CN105176077B - 一种阻燃高模量尼龙材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃高模量尼龙材料及其制备方法和应用，材料由如下重量百分比的原料组成：聚酰胺61‑20.0％；聚酰胺6615‑30.0％；长碳链聚酰胺1‑30.0％；耐高温聚酰胺0‑30.0％；增强组份50.0‑70.0％；相容剂0‑5.0％；阻燃剂1.0‑4.0％；抗氧剂0.2‑2.0％；润滑剂0.5‑2.0％。本发明的制备方法，操作简单，可控性好，采用现有设备即可，适于工业化生产。本发明阻燃高模量尼龙材料具有优异的刚性、尺寸稳定性、低翘曲性和阻燃等特性，非常适合用于制备墙壁开关面板中框，替代PC+金属嵌件和纯金属材料制备墙壁开关面板中框。

Description

一种阻燃高模量尼龙材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及尼龙复合材料领域，具体涉及一种阻燃高模量尼龙材料及其制备方法和应用。
背景技术
墙壁开关是我们日常生活中不可或缺的电器，其用量大，使用范围广，外观和设计多样，需求的多样性和高要求，对结构设计和材料性能提出了更多的要求。
墙壁开关外壳材料一般采用阻燃、高光泽的聚碳酸酯(PC)塑料外壳+钢架结构(面板中框)，这样即具有光亮绚丽的外观，又具有高强度和尺寸稳定性的特征。但是钢架结构具有重量大，加工复杂，特别是需要喷漆处理，对环境的影响大，制造成本也有很大程度的提升。
目前，国内外个别厂家有采用其它材料制备面板中框，如采用PC或PC+GF(玻璃纤维)材料，但是由于面板中框涉及到螺丝或卡口固定等，制件会有较大的应力存在，而PC材料耐应力效果较差，制件长期使用具有变形开裂的风险。
芳香族聚酰胺材料是一类半结晶性耐高温高聚物，具有质轻、力学强度高、低吸水性、尺寸稳定和电绝缘性能佳的特点，同时还具有良好的耐磨、耐油、耐应力开裂、自润滑和耐腐蚀等性能。
申请公布号为CN 1031102676A(申请号为201110358046.7)的中国发明专利申请公开了一种空气开关用阻燃尼龙合金材料，包括：PA6树脂45～65份、PA66树脂35～55份、主阻燃剂7～20份、辅助阻燃剂1～2份、填充物5～30份、润滑剂1～5份，所述的主阻燃剂为磷系阻燃剂和氮系阻燃剂的混合物，所述的辅助阻燃剂为次膦酸盐，所述的填充物最好使用玻璃纤维，所述的润滑剂选自长链脂酰胺、长链脂酸盐、长链脂肪酸中的一种或几种的混合物，通过上述组合物的复配，制备兼具有优良力学性能、绝缘性能、耐热性能和阻燃性能的综合性能优异的空气开关用阻燃尼龙合金材料。
公开号为CN 101553536A(申请号为200780043354.2)的中国发明专利申请公开了一种阻燃聚酰胺组合物，其由以下组分构成：20～80重量％聚酰胺树脂、0.1～15重量％三聚氰胺氰脲酸酯、0.1～5重量％酚醛清漆树脂、1～50重量％增强材料，增强材料选自玻璃纤维和矿物纤维，任选地，选自以下的添加剂：热稳定剂、UV稳定剂、抗氧化剂、润滑剂、颜料、着色剂、增塑剂或抗冲强度改性剂；重量百分比以相对于该组合物的总重量表示。低含量酚醛清漆树脂和相对较低含量的三聚氰胺衍生物能够协同作用，在阻燃性和吸水性方面获得最佳效果，该组合物特别适合制造用于电气或电子连接领域的制品例如断路器、开关、联接器或类似物。
发明内容
由于纯PC材料刚性偏低，采用螺丝固定后存在应力开裂问题，而PC+金属嵌件和纯金属材料制备的面板中框存在加工繁琐，制件偏重的问题，采用了低吸水性的尼龙材料，通过增强组分和特殊的阻燃剂等组分的共同作用，本发明提供了一种高模量、低翘曲、尺寸稳定的具有一定阻燃性能的墙壁开关面板中框专用的阻燃高模量尼龙材料。
一种阻燃高模量尼龙材料，由如下重量百分比的原料组成：
所述的聚酰胺6的相对粘度为2.0-2.45；
所述的聚酰胺66的相对粘度为2.2-2.4；
所述的长碳链聚酰胺为聚酰胺1010；
所述的阻燃剂为双季戊四醇、三季戊四醇、氢氧化镁中的一种或两种以上。
