PA6は難燃性がありますか?ポリアミド 6 の耐火特性の説明

直接の答え: PA6 は難燃性ですか?

標準 ポリアミド 6 (PA6)は 本質的に難燃性ではない 。 PA6 は未加工の可燃性熱可塑性プラスチックであり、直火にさらされると発火し、発火源が取り除かれた後も燃え続けます。通常、達成できるのは UL94 HB (水平燃焼) これは、UL94 可燃性スケールで最も低い評価であり、自己消火ではなくゆっくりと燃焼することを意味します。

ただし、これがすべてではありません。難燃剤 (FR) 添加剤と強化剤の添加により、PA6 は最も厳しい垂直燃焼分類である UL94 V-0 を含む、非常に高い防火性能基準を満たすように設計できます。安全性が重要な用途向けの材料を指定する場合、標準 PA6 グレードと難燃 PA6 グレードの違いを理解することが不可欠です。

PA6 は火災の中でどのように挙動するか: 基本的な化学

ポリアミド 6 は、カプロラクタムの開環重合によって生成される半結晶性熱可塑性ポリマーです。その骨格は繰り返されるアミド結合 (-CO-NH-) で構成されており、これにより強力な機械的特性が得られるだけでなく、燃焼挙動も決まります。

PA6 は熱や炎にさらされると 2 段階の熱劣化プロセスを経ます。まず、300 °C ～ 400 °C の温度でポリマー鎖が解重合し始め、カプロラクタム モノマーやその他の揮発性有機化合物が放出されます。これらの揮発性物質は周囲の酸素と混合して燃焼し、炎を維持します。の 標準 PA6 の限界酸素指数 (LOI) は約 24 ～ 26% つまり、燃焼を維持するには、通常の空気に存在する酸素 (20.9%) よりもわずかに多くの酸素が必要です。これにより、純粋な酸素が枯渇した環境では技術的には自己消火性になりますが、実際の状況では容易に可燃性になります。

PA6 の燃焼により、一酸化炭素、シアン化水素 (微量)、窒素含有化合物などの有毒な副生成物も生成されます。この煙とガスの毒性は、鉄道車両、航空機の客室、建物の内部など、消防規制が特に厳しい密閉環境では重要な考慮事項です。

未修飾 PA6 の主な火災特性

PA6 の燃焼に関するもう 1 つの懸念事項は、溶融液の滴下です。ポリカーボネートなどの炭化形成ポリマーとは異なり、PA6 は点火すると溶けて滴下する傾向があります。これらの炎の液滴は隣接する材料に火を広げる可能性があり、実際の火災の危険性はポリマー自体の燃焼速度が示唆するよりも大きくなります。

UL94 定格の説明: PA6 はどこに適合しますか?

Underwriters Laboratories によって発行された UL94 規格は、電気および電子用途におけるプラスチック材料の可燃性分類システムとして最も広く参照されています。各評価の意味を理解すると、PA6 のパフォーマンスが状況に応じてわかります。

• HB (水平燃焼): 試験片は、厚さが 3 mm 未満の場合は 76 mm/min 未満の速度で燃焼するか、100 mm のマークの前で燃焼を停止します。これは最低限の分類であり、材料が火災の伝播から安全であることを意味するものではありません。
• V-2: 試験片は 10 秒間の火炎を 2 回当てた後、30 秒以内に燃焼を停止します。サンプルの下にある綿パッドに引火しない限り、炎の滴下は許可されます。
• V-1: 試験片は 30 秒以内に自然消火します。炎の滴下は許可されていますが、綿インジケーターに点火してはなりません。
• V-0: 試験片は 10 秒以内に自然消火します。燃えるような滴りはありません。これは最高標準の垂直燃焼分類であり、最も要求の厳しい電気エンクロージャ、コネクタ、および回路ブレーカーのハウジングに必要です。
• 5VA/5VB: これらは、特定のハウジングや構造コンポーネントに使用される、より大型のバーナーと長時間の火炎適用によって評価された火炎伝播評価です。

標準 PA6 grades achieve only HB. 難燃性 PA6 グレードは、0.4 mm という薄い厚さで V-0 を達成できます。 、配合によって異なります。一部のハロゲンフリー FR PA6 グレードは 0.8 mm で V-0 と評価されています。これは、ポリマーの自然な可燃性を考慮すると、驚くべき成果です。これらの FR グレードは主要サプライヤーから市販されており、年間数億個の電気部品に使用されています。

