CN102690515A - 一种易染色可激光打标的阻燃型复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,该组合物由以下按重量计的组分组成:尼龙66,30-60份,无碱无砷短切玻璃纤维20-40份,无卤阻燃剂15-30份,协效着色阻燃助剂3-8份,激光打标助剂0.2-1份,其他助剂1-2份。本发明产品具有环保无卤阻燃达到UL94V0级别,符合欧盟Rohs要求,优异的着色能力,适应各类激光打标,标记清晰,不掉色、不退色,玻璃纤维增强综合性能优异。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及一种通过玻璃纤维增加强度、易染色、可激光打标、无卤阻燃型尼龙66复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙66(Nylon 66),学名:聚己二酰己二胺,别称:PA-66、锦纶-66,是一种用途广泛的工程塑料,由己二胺、己二酸缩聚而成,其熔点为252~265℃。与其他工程塑料相比,它具有优异的力学性能、电气特性、耐油性、耐热性、耐磨损性、电绝缘性、耐化学品性、耐候性和自润滑性,但是由于酰胺基的亲水性,尼龙66的吸水性高,导致其尺寸稳定性较差,在高湿度环境下性能下降明显。
为了改善尼龙66性能上的不足,人们开发出用玻璃纤维填充对尼龙66改性的技术,CN101191015A、CN101531812A等专利文献即是披露了通过玻璃纤维填充的的方法对尼龙66进行改性,在一定程度上提高了其在高湿环境下的尺寸稳定性。通用的玻璃纤维增强改性尼龙66作为一个很经典的方式为很多厂家使用生产,在现阶段的市场上销量很大,不同厂家的产品在性能和稳定性上也存在一定差异,根据不同要求填充量也有分别,国外的厂家如Dupont、BASF、Rhodia等,根据不同需求分为不同的品级,如高刚性、抗紫外、耐磨、超韧等等。
尼龙66中的氧指数为25%左右,仍然属于可燃的材料,并且有焰溶滴产生,会导致火焰传播,因此提高尼龙66的阻燃性能也尤为重要。有人将卤系阻燃剂等添加进尼龙66,阻燃改性后可达到V0级别,但是由于使用这些阻燃剂会对环境造成一定危害,给环保造成很大的压力,违背了我们国家所倡导的节能环保的理念。
其他方面,随着汽车、机械、电器等新材料相关行业的不断发展,对材料的使用也不断的提出新的要求,轻量化、高性能、环保成为了新的趋势,大量的金属材料被工程塑料所取代,尼龙66作为其中的代表占着很重要的地位。更进一步地,人们还对工程材料提出的更高、更具体的要求:比如,人们对于产品的色彩有着更多的追求,这就要求工程材料要具有易染色的优点;人们基于对产品标识、防伪等需要,就要求工程材料能够进行激光打标。
因此,开发出一种能够通过玻璃纤维增加强度、易染色、可激光打标、无卤阻燃环保型型尼龙66复合材料是十分必要的。
发明内容
研发人员经过多年的摸索和潜心研发,开发出了玻纤增强易染色、可激光打标,完全无卤素的环保阻燃尼龙66复合材料,既满足了环保、阻燃、安全方面的严苛要求,还将色彩、打标技术融入其中,大大拓宽了材料应用范畴。
本发明提供一种用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,该组合物由以下按重量计的组分组成:
尼龙66 30-60份
无碱无砷短切玻璃纤维 20-40份
无卤阻燃剂 15-30份
协效着色阻燃助剂 3-8份
激光打标助剂 0.2-1份
其他助剂 1-2份。
优选地,所述的尼龙66的树脂特征粘度为:2.3~2.5。
优选地,所述的无碱无砷短玻璃纤维的直径为9~13μm,长度3~4.5mm。
优选地,所述的无卤阻燃剂为三聚氰胺次磷酸盐、聚磷酸铵或氮系阻燃剂中的一种或几种。
优选地,所述的协效着色阻燃助剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、碳酸钙、滑石粉、云母或硅灰石中的一种或几种。
优选地,所述的激光打标助剂为与尼龙66相容性良好的金属氧化物涂覆的云母、滑石粉、锑及其金属盐中的一种或几种。
优选地,所述的其他助剂是硅氧烷偶联剂、抗氧剂或脱模剂中的一种或多种混合。进一步地优选地,其它助剂中抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(1098),四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010),三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(168)中的一种或几种,所述的脱模剂为嵌入式有机硅、脂肪酸盐中的一种或几种。
本发明还提供利用所述的组合物制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
(1)称取配方量的尼龙66、无卤阻燃剂、协效着色阻燃助剂、尼龙专用激光打标助剂和其他助剂在高混机中混合均匀;
(2)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中,在温度245~285℃、螺杆转速250~400rpm(revolutions per minute)下与玻璃纤维一起熔融共混,挤出造粒,即得。
