CN103013104A - 一种无卤填充阻燃尼龙6复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无卤填充阻燃尼龙6复合材料及其制备方法。所述的无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其特征在于,由如下原料制成:尼龙6树脂53-70重量份;三聚氰胺氰尿酸盐7-15重量份;无机填料20-30重量份;协同阻燃剂0-5重量份;加工助剂1-5重量份。与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明的无卤填充阻燃尼龙6复合材料能够通过960℃下的GWFI测试,还具备低成本、高模量、高强度和优异的尺寸稳定性、环保阻燃等特性,具备良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及高分子阻燃材料的制备方法领域,特别涉及无卤填充阻燃尼龙6材料及其制备方法。
背景技术
随着电子电器行业的发展,阻燃尼龙材料的需求量保持快速增长。含卤阻燃剂虽然阻燃效果好,但燃烧时发烟量大,并产生有毒气体造成二次污染。三聚氰胺氰尿酸盐,简称MCA,是三聚氰胺与氰尿酸聚合而成的一种含氮化合物。作为一种氮系阻燃剂,与卤系阻燃剂相比,毒性更低,具有优异的阻燃综合性能。尼龙6是一种韧性良好的、电性能优异、耐油、耐磨的重要工程塑料,但其应用于电子电器、交通建筑领域时,还需要进行阻燃处理。
《高分子材料科学与工程》2004年20(3)期、中国专利200510022046.4、中国专利03135668.0公开了三聚氰胺氰尿酸盐阻燃尼龙。但是以上研究一种方式是对三聚氰胺氰尿酸盐进行分子复合改性,然后制备阻燃尼龙,另一种方式是以原位复合方式先制备阻燃剂。中国专利200710011841.2提供了一种将尼龙6、三聚氰胺氰尿酸盐、抗氧剂、磷酸三苯酯或者硼酸锌混合,采用反应挤出方法制备三聚氰胺氰尿酸盐/尼龙6阻燃材料,阻燃性能能够达到UL94V-0,但并未公开GWFI测试和力学性能等数据。
JP 60037829B2描述了一种阻燃聚酰胺组合物,基于聚酰胺的重量,包含3-30重量%的三聚氰胺氰尿酸盐和5-60重量%的无机填料(例如滑石粉),其中三聚氰胺氰尿酸盐/无机填料的重量比被调整为介于1/5和1/3之间,所举例说明的组合物都基于聚酰胺的重量含30wt%的无机填料和10wt%的三聚氰胺氰尿酸盐(这对应于基于组合物的总量21.4wt%的无机填料和7.1wt%的三聚氰胺氰尿酸盐)。这种已知聚酰胺组合物的缺点是填料的量受限制。
中国专利申请200980126940.2,阻燃聚酰胺组合物,公开了一种聚酰胺组合物,该组合物包含聚酰胺,三聚氰胺氰尿酸盐和作为矿物填料的滑石,其中滑石的量高于25wt%,并且三聚氰胺氰尿酸盐/滑石的重量比高于1/3。当用于聚酰胺组合物的滑石粉的含量为25%,增大MAC的用量,没有使燃烧时间的缩短;当所用滑石的量超过25%时,增加MAC的用量至聚氰胺氰尿酸盐/滑石的重量比高于1/3时,可以导致燃烧时间缩短,顺利通过灼热丝960℃的测试。该组合物通常用于电气电子部件业,主要用于用于微型断路器。
现有阻燃填充尼龙存在非环保阻燃、阻燃等级低、GWFI测试不稳定等问题。因此,发明一种具备GWFI测试稳定、环保阻燃等特性的聚酰胺组合物,在低压电子电器领域具备良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种以无机填料填充、三聚氰胺氰尿酸盐及协同阻燃剂阻燃的无卤填充阻燃尼龙6复合材料,适用于低压电子电器产品。本发明的可接受的燃烧时间指的是能顺利通过960℃下的GWFI测试。
为了达到上述目的,本发明提供了一种无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其特征在于,由如下原料制成:
尼龙6树脂 53-70重量份;
三聚氰胺氰尿酸盐 7-15重量份;
无机填料 20-30重量份;
协同阻燃剂 0-5重量份;
加工助剂 1-5重量份;
所述的无机填料为滑石粉、硅石灰、球状玻璃微珠和扁平玻璃纤维中的一种或者两种以上的混合物。
所述的尼龙6树脂优选为低粘度尼龙6树脂,更优选为相对粘度为2.2-2.5的尼龙6树脂。
优选地,所述的滑石粉的平均粒径为1000-5000目;所述的硅石灰的长径比为10-20∶1;所述的球状玻璃微珠的直径为10-30μm;所述的扁平玻璃纤维优选为主横截面轴与次横截面轴的尺寸比率为2-6,长度为2-3mm短切扁平玻璃纤维。
所述的协同阻燃剂优选为硼酸锌、含磷阻燃剂和蒙脱土中的一种或者两种以上的混合物。