PA6 に使用される難燃性添加剤: メーカーが FR グレードを達成する方法

ポリアミド 6 の耐火性は、溶融加工段階で難燃剤系と配合することで大幅に改善できます。さまざまな添加剤の化学反応はさまざまなメカニズムで機能し、それぞれに性能、環境プロファイル、加工の難易度、コストの点でトレードオフがあります。

ハロゲン系難燃剤

臭素化難燃剤 (BFR)、特に臭素化ポリスチレンおよびデカブロモジフェニル エタンと三酸化アンチモン (Sb2O3) の組み合わせは、歴史的に PA6 に対して最も効率的な FR 添加剤です。これらは、燃焼のラジカル連鎖反応を中断することにより、気相で機能します。 15 ～ 20% の臭素含有化合物と 4 ～ 6% の Sb₂O₃ の添加レベル 通常、PA6 で UL94 V-0 を達成するには十分です。マイナス面については十分に文書化されており、特定の用途については RoHS で制限されている、残留性の有機汚染物質、燃焼中に発生する腐食性ガスについての懸念があります。

ハロゲンフリー難燃剤 (HFFR)

規制と顧客からの圧力の増大により、PA6 におけるハロゲンフリー FR システムの採用が加速しています。支配的なテクノロジーは以下に基づいています ジエチルホスフィン酸アルミニウム (AlPi) 、クラリアント社の Exolit OP などの商品名で販売されることがよくあります。 AlPi はハロゲンと同様に主に気相で機能しますが、凝縮相でのチャーの形成も促進します。 PA6 GF30 (30% ガラス繊維強化 PA6) に 15 ～ 25% AlPi を添加すると、0.8 mm で V-0 評価が得られ、LOI 値は 32～38% — 空気中での自己消火に必要な量をはるかに上回ります。

赤リンもハロゲンフリーのオプションであり、特にガラス繊維強化 PA6 グレードに効果的です。 6 ～ 10% という低い負荷でも、V-0 定格を達成できます。ただし、部品に赤い色を与え、湿気に敏感で、処理中にホスフィンガスが発生する可能性があるため、慎重な取り扱いが必要です。

膨張システム

膨張性難燃剤は、加熱されると膨張してポリマー表面に焦げた泡状の保護層を形成し、熱と酸素が下にある材料に到達するのを物理的に遮断します。これらのシステムはポリオレフィンやコーティングでより一般的ですが、特に大量輸送機関や建築用途など、低煙毒性が優先される場合には、PA6 にも適用できます。

鉱物系難燃剤

水酸化アルミニウム (ATH) と水酸化マグネシウム (MDH) は、加熱されると水蒸気を放出し、燃焼ゾーンを冷却し、可燃性ガスを希釈します。環境に優しく、煙も少ない一方で、PA6 で有意義な難燃性を実現するには非常に高い配合量 (通常 50 ～ 65 重量%) が必要であり、機械的特性が著しく損なわれます。その結果、PA6 構造コンポーネントの主要な FR システムとして使用されることはほとんどありません。

PA6 対 PA66 対 その他のポリアミド: 防火性能の比較

PA6 は、他のエンジニアリング熱可塑性樹脂だけでなく、その近縁種の PA66 (ポリアミド 66) ともよく比較されます。固有の可燃性の点では、PA6 と PA66 は非常に似ています。どちらも未修飾の形式で HB 定格であり、LOI 値は 24 ～ 28% の範囲です。ただし、いくつかの違いは注目に値します。

PA6 は、PA66 よりも FR 添加剤との配合が著しく容易で、安価です。その理由の 1 つは、加工温度が低いため (PA66 の 270 ～ 290 ℃に対して約 230 ～ 260 ℃)、難燃性添加剤を劣化させることなく配合者に柔軟性が与えられるためです。このため、FR PA6 はコスト重視の大量生産電気部品において商業的に有力な選択肢となっています。

固有の難燃性が最優先でコストが二の次の場合、ポリフェニレンサルファイド (PPS)、ポリエーテルイミド (PEI)、特定の液晶ポリマー (LCP) などの材料は FR 添加剤なしで V-0 評価を提供し、LOI 値は 40% を超えることがよくあります。これらは、航空宇宙コネクタや医療機器の筐体など、火災にさらされた場合の信頼性が交渉の余地のない場所で使用されます。