本发明中，选用低吸水、高强度、尺寸稳定的芳香族聚酰胺材料为基体，即采用聚酰胺6、聚酰胺66、长碳链聚酰胺和耐高温聚酰胺复合作为基体，然后通过采用特定的阻燃剂，采用具有成碳性能的多元醇和降低起燃温度含水氧化物提升材料的阻燃性能，同时增加增强组份和相容剂，增强组份提高材料的尺寸稳定性和保证了低翘曲性能，采用极性的相容剂，不仅提高了玻纤与PA6基料的界面强度，同时提高了复合材料的低温、干燥状态下的冲击性能，此外，还添加了润滑剂和热稳定组分(即抗氧剂)，本发明阻燃高模量尼龙材料中的各组分之间的协同作用，使得其具有更加优异的性能，具有优异的刚性、尺寸稳定性、低翘曲性和阻燃等特性。
为了取得更好的发明效果，以下作为本发明优选的技术方案：
所述的阻燃高模量尼龙材料，由如下重量百分比的原料组成：
所述的聚酰胺6的相对粘度为2.0-2.45；
所述的聚酰胺66的相对粘度为2.2-2.4；
所述的长碳链聚酰胺为聚酰胺1010；
所述的阻燃剂为双季戊四醇、三季戊四醇、氢氧化镁中的一种或两种以上。
所述的聚酰胺6即尼龙6(PA6)为低粘的PA6，相对粘度为2.0-2.45，可以选用广东新会美达锦纶股份有限公司生产的型号为M12400的尼龙6或台湾集胜公司生产的型号为TP4205的尼龙6，聚酰胺6低粘主要是保证材料具有较好的流动性能。
所述的聚酰胺66是低粘的PA66，所述的聚酰胺66的相对粘度为2.2-2.4，相对粘度为2.2～2.4，如选用中国神马股份生产的型号为EPR24的聚酰胺66，美国首诺生产的型号为21SPC的聚酰胺66。
所述的长碳链聚酰胺为聚酰胺1010(即PA1010)，所述的聚酰胺1010的粘数大于99ml/g，如选用上海赛璐璐公司生产的型号为11型或者12型的PA1010。
所述的耐高温聚酰胺为PA6T、PA9T、PA10T中的一种或两种以上，重量百分比为1％～20％。其中，PA6T、PA9T、PA10T均可采用市售的产品。
所述的增强组份为异形无碱玻璃纤维、表面经过硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤中的一种或两种，进一步优选，所述的增强组份为异形无碱玻璃纤维，异形无碱玻璃纤维是指横截面形状为非圆形的无碱玻璃纤维，如横截面为椭圆和、扁圆形、茧形等无碱玻璃纤维，如泰山玻璃纤维有限公司的扁平玻纤(T435TM)，欧文斯科宁公司的异形玻纤，均可采用市售产品。
所述的相容剂选自聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(SEBS-g-GMA)、聚乙烯-丙烯-丁二烯共聚物接枝马来酸酐、聚乙烯-丙烯-丁二烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MAH)、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐(EPDM-g-MAH)中的一种或两种以上，可选用市售产品。本发明采用极性的相容剂，其极性基团与尼龙的端羧酸发生反应，能提高材料的韧性，同时可以提高尼龙基料与增强组份(如无碱玻纤)的界面强度，使得复合材料的力学性能及表面性能得到提高。
所述的阻燃剂为双季戊四醇、三季戊四醇、氢氧化镁中的一种或两种以上，采用具有成碳性能的多元醇和降低起燃温度含水氧化物提升材料的阻燃性能。
所述的抗氧剂选自含二苯甲酮官能团化合物的稳定剂、受阻酚稳定剂、亚磷酸酯稳定剂、受阻胺稳定剂中的一种或两种以上。
所述的润滑剂选自硬脂酸盐、聚酯型润滑剂、极性烯烃蜡、平均分子量60万以上的超高分子量硅酮粉中的一种或两种以上。
本发明阻燃高模量尼龙材料，各组分的组合，各组分之间能够共同作用，具有优异的刚性、尺寸稳定性、低翘曲性和阻燃等特性，非常适合用于制备墙壁开关面板中框，可用于替代金属材料的面板中框专用材料。
本发明还提供了一种阻燃高模量尼龙材料的制备方法，具有操作简单、适于工业化生产的优点。
所述的阻燃高模量尼龙材料的制备方法，包括步骤：
将聚酰胺6、聚酰胺66、长碳链聚酰胺、选择性添加的耐高温聚酰胺、选择性添加的相容剂、抗氧剂和润滑剂搅拌混合均匀，加入双螺杆挤出机，再将增强组份从第五节机筒处的喂料口加入双螺杆挤出机,阻燃剂从第七节机筒的喂料口加入，充分塑化、熔融、复合后经挤出、拉条、冷却、切粒和烘干，制得阻燃高模量尼龙材料。
