CN102492290B - 一种高强度高韧性阻燃聚酰胺的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度高韧性阻燃聚酰胺的制备方法，以100重量份相对粘度2.4～3.3的聚酰胺为基础，加入15～30重量份十溴二苯乙烷阻燃剂，3～10重量份三氧化二锑阻燃剂、0～5重量份光稳定剂，0.2～1重量份热稳定剂、0.5～1重量份抗氧剂组成的混合物，经双螺杆挤出机熔融混合，挤出，冷却，干燥、切粒，获得高强度高韧性阻燃聚酰胺。本发明提高了尼龙的阻燃性能、耐老化性能，较好的力学性能及制品表面外观，采用十溴二苯乙烷和三氧化二锑并用改性聚酰胺的办法达到前述的目的。

Description

一种高强度高韧性阻燃聚酰胺的制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种高强度高韧性阻燃聚酰胺的制备方法，更确切地说涉及一种用于注塑成型符合环保阻燃要求的电子电气设备和家电产品，特别是用于光伏电池组件的力学性能优秀的阻燃聚酰胺的制备方法。
二、背景技术
众所周知聚酰胺有许多优点，例如：优良耐冲击性能、耐低温性能、优良的电性能和耐化学品性能，加工流动性好，易于挤出、注塑成型等。但一般的聚酰胺阻燃等级为UL94V-2级，仍为可燃物，有引起火灾的危险。因此有必要提高它的阻燃性能，拓展他的用途(电器设备零件)。但现有的常用阻燃剂中，传统含卤阻燃剂如多溴联苯醚、多溴联苯等阻燃效率高，用量少，对材料性能影响小，但不符合欧盟ROHS指令，严重制约了产品的出口；无机阻燃剂、磷系阻燃剂如氢氧化镁、磷酸酯类等阻燃剂要达到V-0级添加量较大，或会严重影响基材力学性能，如公开号CN101423666中公开了一种具有高韧性与抗静电性的无卤阻燃尼龙6组合物，提到的以活化氢氧化镁和磷酸酯齐聚物为阻燃剂制备的产品拉伸强度为50MPa，缺口冲击强度为5kj/m2，比尼龙6本体性能降低了20％左右，且阻燃性能只能达到UL94V-0(3.2mm)；氮系阻燃剂如三聚氰胺化合物MCA阻燃效果较好，但由于MCA会使得聚酰胺在燃烧时熔滴现象严重，很难达到UL-94V-0级，US 5482985提出将三聚氰胺化合物与氢氧化镁之类的无机填料组合使用，但为获得所需阻燃性，三聚氰胺化合物的用量较高，使得材料的机械性能受到较大损失。另外，为了解决添加阻燃剂后尼龙力学性能下降的问题，一般的做法是添加玻璃纤维或碳纤维增强，这样虽然能大幅提高尼龙的拉伸强度和冲击强度，但会提高产品的密度，且影响产品表面光洁度，限制了用途。而本发明较好的解决了以上问题，保留了聚己内酰胺的优秀力学性能，符合欧盟ROHS指令，即《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令》，并且阻燃性能达到UL94V-0级(16mm)。
三.发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中符合欧盟ROHS指令的阻燃剂添加量较大、且会严重降低尼龙性能的缺陷，提供一种耐老化、阻燃能力强、力学性能优秀且满足欧盟ROHS指令要求的阻燃尼龙制备方法。
本发明目的之二是提高尼龙的阻燃性能、耐老化性能，较好的力学性能及制品表面外观，采用十溴二苯乙烷和三氧化二锑并用改性聚酰胺的办法达到前述的目的。
本发明是这样实现的，这种高强度高韧性阻燃聚酰胺的制备方法，其特点是：以100重量份相对粘度2.4～3.3的聚酰胺为基础，加入15～30重量份十溴二苯乙烷阻燃剂，3～10重量份三氧化二锑阻燃剂、0～5重量份光稳定剂，0.2～1重量份热稳定剂、0.5～1重量份抗氧剂组成的混合物，经双螺杆挤出机熔融混合，挤出，冷却，干燥、切粒，获得高强度高韧性阻燃聚酰胺。
本发明中所述的光稳定剂的含量较佳为2～5重量份。
本发明中所述的聚酰胺选自聚己内酰胺即尼龙6或聚己二酰己二胺即尼龙66。
本发明所述的光稳定剂是聚乙烯基炭黑。
本发明所述的抗氧剂是N，N′-双-〔3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基〕己二胺即抗氧剂1098。