難燃性 PA6 が一般的に指定される用途

ポリアミド 6 の難燃グレードは、機械的性能と火災安全性の両方が重要な要件である幅広い業界で使用されています。 PA6 の優れた強度重量比、耐薬品性、加工性と V-0 耐火等級の組み合わせにより、他の FR ポリマーでは構造上の要求を満たせない場合やコストが高すぎる場合に実用的な選択肢となります。

電気・電子部品

これは、FR PA6 にとって断然最大の市場セグメントです。サーキット ブレーカー ハウジング、端子台、コネクタ本体、リレー ベース、およびケーブル管理システムはすべて、頻繁に UL94 V-0 PA6 グレードを指定します。 IEC 60695 および UL 508 (電気機器のエンクロージャを管理する規格) では、多くの場合、V-0 分類が義務付けられています。 FR PA6 GF30 (ガラス含有量 30% のガラス繊維強化) は特に一般的です。これは、ガラス繊維が剛性と寸法安定性を向上させるだけでなく、燃焼中のメルトフローと滴下傾向を低減することで FR 性能を向上させるためです。

自動車電気システム

電気自動車 (EV) やハイブリッド自動車の普及に伴い、ボンネット内やバッテリーに隣接した用途における難燃性エンジニアリング プラスチックの需要が急速に増加しています。 PA6 FR グレードは、高電圧コネクタ ハウジング、バッテリー モジュール エンド プレート、バス バー カバー、充電ポート コンポーネントに使用されます。 世界のEV市場の成長により、FRポリアミド消費量は2030年までに6%を超える年間平均成長率（CAGR）が見込まれる 、Grand View ResearchやMarketsandMarketsなどのアナリストによる市場調査レポートによると。これらのコンポーネントは、FMVSS および OEM 固有の防火基準を満たしながら、振動による機械的ストレスと高エネルギー システムへの近接による熱ストレスの両方に耐える必要があります。

鉄道と公共交通機関

EN 45545 規格は、ヨーロッパの鉄道車両の火災安全性を管理しており、その要件は UL94 を超えており、低煙密度、低熱放出、燃焼ガスの低毒性が求められています。 UL94 V-0 のみを満たす標準 FR PA6 グレードは、EN 45545 HL2 または HL3 要件を満たさない場合があります。特殊な低煙低毒性 (LSLT) PA6 コンパウンドは、電車や地下鉄システムの座席コンポーネント、ケーブル ダクト、内装トリム向けに開発されています。これらの配合物は多くの場合、リンベースの FR と炭化促進共添加剤を組み合わせており、UL94 と並行して NF P 92-501、ISO 5659-2、および NF X 70-100 に準拠してテストされています。

家庭用電化製品および電化製品

ラップトップシャーシ、電源ハウジング、電動工具本体、およびキッチン家電コンポーネントでは、UL 94 V-0 と主要 OEM のハロゲンフリー要件 (特に IEC 61249-2-21 ガイダンスに従う要件) の両方を満たすために、ハロゲンフリー FR PA6 の使用が増えています。 PA6 は、微細な表面テクスチャーを表現でき、幅広い色範囲で利用できるという美的利点により、加工性の低い FR ポリマーに比べてその魅力がさらに高まります。

PA6 の機械的特性に対する難燃性添加剤の影響

FR PA6 を指定する際によく懸念されるのは、V-0 定格を達成するには、そもそも PA6 を魅力的なものにする機械的性能が犠牲になるかどうかです。答えは、使用される FR システムとコンパウンドが強化されているかどうかに大きく依存します。

強化されていない PA6 では、20 ～ 25% のハロゲンフリー FR 添加剤を添加すると、通常、引張強度 (約 80 MPa から 55 ～ 65 MPa)、破断点伸び (約 30% から 5 ～ 15%)、および衝撃強度が顕著に低下します。これは、FR 添加剤が本質的に不活性な充填剤であり、耐荷重性能に寄与せずにポリマー マトリックスを破壊するためです。材料はより脆くなり、ノッチが発生しやすくなります。

しかし、FR PA6 がガラス繊維強化されると、状況は大きく変わります。 FR PA6 GF30 は 140 MPa 以上の引張強度と 8,000 MPa 以上の曲げ弾性率を維持できます。 UL94 V-0を満たしながら。ガラス繊維は、ポリマーマトリックスに対する FR 添加剤の希釈効果を補い、多くの場合、FR システムとガラス繊維は相乗的に作用します。ガラスは滴下を軽減し、FR は発火を抑制します。

