CN101875782B - 一种溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料及其制备方法。溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料,按重量百分比由以下组分组成:聚酰胺21.5~71%、增强剂10~45%、溴系阻燃剂15~22%、协效阻燃剂A 2~4%、协效阻燃剂B 2~4%、抗氧剂0.1~0.4%、相容剂2~4%。本发明由于偏硼酸钡和相容剂SMA的加入,提高了材料的漏电起痕指数值,并且有效提高了复合材料的物理力学性能;达到电子电气行业,特别是无人看管电气行业上对塑料材料的性能的高需求,并且成本低廉,加工工艺方便简单,具有广阔的应用前景。

Description

一种溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及高分子技术领域,尤其涉及一种溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料及其制备方法。
[背景技术]
目前在电子电气行业在大量使用阻燃增强聚酰胺材料,其所使用的阻燃体系大部分为溴/锑阻燃体系,因其效率高、用量少,对材料的性能影响小,且价格适中,其效能/价格比非其他阻燃体系所能匹敌,因而获得广泛的应用。漏电起痕指数(CTI值)表示的是塑胶材料到何电压为止不发生漏电破坏,是电子电气行业对塑胶材料电气性能评价的一项非常重要的指标。用溴/锑阻燃体系所制备的材料CTI值普遍比较低,如阻燃增强聚酰胺材料的CTI值一般不超过300V,这大大限制了溴/锑阻燃材料的应用范围。用无卤阻燃体系所制备的材料CTI值可高达600V,但现有技术中,无卤阻燃材料存在价格高,耐温低,韧性差等诸多缺点,根本无法在国内推广使用。在许多电子电气行业,尤其是无人看管电气上,都要求所用的阻燃塑胶材料的CTI值必须大于400V以上,目前应用较多的是采用红磷作为阻燃剂,所制备的阻燃增强聚酰胺材料的CTI值一般在450V左右。但是,红磷阻燃材料着色性差,只能做本红色和黑色,并且存在加工气味难闻,对金属嵌件腐蚀严重等缺点,难以满足电子电气行业对塑胶材料越来越高的要求。因此,根据目前市场的实际情况,提高溴/锑阻燃增强聚酰胺材料的漏电起痕指数,扩展其应用范围,成为目前亟待解决的问题。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种物理力学性能好,漏电起痕指数值高的溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种物理力学性能好,漏电起痕指数值高的溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料的制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是,一种溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料,按重量百分比由以下组分组成:
聚酰胺        21.5~71%;
增强剂        10~45%;
溴系阻燃剂    15~22%;
协效阻燃剂A   2~4%;
协效阻燃剂B   2~4%;
抗氧剂        0.1~0.4%;
相容剂        2~4%。
以上所述的溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料,所述聚酰胺为聚己二酸己二酰胺。所述增强剂为玻璃纤维。所述溴系阻燃剂为溴化聚苯乙烯。所述协效阻燃剂A为三氧化二锑。所述协效阻燃剂B为偏硼酸钡。所述抗氧剂为N,N-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺。所述相容剂为聚苯乙烯接枝马来酸酐。
以上所述的溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料,按重量百分比由以下组分组成:
聚酰胺        40~50%;
增强剂        20~35%;
溴系阻燃剂    17~20%;
协效阻燃剂A   2.5~4%;
协效阻燃剂B   2~3.5%;
抗氧剂        0.2~0.3%;
相容剂        2.5~3.5%。
一种上述溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料的制备方法的技术方案是,包括步骤:
a:称量:按照权利要求1的配比称量原材料;
b:混合:将各组分放入搅拌桶中充分混合;
c:将上一步骤混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗,增强剂从侧喂料口加入,经熔融挤出,造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-280℃,二区温度250-290℃,三区温度250-290℃,四区温度240-280℃,机头250-300℃,停留时间1~2min,压力为12-18MPa。
本发明溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料由于偏硼酸钡和相容剂SMA的加入,提高了材料的漏电起痕指数值,并且有效提高了复合材料的物理力学性能;达到电子电气行业,特别是无人看管电气行业上对塑料材料的性能的高需求,并且成本低廉,加工工艺方便简单,具有广阔的应用前景。
[具体实施方式]
下面通过实施例对本发明进行进一步阐述:
在溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料实施例的配方中,聚己二酰己二胺(PA66)为罗地亚公司生产,商品牌号27AE1;玻璃纤维为无碱短切玻纤,为PPG公司生产,商品牌号3540;溴化聚苯乙烯为山东寿光隆发化工公司生产,牌号为BPS-68;三氧化二锑为辰州锑业公司生产;偏硼酸钡为南京诺城化工有限公司生产;抗氧剂为N,N-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺,为CiBa公司产品,商品牌号为1098;聚苯乙烯接枝马来酸酐(SMA)为上海事必达公司生产,商品牌号为SMA-218。