所述的双螺杆挤出机的长径比≥35：1，各段螺杆温度为275℃-335℃。
所述的阻燃高模量尼龙材料，非常适合制备墙壁开关面板中框，主要是替代PC+金属嵌件和纯金属材料制备墙壁开关面板中框。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用了不同粘度的PA和不同熔点的PA混合作为基料，保证材料具有较好的机械性能和成型、加工性能；选用特殊的异形玻纤作为增强组分，提高材料的尺寸稳定性和保证了低翘曲性能;采用极性的相容剂，不仅提高了玻纤与PA6基料的界面强度，同时提高了复合材料的低温、干燥状态下的冲击性能；采用具有成碳性能的多元醇和降低起燃温度含水氧化物提升材料的阻燃性能；此外，还添加了润滑剂和热稳定组分，本发明聚酰胺复合材料中的各组分之间的协同作用，使得其具有更加优异的性能，具有优异的刚性、尺寸稳定性、低翘曲性和阻燃等特性。
本发明墙壁开关中框专用的阻燃高模量尼龙材料的制备方法，操作简单，可控性好，采用现有设备即可，相对于目前大量采用的浇注方法成型电缆导轮的方法具有很大的优势，加工、成型的周期时间较短，生产效率较高，适于工业化大批量生产。
本发明墙壁开关中框专用的阻燃高模量尼龙材料易于加工成型制备墙壁开关面板中框，制备的面板中框重量轻、强度高、耐应力开裂、可回收，即具有金属的高刚性又具有塑料的韧性和可塑性，可专门替代金属材料成型面板中框，国内外还没有采用热塑性的改性聚酰胺材料制备面板中框，对国内外的建筑电器行业的产品设计和选材产生积极的作用。
具体实施方式
实施例1
采用以下重量的原料：
PA6低粘（广东新会美达锦纶股份有限公司生产，型号M2000，相对粘度2.0） 1.5kg；
PA66低粘（中国神马实业股份有限公司，型号：EPR24，相对粘度2.4） 23kg；
PA1010（上海赛璐璐公司，型号：11型，相对粘数：大于99ml/g） 10kg；
玻纤（泰山玻璃纤维有限公司，型号：T435TM，纤维直径11μm，短切长度3.0mm） 60kg；
相容剂（沈阳四维高聚物塑胶有限公司，POE-g-MAH，型号：3F1） 1kg；
双季戊四醇（保定市国秀化工有限责任公司优等品：双季戊四醇含量≥90%） 2kg；
氢氧化镁（济南泰星精细化工有限公司：型号：HT-206I型） 1kg；
超高分子量硅酮粉（道康宁公司，型号DC-500/800，平均分子量60万以上） 1kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号1098） 0.25kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号168） 0.25kg；
将聚酰胺6低粘（PA6低粘2.0）、聚酰胺66低粘（PA66低粘2.4）、聚酰胺1010、抗氧剂（1098、168）和润滑剂（超高分子量硅酮粉）搅拌混合均匀，再由精密计量的喂料器送入双螺杆挤出机，然后将增强组分（横截面异性玻纤）从第五节机筒的喂料口加入双螺杆挤出机，将阻燃剂（双季戊四醇、氢氧化镁）从第七节机筒的喂料口加入双螺杆挤出机，充分塑化、熔融、复合后经挤出、拉条、水冷却、切粒和烘干，制得聚酰胺复合材料；其中，双螺杆挤出机的长径比为40：1，各段螺杆温度为：275±5，275±5，275±5，275±5，265±5，255±5，255±5，255±5，255±5，275±5℃。
实施例2
采用以下重量的原料：
PA6低粘（广东新会美达锦纶股份有限公司生产，型号M2000，相对粘度2.0） 1.5kg；
PA66（中国神马实业股份有限公司，型号：EPR24，相对粘度2.4） 24kg；
PA1010（上海赛璐璐公司，型号：11型，相对粘数：大于99ml/g） 10kg；
玻纤（泰山玻璃纤维有限公司，型号：T435TM，纤维直径11μm，短切长度3.0mm） 40kg；
表面经过硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维（重庆国际复合材料有限公司,型号ECS3014B） 20kg；