吸湿性も考慮すべき点です。 PA6 は PA66 よりも多くの水分を吸収し (飽和時約 9 ～ 10% 対 7 ～ 8%)、吸収された水分は可塑剤として作用し、剛性を低下させ、寸法公差を変化させます。屋外開閉装置や海洋用途などの湿気の多い環境にある FR PA6 コンポーネントの場合、材料の選択では、成形時の乾燥データではなく、調整された (水分平衡化された) 特性値を考慮する必要があります。

FR PA6 を指定する際に知っておくべき規制基準と認証

ポリアミド 6 の防火基準を考慮するには、特定の用途と市場にどのテストが適用されるかを理解する必要があります。業界や地域が異なれば使用する規格も異なるため、あるテストに合格した材料が別のテストに準拠しない場合もあります。

• UL 94 (米国 / グローバル E&E): 機器や電化製品に使用されるプラスチック材料の可燃性の規格。 V-0 は、最も要求の厳しい電気ハウジングに必要です。 UL リストに登録された FR PA6 グレードには、テストされた厚さと色が記載された特定の UL イエロー カードが付いています。
• IEC 60695-11-10: EU、中国、日本、韓国を含む IEC 準拠市場で使用されている、垂直および水平燃焼試験用の UL94 と国際的に同等の試験です。
• GWFI / GWIT (IEC 60695-2-12 / -2-13): グロー ワイヤー燃焼性指数およびグロー ワイヤー点火温度テストは、電気機器内の過負荷抵抗器またはグロー ワイヤーによる発火リスクをシミュレートします。 V-0 定格はグロー ワイヤーの性能を自動的に保証しないため、FR PA6 グレードは GWFI (通常 960°C 要件) と GWIT について個別にテストする必要があります。
• EN 45545 (鉄道): 鉄道車両の防火に関する欧州規格。これは、さまざまな車両タイプおよび運用シナリオに応じて危険レベル (HL1、HL2、HL3) にわたって材料を分類しており、HL3 が最も厳格です (たとえば、非常に長いトンネルの場合)。テストには、コーン熱量計 (ISO 5660-1)、煙濃度 (ISO 5659-2)、ガス毒性 (NF X 70-100) が含まれます。
• RoHS 指令 (EU 2011/65/EU、修正 2015/863/EU): 電気および電子機器における一部の臭素系難燃剤 (PBB および PBDE) を含む特定の有害物質の使用を制限します。現在、多くの顧客は完全な RoHS 準拠に加え、IEC 61249-2-21 に基づくハロゲンフリーステータスを求めています。
• リーチ (EC 1907/2006): 物質の登録が必要であり、高懸念物質 (SVHC) として特定された特定の FR 添加剤が制限される場合があります。 FR PA6 コンパウンドのサプライヤーは、使用される特定の添加剤をカバーする最新の REACH 宣言を提供する必要があります。

実際的な考慮事項の 1 つは次のとおりです。 V-0 評価は、UL イエロー カードでテストされた色と厚さに固有のものです。 。黒の 0.8 mm で V-0 としてリストされている PA6 FR グレードは、顔料が燃焼挙動に影響を与える可能性があるため、赤または黄色ではその評価を保持しない可能性があります。設計を最終決定する前に、部品の特定の色と肉厚がサプライヤーの UL リストに記載されていることを必ず確認してください。

実践的な選択ガイド: 標準 PA6 と FR PA6 をいつ使用するか

ポリアミド 6 の標準グレードと難燃グレードのどちらを選択するかには、防火要件とコスト、機械的性能、加工特性、および規制上の義務を比較検討する必要があります。次のガイダンスでは、最も一般的な決定ポイントについて説明します。

次の場合に標準 PA6 を使用します。

• このアプリケーションには特定の火災安全基準要件はなく、潜在的な発火源から離れた場所で動作します。
• 最大の機械的性能 (特に衝撃強度と伸び) は、火災挙動よりも重要です。
• この部品は、ギア、ベアリング、ポンプ ハウジング、電気以外のケーブル タイなどの構造、摩耗、流体処理用途に使用されます。
• コストが主な制約であり、最終使用環境には緩和が必要な火災のリスクはありません。

