CN106497041A - 一种碳纤维增强的绝缘阻燃型pa66/pp电力金具材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料,及其制备工艺,其特征在于,以PA66、碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯、三聚氰胺氰尿酸盐、硼酸锌、次磷酸铝、竹炭、硅橡胶、水性聚氨酯、马来酸酐接枝聚丙烯、牛血清白蛋白溶液、六钛酸钾晶须、氧化石墨烯、多壁碳纳米管、环氧树脂、空心玻璃微珠、邻苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺、马来酸酐接枝POE、红磷、酚醛树脂等为原料。本发明采用硼酸锌对三聚氰胺氰尿酸盐进行包覆,得复合阻燃剂;以牛血清白蛋白改性玻璃纤维表面,利用静电吸附原理制备氧化石墨包覆的玻璃纤维复合材料;碳纤维增强PA66具有优异的力学性能、自润滑性和导电性能;得到一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料。
Description
技术领域
本发明涉及电力金具材料领域,具体涉及一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料,及其制备工艺。
背景技术
金具是电力输送过程中的重要部件,以节能减排为目的,开发新型易加工、可回收的塑料电力金具材料具有重要的实际意义。碳纤维增强PA66具有优异的力学性能、自润滑性和导电性能等,但是鉴于金具用于户外高空,使用环境恶劣,而尼龙在长期水、光照和热的作用下易降解。
潘任行在其硕士论文《碳纤维表面修饰及增强尼龙66复合材料的研究》中,先将碳纤维进行电化学表面处理,在碳纤维表面引入活性基团比如-C-OH和-COOH,然后使用自配的聚氨酯(PU)上浆剂对碳纤维进行上浆处理,最后将碳纤维通过挤出造粒和注塑的方法制备成碳纤维增强尼龙66(CFRPA66)。但得到的材料耐候性不足,而且不具备阻燃性能。
本发明以次磷酸铝为阻燃剂,以竹炭为协效剂,采用硼酸锌对三聚氰胺氰尿酸盐进行包覆,得复合阻燃剂;以马来酸酐接枝聚丙烯为增容剂,以核-壳结构的硅橡胶为增韧剂,碳纤维增强PA66具有优异的力学性能、自润滑性和导电性能;以牛血清白蛋白改性玻璃纤维表面,利用静电吸附原理制备氧化石墨包覆的玻璃纤维复合材料;多壁碳纳米管的加入提高了PA66纤维的力学性能和玻璃化温度;以红磷为阻燃剂,添加了酚醛树脂,采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/聚酰胺66(PA66)共混物,以马来酸酐接枝POE为增容剂,提高了共混物的拉伸强度和断裂伸长率;得到一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料及其制备工艺,依照该工艺制作的电力金具材料具有质轻、耐候、阻燃的优良性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现:
PA66 22-30,聚丙烯(PP)10-14,碳纤维9-15,玻璃纤维5-8,三聚氰胺氰尿
酸盐2-4,硼酸锌2-5,次磷酸铝2-5,竹炭1-3,硅橡胶2-3,水性聚氨酯1-3,马来酸酐接枝聚丙烯2-5,牛血清白蛋白溶液1-2,六钛酸钾晶须2-3,氧化石墨烯1-2,环氧树脂2-5,空心玻璃微珠3-4,邻苯二甲酸二丁酯1-3,二甲基硅油1-2,聚酰胺1-2,马来酸酐接枝POE 1-3,多壁碳纳米管3-6,红磷3-7,酚醛树脂1-3,防老化剂MBP 1-2,NaOH溶液,NH4HCO3、丙酮、HCl溶液、适量。
一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料的制备方法,其特征在于,按以下步骤进行:
a. 向三聚氰胺氰尿酸盐中加NaOH溶液,搅拌均匀,加入硼酸锌,升温60-90℃反应1-2h,得白色粘稠产物,抽滤、水洗3-5次,于110-160℃干燥1-2h;将次磷酸铝、竹炭在100-140℃烘干1-2h后,与前者混合,超细粉碎,得复合阻燃剂;
b. 将碳纤维置于退浆炉中,在氮气保护下,于400-600℃进行高温退浆处理,然后置于电解液NH4HCO3中,在50-90℃电解90-150s,水洗3-5次,90-130℃干燥1-2h,再与硅橡胶、水性聚氨酯混合;将马来酸酐接枝聚丙烯在70-90℃真空干燥箱中干燥1-2 h后,与前者混合球磨1-2h待用;
c. 将玻璃纤维在丙酮中浸泡清洗处理0.5-1h,在HCl溶液中羟基化处理1-2h,水洗3-5次,在牛血清白蛋白溶液中浸没0.5-1h,水洗3-5次,加入六钛酸钾晶须和氧化石墨烯的分散液,均匀搅拌,超声分散,调溶液pH 3-6,静置0.5-1h,冲洗3-5次,60-90℃烘干,得石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料;
