī)造粒（加工溫度225-245℃），所得粒料在110 °C下烘干，之后通過(guò)注塑機(jī)制備成各類(lèi)性能測(cè)試樣條備用。

表1阻燃PA6復(fù)合基材實(shí)驗(yàn)配方

采用MS-3000E激光粒度儀測(cè)量粉體的粒徑及其分布；比表面積儀測(cè)試比表面積；采用熔體流動(dòng)儀MFI-1211對(duì)PA6基材的熔融指數(shù)按照GB/T 3682.1-2018測(cè)試；采用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)PA6基材的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率按照GB/T 1040.1-2018進(jìn)行了測(cè)試；采用電懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)按照GB/T 1843-2008對(duì)PA6基材的沖擊強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試；利用JF-5氧指數(shù)測(cè)試儀按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T2406.2-2009對(duì)PA6基材的氧指數(shù)進(jìn)行了測(cè)試；并通過(guò)水平垂直燃燒儀按照GB/T 8333-202對(duì)PA6基材進(jìn)行了測(cè)試；采用維卡熱變形溫度測(cè)定儀按照GB/T 1633-2000對(duì)PA6基材的熱變形溫度進(jìn)行了測(cè)試。

表2為不同細(xì)度氫氧化鎂的細(xì)度指標(biāo)，隨著超細(xì)研磨，粉體的目數(shù)逐漸上升，體現(xiàn)在中位粒徑（D50）和累積分布達(dá)到97%所對(duì)應(yīng)的粒徑（D97）均呈現(xiàn)出顯著的下降規(guī)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(xì)度氫氧化鎂的性能指標(biāo)

通過(guò)極限氧指數(shù)儀和水平垂直燃燒試驗(yàn)儀對(duì)各PA6試樣進(jìn)行了燃燒性能的測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果如表3所示。對(duì)比1#~5#，隨著氫氧化鎂目數(shù)的增加，PA6復(fù)合基材在氧指數(shù)值和垂直燃燒方面呈現(xiàn)出較好的增強(qiáng)效果，LOI從31.4%上升至34.8%，UL-94的等級(jí)從V-1變成V-0，且從添加GY-800后PA6的滴落現(xiàn)象逐漸變成添加GY-6000后的無(wú)滴落現(xiàn)象，表明氫氧化鎂粉體的粒徑尺寸和比表面積對(duì)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(fù)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(fù)合基體中，在PA6復(fù)合基材燃燒時(shí)，能夠更好的發(fā)揮阻燃效能。此外，粒徑的改變對(duì)于PA6復(fù)合基材的比重?zé)o顯著影響。

表3  PA6復(fù)合基材的燃燒性能

熔融指數(shù)是一種可以反映加工流動(dòng)性能的參數(shù)，通過(guò)熔融指數(shù)儀對(duì)試樣1#-5#的熔指進(jìn)行了測(cè)試，具體的測(cè)試結(jié)果表4所示。在熔融指數(shù)方面，隨著氫氧化鎂目數(shù)的增加，PA6復(fù)合基材的熔融指數(shù)呈現(xiàn)出一定的上升趨勢(shì)，可見(jiàn)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(shí)，能夠促進(jìn)分子鏈的有效運(yùn)動(dòng)，改善PA6復(fù)合基材的加工流動(dòng)性。

對(duì)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(fù)合基材的拉伸強(qiáng)度存在較為顯著的提升趨勢(shì)，表明細(xì)度細(xì)的氫氧化鎂能夠更好的分散在PA6復(fù)合基材中，能夠有效抑制分子鏈在受到外部拉伸時(shí)的滑移和斷裂，使得其補(bǔ)強(qiáng)效果更佳；在斷裂伸長(zhǎng)率方面，PA6復(fù)合基材的斷裂伸長(zhǎng)率從1.96%提升至2.68%，提升了36.7%，在PA6復(fù)合基材受到外部拉伸時(shí)，良好的分散性可以有效抑制分子鏈的過(guò)度拉伸，進(jìn)而有效改善其斷裂伸長(zhǎng)率；在沖擊強(qiáng)度方面，隨著粉體粒度的下降，其沖擊強(qiáng)度從3.41kJ/m2提升至3.87 kJ/m2，提升了13.4%，可見(jiàn)粒徑細(xì)可以有效抑制PA6復(fù)合基材在受到外部沖擊時(shí)的分子鏈斷裂，有效提升其整體的沖擊強(qiáng)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(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)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?yàn)椴捎昧肆郊?xì)的氫氧化鎂粉體后，其能夠更好的提升分子鏈的耐熱穩(wěn)定性，使得其受到外力時(shí)需要在更高的溫度下才能發(fā)生分子鏈節(jié)的旋轉(zhuǎn)甚至分子鏈的變形，在宏觀上即體現(xiàn)在熱變形所需溫度的增加，這對(duì)于PA6復(fù)合基材在高溫下的力學(xué)性能保持有較好的促進(jìn)作用。

表4  PA6復(fù)合基材的力學(xué)和加工性能測(cè)試結(jié)果

（1）隨著氫氧化鎂粒度的下降，其在PA6復(fù)合基材的分散性更佳，對(duì)于復(fù)合基材的阻燃性能有較好的提升效果，對(duì)于其抗滴落性能也有較好的抑制效果。

（2）氫氧化鎂細(xì)度越細(xì)對(duì)PA6復(fù)合基材的熔融指數(shù)以及拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、沖擊強(qiáng)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(fù)合基材的綜合力學(xué)性能。

（3）氫氧化鎂細(xì)度越細(xì)對(duì)PA6分子鏈的耐熱性提升效果越好，需要更高的溫度才能導(dǎo)致分子鏈節(jié)的內(nèi)旋轉(zhuǎn)甚至滑移，即熱變形穩(wěn)定性得到一定程度的提升。