双季戊四醇（保定市国秀化工有限责任公司 优等品：双季戊四醇含量≥90%） 2kg；
氢氧化镁（济南泰星精细化工有限公司：型号：HT-206I型） 1kg；
超高分子量硅酮粉（道康宁公司，型号DC-500/800，平均分子量60万以上） 1kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号1098） 0.25kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号168） 0.25kg；
墙壁开关中框专用的阻燃高模量尼龙材料的制备方法除了采用本实施例原料，双螺杆挤出机的长径比为36：1，各段螺杆温度为：295±5，295±5，295±5，285±5，285±5，275±5，265±5，265±5，255±5，275±5℃。之外，其余制备方法的参数同实施例1，制得阻燃高模量尼龙材料。
实施例3
采用以下重量的原料：
PA6低粘（广东新会美达锦纶股份有限公司生产，型号M2000，相对粘度2.0） 1.5kg；
PA66低粘（中国神马实业股份有限公司，型号：EPR24，相对粘度2.4） 15kg；
PA1010（上海赛璐璐公司，型号：11型，相对粘数：大于99ml/g） 10kg；
PA9T（日本可乐丽，型号：N1000A） 11kg；
玻纤（泰山玻璃纤维有限公司，型号：T435TM，纤维直径11μm，短切长度3.0mm） 60kg；
双季戊四醇（保定市国秀化工有限责任公司优等品：双季戊四醇含量≥90%） 1.1kg；
超高分子量硅酮粉（道康宁公司，型号DC-500/800，平均分子量60万以上） 1kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号1098） 0.2kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号168） 0.2kg；
墙壁开关中框专用的阻燃高模量尼龙材料的制备方法除了采用本实施例原料，双螺杆挤出机的长径比为40：1，各段螺杆温度为：325±5，325±5，325±5，325±5，315±5，315±5，315±5，315±5，295±5，325±5℃。之外，其余制备方法的参数同实施例1，制得阻燃高模量尼龙材料。
实施例4
采用以下重量的原料：
PA6低粘（广东新会美达锦纶股份有限公司生产，型号M2000，相对粘度2.0） 1.5kg；
PA66低粘（中国神马实业股份有限公司，型号：EPR24，相对粘度2.4） 15kg；
PA1010（上海赛璐璐公司，型号：11型，相对粘数：大于99ml/g） 10kg；
PA9T（日本可乐丽，型号：N1000A） 10kg；
玻纤（泰山玻璃纤维有限公司，型号：T435TM，纤维直径11μm，短切长度3.0mm） 60kg；
双季戊四醇（保定市国秀化工有限责任公司 优等品：双季戊四醇含量≥90%） 1kg；
氢氧化镁（济南泰星精细化工有限公司：型号：HT-206I型） 0.1kg；
相容剂（沈阳四维高聚物塑胶有限公司，POE-g-MAH，型号：3F1） 1kg；
超高分子量硅酮粉（道康宁公司，型号DC-500/800，平均分子量60万以上） 1kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号1098） 0.2kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号168） 0.2kg；
墙壁开关中框专用的阻燃高模量尼龙材料的制备方法除了采用本实施例原料，双螺杆挤出机的长径比为40：1，各段螺杆温度为：325±5，325±5，325±5，325±5，315±5，315±5，315±5，315±5，295±5，325±5℃。之外，其余制备方法的参数同实施例1，制得阻燃高模量尼龙材料。
对比列1 聚碳酸酯；Bayer 2805
对比列2 聚碳酸酯 Bayer 2805+金属嵌件；