本发明涉及玻纤增强易染色、可激光打标无卤环保阻燃尼龙66复合材料及其制备方法,在玻璃纤维增强的基础上,加入无卤阻燃、激光打标和协效着色阻燃助剂等成分,在保持材料优异机械性能的前提下,满足欧盟Rohs环保要求,并且提高到无卤素的水平,进一步赋予材料安全无污染,达到UL94 V0级别阻燃等级,材料易于染色,均匀的激光打标特性,不掉色、不退色,满足客户从性能、环保、美观、打标个性化定制等多方面的需求。
为实现上述要求,本发明引入了低粘度、高流动性的尼龙66、玻璃纤维、尼龙专用无卤阻燃剂、协效着色阻燃助剂、激光打标助剂和其他助剂等。其中低粘度、高流动性尼龙66基料保证了材料整体的流动性和加工型,无碱无砷短切玻璃纤维提供了优异的机械性能和热稳定性,其直径更细,在加工中分散更均匀,能有更好的性能表现,尼龙专用无卤阻燃剂赋予材料V0级别的阻燃等级同时,还保证了材料对环境、对人的安全、环保、无污染性,满足Rohs指令,协效阻燃着色助剂使得材料具有非常好的着色能力、良好的色粉分散性,并提高阻燃的稳定性,其他助剂对材料的加工性、脱模性、抗氧化性和良好的制件表观可提供保障。各组分在材料某一方面性能的同时也会对其他性能产生影响,所以各组分的使用量和不同类别相互之间的配合、协效性就成为了本发明中另一个核心内容。
本发明产品具有高强度、高刚度的同时,将阻燃等级提高到V0级别,完全无卤素,做到了对环境、人类的安全、环保和无污染性。同时材料各种无机、有机色粉、颜料非常容易着色、分散性好,而且在着色前后均能够使用气体激光和Nd激光均匀的在产品上打标,不掉色、不退色,满足众多客户的个性化要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进行进一步说明。
以下生产过程主要使用的设备:高混机(SHR),双螺杆挤出机(科倍隆65型),水槽、切粒机;所用的原辅料均为市售。
实施例1 配方1与制备方法
配方1:
特征粘度为2.3的尼龙66的树脂, 43份(按重量计,下同),
玻纤直径为10μm的无碱无砷短切玻璃纤维, 30份,
三聚氰胺脲氰酸盐MC-25, 20份,
氢氧化镁, 5份,
Flair 820, 0.4份,
氧烷偶联剂:KH560,抗氧剂:1098、168复配,脱模剂:脂肪酸盐类,按照(偶联剂:抗氧剂:脱模剂=1:2:5的重量比),共1.6份。
制备方法: (1)称取配方量原料在高混机中混合均匀;
(2)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中,在温度245℃、螺杆转速300rpm下与玻璃纤维一起熔融共混,挤出造粒,即得。
实施例2 配方2与制备方法
配方2:
特征粘度为2.5的尼龙66的树脂, 43份,
玻纤直径为9μm无碱无砷短切玻璃纤维, 30份,
三聚氰胺聚磷酸盐MPP 350粉, 20份,
氢氧化镁、氢氧化铝复合, 5份,
Flair 830, 0.4份,
氧烷偶联剂:KH560,抗氧剂:1098、168复配,脱模剂:脂肪酸盐类,按照(偶联剂:抗氧剂:脱模剂=1:2:5的重量比),共1.6份;
制备方法: (1)称取配方量原料在高混机中混合均匀;
(2)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中,在温度250℃、螺杆转速250rpm与玻璃纤维一起熔融共混,挤出造粒,即得。
实施例3 配方3与制备方法
配方3
特征粘度为2.3的尼龙66的树脂, 40份,
玻纤直径为13μm的无碱无砷短切玻璃纤维, 30份,
三聚氰胺聚磷酸盐MPP 350粉, 20份,
三聚氰胺脲氰酸盐MC-25, 5份,
硅灰石, 3份,
Flair 835, 0.4份,
氧烷偶联剂:KH560,抗氧剂:1098、168复配,脱模剂:有机硅Anti 200类,按照(偶联剂:抗氧剂:脱模剂=1:2:5的重量比),共1.6份。
制备方法: (1)称取配方量原料在高混机中混合均匀;
(2)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中,在温度260℃、螺杆转速350rpm下与玻璃纤维一起熔融共混,挤出造粒,即得。
实施例4 配方4与制备方法
配方4:
特征粘度为2.5的尼龙66的树脂, 40份,
玻纤直径为12μm无碱无砷短切玻璃纤维, 30份,
三聚氰胺聚磷酸盐MPP XKFR母粒, 20份,
三聚氰胺脲氰酸盐MC-25, 5份,
云母, 3份,
Flair 830, 0.4份,
氧烷偶联剂:KH560,抗氧剂:1098、168复配,脱模剂:脂肪酸盐类,按照(偶联剂:抗氧剂:脱模剂=1:2:5的重量比),共1.6份。
制备方法: (1)称取配方量原料在高混机中混合均匀;
(2)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中,在温度280℃、螺杆转速400rpm下与玻璃纤维一起熔融共混,挤出造粒,即得。
实施例5 配方5与制备方法
配方5:
特征粘度为2.4的尼龙66的树脂, 43份,
玻纤直径为11μm无碱无砷短切玻璃纤维, 30份,
三聚氰胺聚磷酸盐MPP XKFR母粒, 22份,
云母, 3份,
Flair 835, 0.5份,
氧烷偶联剂:KH560,抗氧剂:1098、168复配,脱模剂:有机硅类Anti 200,按照(偶联剂:抗氧剂:脱模剂=1:2:4的重量比),共1.5份。
制备方法: (1)称取配方量原料在高混机中混合均匀;