本发明所述的热稳定剂是轻质硬脂酸钙。
本发明所采用的阻燃剂是十溴二苯乙烷和三氧化二锑，这两种阻燃剂并用在生产、使用和燃烧中不会产生有毒物质，且对聚酰胺的阻燃产生协同作用，比单独使用的总用量低，而且对材料的力学性能影响较小。
本发明所采用的热稳定剂是轻质硬脂酸钙，在体系中起到中和作用，从而达到减缓热老化的作用，且加工性能好，兼有润滑效果，改善加工流动性，提高生产能力和制品外观质量及光洁度。
本发明中所采用的光稳定剂是聚乙烯基炭黑，与纯炭黑相比聚乙烯基炭黑的分散性更好，且对材料能起到一定的增韧作用，提高产品的冲击强度。
本发明中的高强度高韧性阻燃聚酰胺的制造过程包括如下步骤：将相对粘度2.4～3.3的聚酰胺通过真空回转干燥器加热干燥后按配比，从加料器加到双螺杆挤出机中，挤出机从喂料口到模头一区温度200～240℃，二区温度230～280℃，三区温度2302～80℃，四区温度230～270℃，五区温度230～270℃，六区温度220～270℃，七区温度230～270℃，八区温度240～280℃，机头温度240℃～280℃，主机转速为200～300r/min，从挤出机机头挤出、冷却、干燥、切粒，即成高强度高韧性阻燃聚酰胺产品。
本发明所采用的双螺杆挤出机长径比为36∶1，螺杆转速为200～300转/分钟。
本发明制得的高强度高韧性阻燃尼龙6性能为拉伸强度≥65MPa，热变形温度(1.82MPa)53℃，缺口冲击强度≥8kj/m2，阻燃性能UL-94V-0级(1.6mm)，密度1.35。与其对应的纯尼龙6的性能数据分别为拉伸强度64MPa，，热变形温度(1.82MPa)63℃，缺口冲击强度5.5kj/m2，阻燃性能UL-94V-2级，密度1.13。
本发明制得的高强度高韧性阻燃尼龙66性能为拉伸强度≥60MPa，热变形温度(1.82MPa)60℃，缺口冲击强度≥7.5kj/m2，阻燃性能UL-94V-0级(1.6mm)，密度1.35。与其对应的纯尼龙66的性能数据分别为拉伸强度76MPa，热变形温度(1.82MPa)75℃，缺口冲击强度5.3kj/m2，阻燃性能UL-94V-2级，密度1.15。由此可见本发明在基本不影响聚酰胺力学性能，且缺口冲击强度还有提升的前提下燃烧性从V-2提高到V-0(1.6mm)，取得明显的技术效果。
四.具体实施方式
下面用实施例对本发明的内容作进一步的说明，但实施例决不是对本发明的限制。
实施例1
按质量份计，将100份粘度为2.5的尼龙6用真空回转干燥器干燥后与18份十溴二苯乙烷、5份三氧化二锑、3份聚乙烯基炭黑、0.5份轻质硬脂酸钙、1份抗氧剂1098混合均匀，从加料器加到双螺杆挤出机中，挤出机从喂料口到模头一区温度220℃，二区温度250℃，三区温度240℃，四区温度235℃，五区温度230℃，六区温度230℃，七区温度235℃，八区温度240℃，机头温度240℃，主机转速为240r/min，从挤出机机头挤出、冷却、干燥、切粒，制得阻燃聚酰胺组合物产品。所制得的组合物产品按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，物理性能分别按照国际标准和国家标准进行测试。
实施例2
按质量份计，将100份粘度为2.8的尼龙6用真空回转干燥器干燥后与16份十溴二苯乙烷、4份三氧化二锑、0.5份轻质硬脂酸钙、0.8份抗氧剂1098混合均匀，从加料器加到双螺杆挤出机中，挤出机从喂料口到模头一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度250℃，四区温度240℃，五区温度235℃，六区温度235℃，七区温度240℃，八区温度245℃，机头温度245℃，主机转速为240r/min，从挤出机机头挤出、冷却、干燥、切粒，制得阻燃聚酰胺组合物产品。所制得的组合物产品按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，物理性能分别按照国际标准和国家标准进行测试。
实施例3
