CN106398204A - 一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料及其制备方法。其中无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，由以下组分按重量份数组成：尼龙46 30～60份，玻璃纤维20～40份，无卤阻燃剂DIDOPO 13～17份，抗氧剂0.5份，相容剂3～5份，增韧剂5～10份，三嗪成炭剂3～5份，协效剂1～5份。本发明采用尼龙46作为基体树脂，添加协效剂同时对制成的复合材料的阻燃性和力学性能产生正协效；添加相容剂用于增强基体树脂与纤维之间的结合力；无卤阻燃剂DIDOPO使得可进行加工温度区域选择范围广且不需要添加分散剂。并且采用一步浸渍法制备该复合材料，该方法工艺简单，阻燃剂分散均匀，阻燃效果优异，制备能耗减少，而且制得的产品力学性能优异。

Description

一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料及其制备方法。
背景技术
PA46是由丁二胺和己二酸缩聚而成的脂肪族聚酰胺，虽然有尼龙66相似的分子结构，热变形温度也高，而长期使用温度(CUT 5000hours)可达163℃，在汽车和电子应用领域具有无以比拟的性能和价值，可提供高温条件下的优异机械性能、卓越的耐磨性和低摩擦以及优异的流动性，具有易加工性和卓越的流动性能，具有卓越的抗拉强度、良好的绝热性能、高刚度保持性能，同时表现出良好的高温抗蠕变性。
PA46的应用领域很广泛，在电气及电子应用中如SMD元件，接插件，断路器，绕线元件，电动马达部件和电器元件；在机载部件应用中如齿轮、轴承和轴承罩；在汽车应用中如传感器和连接器、马达控制***、进气设备、电缆紧固件、交流发电机和起动机部件，以及排气控制和辅助供气***的泵壳。
由于人们对产品质量的要求越来越高，普通的短玻纤增强尼龙46材料的性能不能满足要求，长玻纤增强尼龙46具有高强度、高模量、高热稳定性等优异的性能可以满足人们对高性能追求。
当今社会，随着人们的安全意识提高，以及国家的环保理念不断加强，因此，使用无卤阻燃剂制备阻燃材料是非常重要的课题。由于无卤阻燃剂易分解，而且直接将阻燃剂添加到基体树脂中会导致熔体粘度增加，使阻燃剂与树脂混合熔体无法完成对玻璃纤维的浸渍。目前，传统的无卤阻燃长玻纤增强复合材料方法有两种，一种是两步法（即：首先分别制备阻燃母粒和长纤维增强母粒，然后混合均匀进行注塑），另一种是一步包覆法（即：首先制备长玻纤增强热塑性树脂料条，然后再将阻燃剂与基体树脂混合熔体包覆在长玻纤增强热塑性树脂料条上，从而获得无卤阻燃长玻纤增强热塑性复合材料）。无卤阻燃剂DIDOPO的熔融温度低（180oC），并且分解温度高（360 oC），可进行加工温度区域选择范围广，而且无卤阻燃剂DIDOPO的熔融流动性极好，因此本发明采用一步浸渍法制备无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料。一步浸渍法制备阻燃长纤维增强热塑性复合材料是直接将无卤阻燃剂DIDOPO与基体树脂等进行混合均匀挤出混合熔体，连续玻璃纤维浸渍于混合熔体，经冷却、牵引、切粒为8～12mm，该方法工艺简单，阻燃剂分散均匀，阻燃效果优异，制备能耗减少，综合性能优异。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料。
本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的制备方法。
对于无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，本发明采用的技术方案是，由以下组分按重量份数组成：尼龙46 30～60份，玻璃纤维20～40份， 无卤阻燃剂DIDOPO 13～17份，抗氧剂0.5份，相容剂3～5份，增韧剂5～10份，三嗪成炭剂3～5份，协效剂1～5份。
作为优选：
无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，由以下组分按重量份数组成：尼龙46 45份，玻璃纤维30份，无卤阻燃剂DIDOPO 15份，抗氧剂0.5份，相容剂4份，增韧剂8份，三嗪成炭剂4份，协效剂3份。
无卤阻燃剂DIDOPO为苯乙基桥链9’10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，该氧化物的化学结构式如下所示；
无卤阻燃剂DIDOPO的熔融温度为180oC，分解温度为360 oC，熔融流动性优异。
抗氧剂168或抗氧剂1098。
相容剂为SAG-008。
增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，英文名称的缩写为EMA。
协效剂为季磷盐插层改性蒙脱土。
对于制备方法，本发明采用的技术方案是，无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取尼龙46、无卤阻燃剂DIDOPO、三嗪成炭剂、增韧剂以及协效剂干燥备用；
（2）取干燥后的尼龙46、无卤阻燃剂DIDOPO、三嗪成炭剂、增韧剂和协效剂，与抗氧剂、相容剂混合均匀，进行共混挤出；
（3）通过浸渍流道对玻璃纤维进行浸渍，冷却后经牵引、切粒制成直径为8～12 mm的颗粒，获得无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料。
作为优选：
在步骤（2）中，挤出的加工温度为285～295℃。
在步骤（3）中，玻璃纤维的浸渍温度为310℃。
本发明的有益效果是：