实施例一
将重量比55.8%的PA66,21%的溴化聚苯乙烯,3%的三氧化二锑,3%的偏硼酸钡,0.2%的抗氧剂,和3%的相容剂SMA,放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后,将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼,挤出,造粒,12%的玻璃纤维从侧喂加入,双螺杆挤出机的螺杆直径为35mm,螺杆长度与直径的比例设定为36,挤出温度分别为一区温度260℃,二区温度270℃,三区温度260℃,四区温度250℃,机头温度275℃,停留时间1-2min,压力为13MPa。
实施例二
将重量比45.8%的PA66,19%的溴化聚苯乙烯,3%的三氧化二锑,3.5%的偏硼酸钡,0.2%的抗氧剂,和3.5%的相容剂SMA,放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后,将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼,挤出,造粒,25%的玻璃纤维从侧喂加入,双螺杆挤出机的螺杆直径为50mm,螺杆长度与直径的比例设定为42,挤出温度分别为一区温度250℃,二区温度265℃,三区温度260℃,四区温度250℃,机头温度265℃,停留时间1-2min,压力为16MPa。
实施例三
将重量比42.7%的PA66,18%的溴化聚苯乙烯,3%的三氧化二锑,3%的偏硼酸钡,0.3%的抗氧剂,和3%的相容剂SMA,放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后,将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼,挤出,造粒,30%的玻璃纤维从侧喂加入,双螺杆挤出机的螺杆直径为58mm,螺杆长度与直径的比例设定为36,挤出温度分别为一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度270℃,四区温度250℃,机头温度280℃,停留时间1-2min,压力为15MPa。
实施例四
将重量比36.1%的PA66,16%的溴化聚苯乙烯,2.5%的三氧化二锑,3%的偏硼酸钡,0.4%的抗氧剂,和2%的相容剂SMA,放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后,将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼,挤出,造粒,40%的玻璃纤维从侧喂加入,双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm,螺杆长度与直径的比例设定为32,挤出温度分别为一区温度260℃,二区温度270℃,三区温度260℃,四区温度250℃,机头温度275℃,停留时间1-2min,压力为14MPa。
对比例一
将重量比45.7%的PA66,18%的溴化聚苯乙烯,6%的三氧化二锑,0.3%的抗氧剂,放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后,将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼,挤出,造粒,30%的玻璃纤维从侧喂加入,双螺杆挤出机的螺杆直径为58mm,螺杆长度与直径的比例设定为36,挤出温度分别为一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度270℃,四区温度250℃,机头温度280℃,停留时间1-2min,压力为15MPa。
对比例二
将重量比45.7%的PA66,18%的溴化聚苯乙烯,3%的三氧化二锑,3%的偏硼酸钡,0.3%的抗氧剂,放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后,将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼,挤出,造粒,30%的玻璃纤维从侧喂加入,双螺杆挤出机的螺杆直径为58mm,螺杆长度与直径的比例设定为36,挤出温度分别为一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度270℃,四区温度250℃,机头温度280℃,停留时间1-2min,压力为15MPa。
对比例三
将重量比42.7%的PA66,18%的溴化聚苯乙烯,6%的三氧化二锑,0.3%的抗氧剂,和3%的相容剂SMA,放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后,将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼,挤出,造粒,30%的玻璃纤维从侧喂加入,双螺杆挤出机的螺杆直径为58mm,螺杆长度与直径的比例设定为36,挤出温度分别为一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度270℃,四区温度250℃,机头温度280℃,停留时间1-2min,压力为15MPa。
性能测试:
将按上述方法完成造粒的粒子材料预先在100℃的鼓风烘箱中干燥3-6小时,然后再将干燥好的粒子材料在注射成形机上进行注射成型制样,注射成型模温控制在100℃左右。
拉伸强度测试按ISO527-2进行,试样尺寸为150×10×4mm,拉伸速度为50mm/min;弯曲性能测试按ISO 178进行,试样尺寸为80×10×4,弯曲速度为2mm/min,跨距为64mm;简支梁冲击强度按ISO179进行,试样尺寸为55×6×4mm,缺口尺寸为试样厚度的三分之一;阻燃性能按UL94方法进行,样条厚度大约为1.5mm。漏电起痕指数测试按IEC 60112进行,试样为直径40mm,厚度3mm的圆饼。
综合力学性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲模量以及冲击强度的数值进行评判;材料的阻燃性能按UL94的标准进行评判;材料的电学性能以漏电起痕指数值来判定。