更优选地,所述的含磷阻燃剂为苯氧基磷腈化合物和磷酸三苯酯中的一种或其混合物。所述的蒙脱土为平均晶片厚度小于25nm的钠基蒙脱土。
所述的加工助剂优选为润滑剂、抗氧剂、稳定剂和脱模剂中的至少一种。
更优选地,所述的润滑剂为脂肪酸酯混合物、白矿油和季戊四醇硬脂酸酯中的一种或两种以上的组合物;所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或其组合物;所述的脱模剂为硬脂酸盐;所述的稳定剂为芳香族胺类稳定剂。
进一步地,所述的受阻酚类抗氧剂为四〔亚甲基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯〕甲烷、N,N′-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯或N,N’-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼。
进一步地,所述的亚磷酸酯类抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、四(2,4-二叔丁基酚)-4,4’-联苯基二亚磷酸酯或双(2,6-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或亚磷酸三苯酯。
本发明还提供了上述无卤填充阻燃尼龙6复合材料的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
第一步:将尼龙6树脂53-70重量份、三聚氰胺氰尿酸盐7-15重量份、无机填料20-30重量份、协同阻燃剂0-5重量份和加工助剂1-5重量份加入高混机混合得到预混料;
第二步:将第一步得到的预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中,进行熔融挤出、冷却造粒,得到无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其中,双螺杆挤出机的工艺参数为:一区温度210℃,二区温度230℃,三区温度250℃,四区温度250℃,五区温度240℃,六区温度240℃,七区温度240℃,八区温度230℃,九区温度240℃;主机转速350转/分钟。
本发明的无卤填充阻燃尼龙6复合材料主要用于制造低压电器制品。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明的无卤填充阻燃尼龙6复合材料能够通过960℃下的GWFI测试,还具备低成本、高模量、高强度和优异的尺寸稳定性、环保阻燃等特性,具备良好的应用前景。
与背景技术《高分子材料科学与工程》2004年20(3)期、中国专利200510022046.4、中国专利03135668.0相比,本发明并未对三聚氰胺氰尿酸盐进行分子复合改性,然后制备阻燃尼龙;也不是以原位复合方式先制备阻燃剂在改性尼龙,而是直接以三聚氰胺氰尿酸盐经过熔融挤出改性尼龙,相比之下本发明的制备工艺更为简单,生产流程及周期短,节约成本。与中国专利200710011841.2、JP 60037829B2和中国专利申请200980126940.2相比,本发明通过添加无机填料(包括滑石粉、硅灰石、玻璃微珠、扁平玻纤)在提高材料的阻燃性能的同时保持材料良好力学性能,这是由于这些无机填料的加入通过增强作用提高材料的模量等性能;另一方面是,燃烧时在碳化层的膨胀过程中,无机填料可以很好的和碳化层结合起来,有利于更致密的碳化层的形成或者可以有效增强树脂基体和碳化层,这样就可以作为碳化层的一部分增强阻燃性能,这样就显著提高了阻燃性。同时协同阻燃剂的选择以及与填料的配合使用在材料阻燃性能和力学性能的提高方面起到了非常关键的作用。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,作详细说明如下。
实施例1-11
实施例1-11采用的原料中,尼龙6为PA6M2400(新会美达生产);三聚氰胺氰尿酸盐为市售粉体(四川精细化工生产);滑石粉为3000目的超细滑石粉;硅灰石为长径比为15-20∶1针状硅石灰;球状玻璃微珠的平均直径约为15μm;扁平玻璃纤维为主横截面轴与次横截面轴的尺寸比率为2,长度为2-3mm的短切纤维。蒙脱土为浙江丰虹粘土化工生产的钠基蒙脱土DK5;硼酸锌为淄博旭贝化工生产的ZB-2335;苯氧基聚磷腈为淄博蓝印化工生产的KP-735NA;磷酸三苯酯为常州科安化工生产;稳定剂为聚碳化二亚胺,采用德国莱茵化学生产的STABAXOL-1;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(Ciba公司的Irganox 1098)和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(Ciba公司的Irganox 168);润滑剂为美国Struktol公司的TR044;脱模剂为硬脂酸钙。