按质量份计，将100份粘度为2.7的尼龙66用真空回转干燥器干燥后与18份十溴二苯乙烷、5份三氧化二锑、3份聚乙烯基炭黑、0.5份轻质硬脂酸钙、1份抗氧剂1098混合均匀，从加料器加到双螺杆挤出机中，挤出机从喂料口到模头一区温度230℃，二区温度270℃，三区温度260℃，四区温度250℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度245℃，八区温度250℃，机头温度255℃，主机转速为300r/min，从挤出机机头挤出、冷却、干燥、切粒，制得阻燃聚酰胺组合物产品。所制得的组合物产品按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，物理性能分别按照国际标准和国家标准进行测试。
实施例4
按质量份计，将100份粘度为3.2的尼龙66用真空回转干燥器干燥后与20份十溴二苯乙烷、5份三氧化二锑、0.5份轻质硬脂酸钙、0.5份抗氧剂1098混合均匀，从加料器加到双螺杆挤出机中，挤出机从喂料口到模头一区温度230℃，二区温度270℃，三区温度260℃，四区温度250℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度245℃，八区温度250℃，机头温度255℃，主机转速为300r/min，从挤出机机头挤出、冷却、干燥、切粒，制得阻燃聚酰胺组合物产品。所制得的组合物产品按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，物理性能分别按照国际标准和国家标准进行测试。
本发明的实施例1～4的配方如表1所示；所得到的产品性能如表2所示。
表1各实施例组分
Figure BDA0000114806890000041
表2各实施例性能
Figure BDA0000114806890000051
从表2中可以看出，本发明所使用的阻燃体系对尼龙6和尼龙66都有效，且添加剂总量仅在20％左右，材料就达到了UL94V-0(1.6mm)，同时，材料基本保持了尼龙的较好力学性能，特别是加入聚乙烯基炭黑的实施例1和实施例3缺口冲击强度提高更明显。实施例2和实施例4制品为本色，可以满足浅色制品需要。

Claims (5)

1.一种高强度高韧性阻燃聚酰胺的制备方法，其特征在于：以100重量份相对粘度2.4～3.3的聚酰胺为基础，加入15～30重量份十溴二苯乙烷阻燃剂，3～10重量份三氧化二锑阻燃剂、0～5重量份光稳定剂，0.2～1重量份热稳定剂、0.5～1重量份抗氧剂组成的混合物，经双螺杆挤出机熔融混合，挤出，冷却，干燥、切粒，获得高强度高韧性阻燃聚酰胺；所述的聚酰胺选自聚己内酰胺即尼龙6或聚己二酰己二胺即尼龙66；该方法包括如下步骤：将相对粘度2.4～3.3的聚酰胺通过真空回转干燥器加热干燥后按配比，从加料器加到双螺杆挤出机中，挤出机从喂料口到模头一区温度200～240℃，二区温度230～280℃，三区温度240～260℃，四区温度230～270℃，五区温度230～270℃，六区温度220～270℃，七区温度230～270℃，八区温度240～280℃，机头温度240～280℃，主机转速为200～300r/min，从挤出机机头挤出、冷却、干燥、切粒，即成高强度高韧性阻燃聚酰胺产品；所述的双螺杆挤出机长径比为36：1，螺杆转速为200～300转/分钟。 
2.根据权利要求1所述的阻燃聚酰胺的制备方法，其特征在于：所述的光稳定剂的含量为2～5重量份。 
3.根据权利要求1所述的阻燃聚酰胺的制备方法，其特征在于：所述的光稳定剂是聚乙烯基炭黑。 
4.根据权利要求1所述的阻燃聚酰胺的制备方法，其特征在于：所述的抗氧剂是N,N'-双-﹝3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基﹞己二胺即抗氧剂1098。 
5.根据权利要求1所述的阻燃聚酰胺的制备方法，其特征在于：所述的热稳定剂是轻质硬脂酸钙。 
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