实施例1~4配方及材料性能见表1,对比例1~3配方及材料性能见表2:
表1
组成   实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
  PA66(%)   55.8   45.8   42.7   36.1
  玻璃纤维(%)   12   25   30   40
  溴化聚苯乙烯(%)   21   19   18   16
  三氧化二锑(%)   3.5   3   3   2.5
  偏硼酸钡(%)   3.5   3.5   3   3
  1098(%)   0.2   0.2   0.3   0.4
  相容剂SMA(%)   4   3.5   3   2
  拉伸强度(MPa)   102   130   145   160
  断裂伸长率(%)   4   3   2.5   2
  弯曲强度(MPa)   146   185   205   230
  弯曲模量(MPa)   4300   7400   8500   10200
  缺口冲击强度(kJ/m2)   5   8.4   9.5   10.6
  阻燃性(1.6mm)   V0   V0   V0   V0
  CTI值(V)   400   450   450   500
表2
  组成   对比例1   对比例2   对比例3
PA66(%)   45.7   45.7 42.7
  玻璃纤维(%)   30   30 30
  溴化聚苯乙烯(%)   18   18 18
  三氧化二锑(%)   6   3 6
偏硼酸钡(%)   -   3   -
1098(%)   0.3   0.3 0.3
  相容剂SMA(%)   -   -   3
  拉伸强度(MPa)   140   138 147
  断裂伸长率(%)   2.5   2.5 2.5
  弯曲强度(MPa)   198   195 208
  弯曲模量(MPa)   8300   8200 8600
  缺口冲击强度(kJ/m2)   8   8.2   9.7
阻燃性(1.6mm)   V0   V0 V0
CTI值(V)   300   350 400
从实施例1~4看,随着玻璃纤维的增加,溴/锑阻燃剂适当地减少便可达到UL94阻燃V0级别,而复合材料的漏电起痕指数值随溴/锑阻燃剂的减少而有所增加。
从对比例1与对比例2看,在30%玻璃纤维阻燃增强聚酰胺中,相比普通的溴/锑阻燃体系,将一半的三氧化二锑换成偏硼酸钡,CTI值可以提高50V,而几乎不影响复合材料的阻燃性跟物理性能;从对比例1与对比例3看,相比普通的溴/锑阻燃体系,相容剂SMA的加入,可将材料的CTI值提高100V,并且有效提高了复合材料的物理力学性能;总体上从实施例3与对比例1~3看,溴化聚苯乙烯/三氧化二锑/偏硼酸钡/SMA最佳配比为6∶1∶1∶1时,材料的CTI值可以比原来溴/锑阻燃体系提高150V,并具有更佳的物理力学性能。
本发明所制备的阻燃增强溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料,比传统的溴/锑阻燃材料具有更优异的物理性能和电气性能,完全能达到电子电气行业,特别是无人看管电气行业上对塑料材料的性能的高需求,并且成本低廉,加工工艺方便简单,具有广阔的应用前景。
以上对本发明所提供的一种高漏电起痕指数阻燃增强溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料,其特征在于,按重量百分比由以下组分组成:
聚酰胺        21.5~71%;
增强剂        10~45%;
溴系阻燃剂    15~22%;
协效阻燃剂A   2~4%;
协效阻燃剂B   2~4%;
抗氧剂        0.1~0.4%;
相容剂        2~4%;
所述聚酰胺为聚己二酸己二酰胺,所述增强剂为玻璃纤维,所述溴系阻燃剂为溴化聚苯乙烯,所述协效阻燃剂A为三氧化二锑,所述协效阻燃剂B为偏硼酸钡;所述各组分重量百分比之和为100%。
2.如权利要求1所述的溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料,其特征在于:所述抗氧剂为N,N-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺。
3.如权利要求1所述的溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料,其特征在于:所述相容剂为聚苯乙烯接枝马来酸酐。
4.如权利要求1所述的溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料,其特征在于:按重量百分比由以下组分组成:
聚酰胺        40~50%;
增强剂        20~35%;
溴系阻燃剂    17~20%; 
协效阻燃剂A   2.5~4%;
协效阻燃剂B   2~3.5%;
抗氧剂        0.2~0.3%;
相容剂        2.5~3.5%。
5.一种如权利要求1所述溴/锑阻燃增强聚酰胺复合材料的制备方法,其特征在于,包括步骤:
a:称量:按照权利要求1的配比称量原材料;
b:混合:将各组分放入搅拌桶中充分混合;
c:将上一步骤混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗,增强剂从侧喂料口加入,经熔融挤出,造粒;加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度240-280℃,二区温度250-290℃,三区温度250-290℃,四区温度240-280℃,机头250-300℃,停留时间1~2min,压力为12-18MPa。 
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Denomination of invention: Bromine/stibium flame retardancy reinforced polyamide composite material and preparation method thereof