(2)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中,在温度270℃、螺杆转速350rpm下与玻璃纤维一起熔融共混,挤出造粒,即得。
实施例6 制得的复合材料性能测试
上述实施例制得的产品性能测试结果如下表所示:
测试项目 | 测试方法 | 单位 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | 实例5 |
拉伸强度 | ISO527 | MPa | 143 | 167 | 162 | 169 | 171 |
弯曲强度 | ISO178 | MPa | 191 | 225 | 216 | 228 | 231 |
缺口冲击强度 | ISO180 | KJ/m2 | 4.9 | 6.5 | 6.2 | 7.2 | 7.7 |
无缺口冲击强度 | ISO179 | KJ/m2 | 27 | 37 | 33 | 39 | 42 |
热变形温度(1.80MPa) | ISO75 | ℃ | 240 | 241 | 241 | 242 | 242 |
阻燃性 | UL94 | 级 | V2 | V1 | V0 | V0 | V0 |
激光打标效果 | ISO75 | ℃ | 模糊 | 较清晰 | 清晰 | 较清晰 | 清晰 |
色粉分散(着色力) | UL94 | 级 | 一般 | 一般 | 较好 | 好 | 好 |
欧盟Rohs指令 | -- | -- | 符合 | 符合 | 符合 | 符合 | 符合 |
生产区别 | -- | -- | 下料易分层,牵条困难,发泡严重 | 下料易分层 | 下料易分层,轻微发泡 | 下料均匀 | 下料均匀 |
从上表结果可知, 实施例1-5给出了各个不同比例,原料、助剂有所区别时性能的差异,其中,通过配方中各组分比例的调整,优化了各组分对产品各性能的增进和影响,实施例5既保持了很好的原始机械性能,将色粉分散、激光打标性提高到最优,并且由于将阻燃剂改进为母粒形式,大大方便了加工,使得连续稳定的生产成为可能,操作性极强。
应当说明的是,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明的范围,凡在本发明的精神和原则之内所作出的任何修改、等同的替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,其特征在于,该组合物由以下按重量计的组分组成:
尼龙66 30-60份
无碱无砷短切玻璃纤维 20-40份
无卤阻燃剂 15-30份
协效着色阻燃助剂 3-8份
激光打标助剂 0.2-1份
其他助剂 1-2份。
2.根据权利要求1所述的用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,其特征在于,所述的尼龙66的树脂特征粘度为2.3~2.5。
3.根据权利要求1所述的用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,其特征在于,所述的无碱无砷短玻璃纤维的直径为9~13μm,长度为3~4.5mm。
4.根据权利要求1所述的用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,其特征在于,所述的无卤阻燃剂为三聚氰胺聚磷酸盐、聚磷酸铵或氮系阻燃剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,其特征在于,所述的协效着色阻燃助剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、碳酸钙、滑石粉、云母或硅灰石中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,其特征在于,所述的激光打标助剂为与尼龙66相容性良好的金属氧化物涂覆的云母、滑石粉、锑及其金属盐中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,其特征在于,所述的其他助剂是硅氧烷偶联剂、抗氧剂或脱模剂中的一种或多种混合。
8.根据权利要求8所述的用于制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的组合物,其特征在于,其它助剂中抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺,四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或几种,所述的脱模剂为嵌入式有机硅、脂肪酸盐中的一种或几种。
9.一种利用权利要求1~9中任一项所述的组合物制备玻纤增强、易染色、可激光打标的无卤环保阻燃尼龙66复合材料的方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
(1)称取配方量的尼龙66、无卤阻燃剂、协效着色阻燃助剂、尼龙专用激光打标助剂和其他助剂在高混机中混合均匀;
(2)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中,在温度245-285℃、螺杆转速250-400rpm下与玻璃纤维一起熔融共混,挤出造粒,即得。
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