d.将环氧树脂放入70-90℃水浴中,加入空心玻璃微珠和c中所得物料,混合搅拌1-2h,然后加入邻苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺,混合搅拌均匀,室温固化1-2h,将马来酸酐接枝POE在75-95℃真空干燥箱中干燥3-5 h,待用;
e. 将PA66在80-110℃真空干燥箱中干燥2-4h,与多壁碳纳米管、聚丙烯、a、b中所得物料及其他剩余原料加入高速搅拌机中充分混合得预混料,将预混料和d中所得物料分别从双螺杆挤出机的主加料口和侧加料口下料,于240-270℃挤出造粒,随后将粒子放入烘箱中于110-130℃干燥2-4h,然后用注塑机于250-280℃注射成试样,即得一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料。
本发明的反应机理及有益效果如下:
(1)次磷酸铝(AHP)具有磷含量高、阻燃效果好等优点,协效剂竹炭的加入能够促使AHP降解生成磷酸和焦磷酸,在固相中,磷酸和焦磷酸可以促进PA66降解成炭,且降解后产生的致密炭层可以阻止氧和热传递到聚合物基体内部,有利于提高材料的阻燃性能;三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)是一种典型的氮系无卤阻燃剂,无臭无味,分解温度高,低烟低毒,采用硼酸锌对MCA进行控制,使硼酸锌分散沉积在MCA表面,对MCA进行包覆,分隔成较小的独立反应体系,使得反应体系的粘度始终保持在一个较低的水平。
(2)碳纤维增强PA66具有优异的力学性能、自润滑性和导电性能,先将碳纤维进行电化学表面处理,在碳纤维表面引入活性基团比如-C-OH和-COOH,然后用水性聚氨酯对碳纤维进行上浆处理,处理后与PA66拥有更好的界面结合性能,所制备的复合材料也拥有更高的力学性能,以马来酸酐接枝聚丙烯为增容剂,以核-壳结构的硅橡胶为增韧剂。
(3)以牛血清白蛋白改性玻璃纤维表面,利用静电吸附原理制备氧化石墨包覆的玻璃纤维复合材料,具有优异的柔性和热稳定性。六钛酸钾晶须硬度低、不易磨损对磨面、与有机聚合物基体的相容性突出,在聚合物基体中分散性好。
(4)以邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂,以二甲基硅油为消泡剂,以聚酰胺为固化剂,以环氧树脂为基体,填充材料为空心玻璃微珠和玻璃纤维,制备了玻璃纤维/玻璃微珠/环氧树脂复合材料,具有轻质、高比强、多功能性等优点。
(5)以红磷为阻燃剂,添加了酚醛树脂,采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/聚酰胺66(PA66)共混物,具有良好的阻燃性能、耐候性能好、稳定性能;以马来酸酐接枝POE为增容剂,提高了共混物的拉伸强度和断裂伸长率;多壁碳纳米管的加入提高了PA66纤维的力学性能和玻璃化温度。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例
一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料,由下述重量份(g)的原料制得:
PA66 26,聚丙烯(PP)14,碳纤维9,玻璃纤维5,三聚氰胺氰尿酸盐2,硼
酸锌5,次磷酸铝2,竹炭1,硅橡胶2,水性聚氨酯1,马来酸酐接枝聚丙烯2,牛血清白蛋白溶液2,六钛酸钾晶须3,氧化石墨烯1,环氧树脂5,空心玻璃微珠4,邻苯二甲酸二丁酯3,二甲基硅油1,聚酰胺1,马来酸酐接枝POE 3,多壁碳纳米管6,红磷7,酚醛树脂3,防老化剂MBP 1,NaOH溶液,NH4HCO3、丙酮、HCl溶液、适量。
一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料的制备方法,其特征在于,按以下步骤进行:
a. 向三聚氰胺氰尿酸盐中加NaOH溶液,搅拌均匀,加入硼酸锌,升温80-90℃反应1h,得白色粘稠产物,抽滤、水洗3次,于140-160℃干燥1h;将次磷酸铝、竹炭在130-140℃烘干2h后,与前者混合,超细粉碎,得复合阻燃剂;
b. 将碳纤维置于退浆炉中,在氮气保护下,于500-550℃进行高温退浆处理,然后置于电解液NH4HCO3中,在70-80℃电解150s,水洗3次,110-120℃干燥1h,再与硅橡胶、水性聚氨酯混合;将马来酸酐接枝聚丙烯在80-90℃真空干燥箱中干燥1 h后,与前者混合球磨1h待用;