Effective date of registration: 20150817

Granted publication date: 20120718

Pledgee: China Everbright Bank Shenzhen branch

Pledgor: Shenzhen Keju New Material Co., Ltd.

Registration number: 2015990000679

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20161202

Granted publication date: 20120718

Pledgee: China Everbright Bank Shenzhen branch

Pledgor: Shenzhen Keju New Material Co., Ltd.

Registration number: 2015990000679

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Bromine/stibium flame retardancy reinforced polyamide composite material and preparation method thereof

Effective date of registration: 20170106

Granted publication date: 20120718

Pledgee: Bank of Shizuishan Limited by Share Ltd Yinchuan branch

Pledgor: Anhui science and Technology Co., Ltd.|Shenzhen branch poly new materials Co., Ltd.|Xu Dong

Registration number: 2016990001133

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20180904

Granted publication date: 20120718

Pledgee: Bank of Shizuishan Limited by Share Ltd Yinchuan branch

Pledgor: Polymer Science (Anhui) New Material Co., Ltd.|Shenzhen Keju New Material Co., Ltd.|Xu Dong

Registration number: 2016990001133

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Bromine/stibium flame retardancy reinforced polyamide composite material and preparation method thereof

Effective date of registration: 20181119

Granted publication date: 20120718

Pledgee: Bank of Shizuishan Limited by Share Ltd Yinchuan branch

Pledgor: Shenzhen Keju New Material Co., Ltd.|Polymer Science (Anhui) New Material Co., Ltd.

Registration number: 2018440020071

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120718

Termination date: 20190331