采用尼龙46作为基体树脂，添加协效剂不但可以对无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的阻燃性产生正协效，而且还对无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的力学性能产生正协效；添加相容剂用于增强基体树脂与纤维之间的结合力；无卤阻燃剂DIDOPO的熔融温度低至180oC，且分解温度高达360 oC，使得可进行加工温度区域选择范围广，而且无卤阻燃剂DIDOPO的熔融流动性极好，不需要添加分散剂。同时采用一步浸渍法制备无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，即直接将无卤阻燃剂与基体树脂等进行混合均匀挤出混合熔体，连续玻璃纤维浸渍于混合熔体，经冷却、牵引、切粒为8～12mm，该方法工艺简单，阻燃剂分散均匀，阻燃效果优异，制备能耗减少，而且制得的产品力学性能优异。
具体实施方式
实施例1：
一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，由以下组分按重量份数组成：尼龙46 45份，玻璃纤维30份，无卤阻燃剂DIDOPO 15份，抗氧剂0.5份，相容剂4份，增韧剂8份，三嗪成炭剂4份，协效剂3份。
其中，无卤阻燃剂DIDOPO为苯乙基桥链9’10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，抗氧剂为抗氧剂168，相容剂为SAG-008，增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，即EMA，协效剂为季磷盐插层改性蒙脱土。
上述无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的制备方法如下：
（1）称取尼龙46、无卤阻燃剂DIDOPO、三嗪成炭剂、增韧剂以及协效剂干燥备用；
（2）取干燥后的尼龙46、无卤阻燃剂DIDOPO、三嗪成炭剂、增韧剂和协效剂，与抗氧剂、相容剂等混合均匀，进行共混挤出，加工温度为285～295℃；
（3）通过浸渍流道对玻璃纤维进行浸渍，浸渍温度为310℃，冷却后经牵引、切粒成直径为8～12 mm的颗粒，获得无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料。
实施例2：
一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，由以下组分按重量份数组成：尼龙46 30份，玻璃纤维40份，无卤阻燃剂DIDOPO 17份，抗氧剂0.5份，相容剂3份，增韧剂10份，三嗪成炭剂5份，协效剂1。
其中，抗氧剂选择抗氧剂1098，其余的无卤阻燃剂DIDOPO、相容剂、增韧剂和协效剂均与实施例1相同。
该无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的制备方法与实施例1相同。
实施例3：
一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，由以下组分按重量份数组成：尼龙46 60份，玻璃纤维20份，无卤阻燃剂DIDOPO 13份，抗氧剂0.5份，相容剂5份，增韧剂5份，三嗪成炭剂3份，协效剂5份。
其中，无卤阻燃剂DIDOPO、抗氧剂、相容剂、增韧剂和协效剂的选择均与实施例1相同。
该无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的制备方法也与实施例1相同。
对比例1:
本对比例无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其各组分的配比与实施例3相同。
一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，由以下组分按重量份数组成：尼龙4660份，玻璃纤维20份，无卤阻燃剂DIDOPO 13份，抗氧剂0.5份，相容剂5份，增韧剂5份，三嗪成炭剂3份，协效剂5份。
其中，采用的无卤阻燃剂DIDOPO、抗氧剂、相容剂、增韧剂、协效剂均与实施例3相同。
该无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的制备方法采用浸渍包覆法，具体步骤如下：
（1）按重量分别称取30份尼龙46、5份增韧剂及5份相容剂干燥备用；
（2）将上述干燥后的尼龙46、相容剂及增韧剂与0.5份抗氧剂混合均匀，然后进行共混挤出，加工温度为285～295℃;
（3）将挤出的熔体通过浸渍流道对20份玻璃纤维进行浸渍，浸渍温度310℃，获得纤维浸渍料条；
（4）再取30份尼龙46、15份无卤阻燃剂DIDOPO、3份三嗪成炭剂、5份协效剂，经干燥后与0.5份抗氧剂进行均匀混合，得到混合料A；
（5）将混合料A加入挤出机中，在挤出时将熔融的混合料A包覆在纤维浸渍料条上，冷却后切粒成直径为8～12 mm的颗粒，获得获得无卤阻燃长纤维增强尼龙46复合材料。
对比例2：
本对比例无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的各组分配比中，除了没有添加协效剂，其余各组分及配比均与实施例1相同。
无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，由以下组分按重量份数组成：尼龙46 45份，玻璃纤维30份，无卤阻燃剂DIDOPO 15份，抗氧剂0.5份，相容剂4份，增韧剂8份，三嗪成炭剂4份。
其中，采用的无卤阻燃剂DIDOPO、抗氧剂、相容剂、增韧剂均与实施例1相同。
该无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的制备方法也采用与实施例1相同的一步浸渍法。
主要性能测试：
将实施例1、2、3和对比例1、2生产出的产品分别按照标准制成标准测试样条，进行各项测试，其性能测试结果如表1所示。