实施例1-11及对比例中各原料的重量份配比按照表1所示,其制备方法如下:
(1)按照各原料含量(重量份)将各原料加入高混机混合得到预混料;
(2)将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中,进行熔融挤出、冷却造粒,得到无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其中,双螺杆挤出机的工艺参数为:一区温度210℃,二区温度230℃,三区温度250℃,四区温度250℃,五区温度240℃,六区温度240℃,七区温度240℃,八区温度230℃,九区温度240℃;主机转速350转/分钟。
本发明的性能检测方法和标准为:
拉伸强度按照ISO527-2标准进行测试;弯曲强度及弯曲模量按照ISO178标准进行测试;缺口冲击强度按照ISO179标准进行测试;阻燃GWFI测试按照IEC60695标准测试,各测试结果如表1所示。
从表1中可以看出,根据本发明制备的无卤填充阻燃尼龙6复合材料不仅具有良好的力学性能,而且具有优异的阻燃性能,可以广泛的应用于低压电子电器、等对材料力学性能和阻燃性能要求较高的领域,充分满足GWFI测试要求。本发明通过MCA或者MCA与协同阻燃剂的阻燃尼龙6材料,能够顺利通过960℃,1mm的GWFI测试水平,燃烧时,低烟、低毒,同时材料整体上保持良好的力学性能,尤其是材料的模量显著提高,而且体系的流动性好,利于生产加工。与其他阻燃尼龙6材料相比,本发明的阻燃材料是高效无卤环保的阻燃材料,可以充分满足低压电器使用要求。
Claims (7)
1.一种无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其特征在于,由如下原料制成:
尼龙6树脂 53-70重量份;
三聚氰胺氰尿酸盐 7-15重量份;
无机填料 20-30重量份;
协同阻燃剂 0-5重量份;
加工助剂 1-5重量份;
所述的无机填料为滑石粉、硅石灰、球状玻璃微珠和扁平玻璃纤维中的一种或者两种以上的混合物。
2.如权利要求1所述的无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其特征在于,所述的尼龙6树脂为相对粘度为2.2-2.5的尼龙6树脂。
3.如权利要求1所述的无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其特征在于,所述的协同阻燃剂为硼酸锌、含磷阻燃剂和蒙脱土中的一种或者两种以上的混合物。
4.如权利要求3所述的无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其特征在于,所述的含磷阻燃剂为苯氧基磷腈化合物和磷酸三苯酯中的一种或其混合物。
5.如权利要求1所述的无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其特征在于,所述的加工助剂为润滑剂、抗氧剂、稳定剂和脱模剂中的至少一种。
6.如权利要求5所述的无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其特征在于,所述的润滑剂为脂肪酸酯混合物、白矿油和季戊四醇硬脂酸酯中的一种或两种以上的组合物;所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或其组合物;所述的脱模剂为硬脂酸盐;所述的稳定剂为芳香族胺类稳定剂。
7.权利要求1所述的无卤填充阻燃尼龙6复合材料的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
第一步:将尼龙6树脂53-70重量份、三聚氰胺氰尿酸盐7-15重量份、无机填料20-30重量份、协同阻燃剂0-5重量份和加工助剂1-5重量份加入高混机混合得到预混料;
第二步:将第一步得到的预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入到双螺杆挤出机中,进行熔融挤出、冷却造粒,得到无卤填充阻燃尼龙6复合材料,其中,双螺杆挤出机的工艺参数为:一区温度210℃,二区温度230℃,三区温度250℃,四区温度250℃,五区温度240℃,六区温度240℃,七区温度240℃,八区温度230℃,九区温度240℃;主机转速350转/分钟。
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