次の場合には難燃性 PA6 を使用してください。

• このアプリケーションは、UL94 V-0 または V-2 を必要とする規格 (IEC 60669 スイッチ ハウジング、IEC 60317 コネクタ、IEC 60947 コントロール ギアなど) に該当します。
• コンポーネントは、発火の可能性がある通電中の電気回路または発熱要素のすぐ近くにあります。
• OEM には、顧客の仕様または地域の法律に基づくハロゲンフリー材料要件があります。
• この部品は、EN 45545 または同等の規格に準拠する鉄道、航空宇宙、または大量輸送用途向けに設計されています。
• 火災時の製造物責任リスクが懸念されており、保険や認証の目的で火災基準への準拠を文書化する必要があります。

FR PA6 の価格プレミアムはおよそ 標準 PA6 より 15 ～ 40% FRシステムとガラス補強も含まれるかどうかによって異なります。消防法適合が義務付けられている大量生産の場合、この割増額は、非適合材料を使用して現場での故障や製品リコールに直面するコストとリスクと比較すると、通常は十分に正当化されます。

注目すべき商用 FR PA6 グレードとサプライヤー

いくつかの世界的なポリマー配合業者は、文書化された UL リストと広範な規制遵守データを備えた、確立された FR PA6 製品ラインを生産しています。以下は、工学設計で最も広く指定されているものの 1 つです。

• BASF ウルトラミッド B3ZG6: ガラス繊維強化 PA6 FR グレード、GF 含有量 30%、V-0 認証。電気コネクタや小型回路ブレーカーに広く使用されています。ハロゲンフリーバージョンは Ultramid B3ZG6 HR として入手可能です。
• DSM / エンヴァリア アクロン K224-HG6 FR: 0.75 mm で V-0 を満たすハロゲンフリー PA6 GF30 グレードで、自動車の電気システムや家庭用電化製品で一般的に使用されています。優れた耐トラッキング性（CTI≧600V）を実現します。
• ランクセス デュレタン BKV 30 FN04: 30% ガラス強化されたハロゲンフリー FR PA6。このグレードは、0.8 mm で UL94 V-0 に準拠し、GWFI 960°C / GWIT 775°C に適合し、要求の厳しい IEC 60335 家電アプリケーションに適しています。
• ソルベイ テクニール A 218 V30 ブラック: V-0 と評価された黒色の PA6 GF30 グレードで、高温にさらされるボンネット下の自動車電気ハウジングでの使用に適した長期的な熱安定性を備えています。
• ラディシ ラディロン A RV300 NHF: V-0 分類のハロゲンフリー FR PA6 GF30 は、ヨーロッパの電気開閉装置およびレール コンポーネントの用途で広く使用されています。

市販の FR PA6 グレードを評価する場合は、常に完全な UL イエロー カード、安全データシート (SDS)、そして理想的にはグロー ワイヤー抵抗と CTI (比較トラッキング指数) に関するサードパーティのテスト データを要求してください。これらの特性は UL94 だけでは把握されておらず、電気機器の IEC 規格で頻繁に指定されているためです。

要約: PA6 と難燃性について知っておくべきこと

すべての重要なポイントをまとめるには: 標準ポリアミド 6 は難燃性ではありません また、火災安全コンプライアンスが要求される用途には使用しないでください。 UL94 HB 定格と約 24 ～ 26% の LOI により、可燃性エンジニアリング熱可塑性プラスチックのカテゴリーにしっかりと位置づけられています。通常の大気条件下では燃焼し、滴下し、自己消火しません。

とはいえ、PA6 は非常に多用途なベースポリマーです。適切な難燃性添加剤、特にガラス繊維強化配合物中のハロゲンフリーホスフィネート系と配合すると、電気、自動車、鉄道産業の最も厳しい要件を満たす高性能の V-0 定格エンジニアリング材料になります。 FR PA6 GF30 グレードは、140 MPa 以上の引張強度を維持しながら、0.8 mm で UL94 V-0 を日常的に達成しています。 、防火安全性と構造性能が相互に排他的である必要はないことを示しています。

標準または FR PA6 を使用する決定は、適用される防火基準、使用環境の特定の火災リスク プロファイル、設計の機械的および加工上の制約を明確に理解した上で行う必要があります。疑わしい場合は、FR グレード、特に文書化された UL リストを備えたハロゲンフリーグレードを指定することが、火災にさらされる可能性がわずかでもあるアプリケーションにおいてリスクを下げる方法です。