表1
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
拉伸强度（MPa） 180 192 169 164 172
悬臂梁缺口冲击强度（KJ/M2） 26.5 29.5 23 21.5 24
弯曲强度（MPa） 273 300 246 238 265
阻燃性能（UL94） V0 V0 V0 V1 V1
成型难易程度 易 易 易 易 易
表面质量 无花纹 无花纹 无花纹 无花纹 无花纹
根据表1可以得知，采用实施例1、2、3的技术方案所制备得到的样品，其综合力学性能都较高，而且阻燃性能都为V0级，并且采用上述样品所制备得到产品的阻燃性能同样可以达到V0级别。具体比较分析如下：
1、一步浸渍法（实施例3）与浸渍包覆法（对比例1）的比较分析：
实施例3为采用一步浸渍法制备的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其与对比例1采用的浸渍包覆法制备的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料相比，采用一步浸渍法所制备的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度、弯曲强度等都高于对比例1，且采用一步浸渍法制备的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的阻燃性能为V0级，而对比例1采用浸渍包覆法制备的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的阻燃性能仅为V1级，这是由于采用一步浸渍法制备无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的阻燃剂在基体熔体中分散均匀，使复合材料的阻燃性能优异。
2、同是一步浸渍法但有添加协效剂（实施例1）和无添加协效剂（对比例2）的比较分析：
实施例1采用一步浸渍法制备的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其与对比例2同为采用一步浸渍法制备但没有添加协效剂的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料相比，没有添加协效剂的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料在拉伸强度、弯曲、冲击性能和阻燃性性能方面都低于实施例1。这表明，实施例1中加入协效剂不但对无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的力学性能产生正协效，而且对无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的阻燃性能也同样产生正协效。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其特征在于，由以下组分按重量份数组成：尼龙46 30～60份，玻璃纤维20～40份，无卤阻燃剂DIDOPO 13～17份，抗氧剂0.5份，相容剂3～5份，增韧剂5～10份，三嗪成炭剂3～5份，协效剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其特征在于，由以下组分按重量份数组成：尼龙46 45份，玻璃纤维30份，无卤阻燃剂DIDOPO 15份，抗氧剂0.5份，相容剂4份，增韧剂8份，三嗪成炭剂4份，协效剂3份。
3.根据权利要求1或2所述的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂DIDOPO为苯乙基桥链9’10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，该氧化物的化学结构式如下所示：
所述无卤阻燃剂DIDOPO的熔融温度为180oC，分解温度为360 oC，熔融流动性优异。
4.根据权利要求1或2所述的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168或抗氧剂1098。
5.根据权利要求1或2所述的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其特征在于，所述相容剂为SAG-008。
6.根据权利要求1或2所述的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物。
7.根据权利要求1或2所述的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料，其特征在于，所述协效剂为季磷盐插层改性蒙脱土。
8.如权利要求1所述的无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取尼龙46、无卤阻燃剂DIDOPO、三嗪成炭剂、增韧剂以及协效剂干燥备用；
（2）取干燥后的尼龙46、无卤阻燃剂DIDOPO、三嗪成炭剂、增韧剂和协效剂，与抗氧剂、相容剂混合均匀，进行共混挤出；
（3）通过浸渍流道对玻璃纤维进行浸渍，冷却后经牵引、切粒制成直径为8～12 mm的颗粒，获得无卤阻燃长玻纤增强尼龙46复合材料。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，挤出的加工温度为285～295℃。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，玻璃纤维的浸渍温度为310℃。
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