c. 将玻璃纤维在丙酮中浸泡清洗处理01h,在HCl溶液中羟基化处理1h,水洗3次,在牛血清白蛋白溶液中浸没1h,水洗3次,加入六钛酸钾晶须和氧化石墨烯的分散液,均匀搅拌,超声分散,调溶液pH 4-5,静置1h,冲洗3次,70-80℃烘干,得石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料;
d.将环氧树脂放入80-90℃水浴中,加入空心玻璃微珠和c中所得物料,混合搅拌1h,然后加入邻苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺,混合搅拌均匀,室温固化2h,将马来酸酐接枝POE在80-90℃真空干燥箱中干燥3h,待用;
e. 将PA66在100-110℃真空干燥箱中干燥2h,与多壁碳纳米管、聚丙烯、a、b中所得物料及其他剩余原料加入高速搅拌机中充分混合得预混料,将预混料和d中所得物料分别从双螺杆挤出机的主加料口和侧加料口下料,于250-260℃挤出造粒,随后将粒子放入烘箱中于110-120℃干燥2h,然后用注塑机于260-270℃注射成试样,即得一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料。
上述实施例制备的一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料的性能检测结果如下所示:
经耐水解性(乙二醇,130℃,50h)测试后,拉伸强度变化率为33%,弯曲强度变化率为41%,冲击强度变化率为128%,重量变化率为14%;弯曲性能损失率<50%,符合使用要求;
经热老化(150℃,2000h)测试,拉伸强度变化率为22%,弯曲强度变化率为17%,冲击强度变化率为13%,满足损失率<25%的要求;
经光老化(2000h)测试,拉伸强度变化率为21%,弯曲强度变化率为16%,冲击强度变化率为12%,满足损失率<30%的要求。
Claims (2)
1.一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料,其特征在于,由下述重量份的原料制得:
PA66 22-30,聚丙烯(PP)10-14,碳纤维9-15,玻璃纤维5-8,三聚氰胺氰尿
酸盐2-4,硼酸锌2-5,次磷酸铝2-5,竹炭1-3,硅橡胶2-3,水性聚氨酯1-3,马来酸酐接枝聚丙烯2-5,牛血清白蛋白溶液1-2,六钛酸钾晶须2-3,氧化石墨烯1-2,环氧树脂2-5,空心玻璃微珠3-4,邻苯二甲酸二丁酯1-3,二甲基硅油1-2,聚酰胺1-2,马来酸酐接枝POE 1-3,多壁碳纳米管3-6,红磷3-7,酚醛树脂1-3,防老化剂MBP 1-2,NaOH溶液,NH4HCO3、丙酮、HCl溶液、适量。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料的制备方法,其特征在于,按以下步骤进行:
a. 向三聚氰胺氰尿酸盐中加NaOH溶液,搅拌均匀,加入硼酸锌,升温60-90℃反应1-2h,得白色粘稠产物,抽滤、水洗3-5次,于110-160℃干燥1-2h;将次磷酸铝、竹炭在100-140℃烘干1-2h后,与前者混合,超细粉碎,得复合阻燃剂;
b. 将碳纤维置于退浆炉中,在氮气保护下,于400-600℃进行高温退浆处理,然后置于电解液NH4HCO3中,在50-90℃电解90-150s,水洗3-5次,90-130℃干燥1-2h,再与硅橡胶、水性聚氨酯混合;将马来酸酐接枝聚丙烯在70-90℃真空干燥箱中干燥1-2 h后,与前者混合球磨1-2h待用;
c. 将玻璃纤维在丙酮中浸泡清洗处理0.5-1h,在HCl溶液中羟基化处理1-2h,水洗3-5次,在牛血清白蛋白溶液中浸没0.5-1h,水洗3-5次,加入六钛酸钾晶须和氧化石墨烯的分散液,均匀搅拌,超声分散,调溶液pH 3-6,静置0.5-1h,冲洗3-5次,60-90℃烘干,得石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料;
d.将环氧树脂放入70-90℃水浴中,加入空心玻璃微珠和c中所得物料,混合搅拌1-2h,然后加入邻苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺,混合搅拌均匀,室温固化1-2h,将马来酸酐接枝POE在75-95℃真空干燥箱中干燥3-5 h,待用;
e. 将PA66在80-110℃真空干燥箱中干燥2-4h,与多壁碳纳米管、聚丙烯、a、b中所得物料及其他剩余原料加入高速搅拌机中充分混合得预混料,将预混料和d中所得物料分别从双螺杆挤出机的主加料口和侧加料口下料,于240-270℃挤出造粒,随后将粒子放入烘箱中于110-130℃干燥2-4h,然后用注塑机于250-280℃注射成试样,即得一种碳纤维增强的绝缘阻燃型PA66/PP电力金具材料。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170315 |