对比列3 金属；
对比例4
采用以下重量的原料：
PA6低粘（广东新会美达锦纶股份有限公司生产，型号M2000，相对粘度2.0） 11.5kg；
PA66低粘（中国神马实业股份有限公司，型号：EPR24，相对粘度2.4） 26kg；
玻纤（泰山玻璃纤维有限公司，型号：T435TM，纤维直径11μm，短切长度3.0mm） 60kg；
双季戊四醇（保定市国秀化工有限责任公司 优等品：双季戊四醇含量≥90%） 1.1kg；
超高分子量硅酮粉（道康宁公司，型号DC-500/800，平均分子量60万以上） 1kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号1098） 0.2kg；
抗氧剂（天津利安隆新材料股份有限公司 型号168） 0.2kg；
尼龙材料的制备方法除了采用本实施例原料，双螺杆挤出机的长径比为40：1，各段螺杆温度为：325±5，325±5，325±5，325±5，315±5，315±5，315±5，315±5，295±5，325±5℃。之外，其余制备方法的参数同实施例1，制得尼龙材料。
对上述实施例1-3制得的阻燃高模量尼龙材料和对比例1-4材料进行性能测试，并且制成墙壁开关面板中框进行测试，测试方法和测试结果详见表1。
表1
从上述测试数据可看出，本发明墙壁开关中框专用阻燃高模量尼龙材料具有很高的刚性和优异的耐应力开裂性能，是墙壁开关中框的最优替代材料。

Claims (6)

1.一种阻燃高模量尼龙材料在制备墙壁开关面板中框中的应用，其特征在于，所述的阻燃高模量尼龙材料由如下重量百分比的原料组成：
所述的聚酰胺6的相对粘度为2.0-2.45；
所述的聚酰胺66的相对粘度为2.2-2.4；
所述的长碳链聚酰胺为聚酰胺1010；
所述的阻燃剂为双季戊四醇、三季戊四醇、氢氧化镁中的一种或两种以上；
所述的增强组份为异形无碱玻璃纤维，长度为3.0mm；
所述的润滑剂为平均分子量60万以上的超高分子量硅酮粉；
所述的阻燃高模量尼龙材料的制备方法，包括步骤：
将聚酰胺6、聚酰胺66、长碳链聚酰胺、选择性添加的耐高温聚酰胺、选择性添加的相容剂、抗氧剂和润滑剂搅拌混合均匀，加入双螺杆挤出机，再将增强组份从第五节机筒处的喂料口加入双螺杆挤出机，阻燃剂从第七节机筒的喂料口加入，充分塑化、熔融、复合后经挤出、拉条、冷却、切粒和烘干，制得阻燃高模量尼龙材料；
所述的双螺杆挤出机的长径比≥35：1。
2.根据权利要求1所述的阻燃高模量尼龙材料在制备墙壁开关面板中框中的应用，其特征在于，由如下重量百分比的原料组成：
所述的聚酰胺6的相对粘度为2.0-2.45；
所述的聚酰胺66的相对粘度为2.2-2.4；
所述的长碳链聚酰胺为聚酰胺1010；
所述的阻燃剂为双季戊四醇、三季戊四醇、氢氧化镁中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的阻燃高模量尼龙材料在制备墙壁开关面板中框中的应用，其特征在于，所述的耐高温聚酰胺为PA6T、PA9T、PA10T中的一种或两种以上，重量百分比为1％～20％。
4.根据权利要求1所述的阻燃高模量尼龙材料在制备墙壁开关面板中框中的应用，其特征在于，所述的相容剂为聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乙烯-丙烯-丁二烯共聚物接枝马来酸酐、聚乙烯-丙烯-丁二烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的阻燃高模量尼龙材料在制备墙壁开关面板中框中的应用，其特征在于，所述的抗氧剂为含二苯甲酮官能团化合物的稳定剂、受阻酚稳定剂、亚磷酸酯稳定剂、受阻胺稳定剂中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的阻燃高模量尼龙材料在制备墙壁开关面板中框中的应用，其特征在于，所述的双螺杆挤出机各段螺杆温度为275℃-335℃。
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