CN104004350B - 一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，由如下重量份数的组分：聚酰胺6树脂60~70份、玻璃纤维10～30份、阻燃剂5‑8份、阻燃协效剂2‑3份、相容剂6～12份、抗氧剂0.3～0.8份以及润滑剂0.3～0.8份共混而成。本发明还公开了上述复合材料的制备方法。本发明的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料不仅具有优良的综合力学性能和阻燃性能，而且采用该复合材料制得的成品尺寸稳定、低翘曲、耐油、耐高温，由于本发明复合材料所需阻燃剂添加量少，因此大大降低了材料的生产成本，本发明复合材料能够广泛应用于电子电器、汽车等特殊领域。

Description

一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，还涉及上述复合材料的制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
玻纤增强PA6（聚酰胺6即为PA6，以下简称PA6）是PA6改性中一种常用的改性方法，玻纤增强后的PA6在力学性能、耐疲劳、耐蠕变性等方面均有得明显的提高，同时采用该材料制得的成品尺寸稳定，从而扩大了PA6的应用领域。然而，由于玻纤的“烛芯效应”，玻纤增强PA6比纯PA6更易燃烧，且易产生带焰滴落，从而限制了玻纤增强PA6在阻燃要求较髙产品上的应用。
三聚氰胺聚磷酸盐(M P P) MPP中的磷、氮元素共存，燃烧过程中MPP释放酸源、气源，促进PA6降解形成膨胀炭层，既可吸附熔滴，也可使内部基材与氧、热隔绝，达到阻燃的效果，但是将MPP应用到玻纤增强PA6上，如若要达到较高的阻燃级别，就要增大MPP的添加量，这样就会导致复合材料的力学性能损失很大，尤其是冲击强度损失较大，不能满足应用要求。针对这一问题，可通过添加增韧剂的途径予以解决。常用于PA6的增韧剂有弹性体EPDM、SBS、POE、EVA或有机/无机刚性纳米粒子、聚烯烃PE或PP等。但是通过研究发现，在阻燃玻纤增强PA6复合材料中加入增韧剂会导致复合材料的阻燃性能下降。因此一种所需阻燃剂添加量少，且同时还能具备良好力学性能和阻燃性能的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料的开发很有必要。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种所需阻燃剂添加量少，且同时还能具备良好力学性能和阻燃性能的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料。
本发明还要解决的技术问题是提供上述玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：
一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，由如下重量份数的组分：聚酰胺6树脂60~70份、玻璃纤维10～30份、阻燃剂5-8份、阻燃协效剂2-3份、相容剂6～12份、抗氧剂0.3～0.8份以及润滑剂0.3～0.8份共混而成。
其中，所述阻燃剂为聚多磷酸铵、三聚氰胺、膨胀型石墨、三聚氰胺磷酸盐、硼酸锌、TGIC、MCA或MPP中的任意一种或任意几种按任意比例的混合，进一步优选三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)或蜜胺聚磷酸盐(MPP)。
其中，所述阻燃协效剂为硼酸锌或季戊四醇或两种阻燃协效剂按任意比例的混合。阻燃协效剂在整个阻燃体系中起到协调物理性能，提高阻燃效果的作用，阻燃协效剂的添加能够大大减少阻燃剂的用量。
其中，所述相容剂由以下方法制备得到：在60℃恒温水浴下，将苯乙烯和丙烯酸在168引发剂作用下进行缩聚反应，得到苯乙烯—丙烯酸共聚物，其中，苯乙烯、丙烯酸和引发剂的体积比为60：40：0.2；将苯乙烯—丙烯酸共聚物通过物理喷淋包覆在硅橡胶的表面，得到表面包覆聚苯乙烯-丙烯酸的硅橡胶。上述方法中引发剂为：UV树脂引发剂（EB168）。
硅橡胶表面的笨乙烯自带苯环，苯环本身具有很好的阻燃效果，因此复合材料里所需添加的阻燃剂变少；另外，硅橡胶表面的苯乙烯—丙烯酸能提高硅橡胶与阻燃剂之间的相容性，从而减小了由于阻燃剂的添加对复合材料力学性能的影响，进而提高了复合材料的力学性能，另外，硅橡胶本身就是增韧剂，进而核壳结构硅橡胶的加入大大提高了复合材料的力学性能。
硅橡胶是一种高效、耐候型抗冲击改性剂，它是由苯乙烯-丙烯酸接枝共聚物和二甲基硅橡胶形成的IPN结构的聚合物，表面为苯乙烯-丙烯酸，硅橡胶在复合材料中既起到增容作用同时还有增韧的效果，核壳结构的硅橡胶能使复合材料用很少的添加量（即阻燃剂的添加量大大减少）就使材料既表现出很好的韧性又具备很好的阻燃性能。
其中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂1098中的任意一种或任意两种按任意比例的混合。
上述玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将所需重量份数的聚酰胺6树脂进行干燥处理；其中，干燥时间为2-5h，干燥温度为100°C；
步骤2，将所需重量份数的阻燃剂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂、润滑剂以及干燥后的聚酰胺6树脂置于搅拌机中，高速搅拌下混合均匀，得到预混料；其中，搅拌时间为5~10min；
步骤3，将步骤2的预混料以及一定重量份数的玻璃纤维放入双螺杆挤出机中，其中，双螺杆挤出机的转速为150~250转/分，挤出温度为235-255°C，挤出并水冷造粒，即可得到所需的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料。
有益效果：相比于现有技术，本发明的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料不仅具有优良的综合力学性能和阻燃性能，而且采用该复合材料制得的成品尺寸稳定、低翘曲、耐油、耐高温，由于本发明复合材料所需阻燃剂添加量少，因此大大降低了材料的生产成本，本发明复合材料能够广泛应用于电子电器、汽车等特殊领域。本发明的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料制备方法工艺简单、合理，成本低，效率高。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例中所用硅橡胶均为表面包覆有苯乙烯-丙烯酸聚合物的硅橡胶。
本发明复合材料中的聚酰胺6树脂、玻璃纤维、阻燃剂、阻燃协效剂、抗氧剂以及润滑剂均为市售商品。
实施例1
一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，采用如下重量份数的组分：PA6树脂60份、玻璃纤维20份、三聚氰胺氰尿酸盐8份、季戊四醇2份、硅橡胶6份、抗氧剂10100.3份以及润滑剂0.3份共混而成。
该玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料具体采用如下步骤制备得来：
步骤1，将60份PA6树脂进行干燥处理；其中，干燥时间为2h，干燥温度为100°C；
步骤2，将8份三聚氰胺氰尿酸盐、2份季戊四醇、6份硅橡胶、0.3份抗氧剂1010、0.3份润滑剂以及干燥后的60份PA6树脂置于搅拌机中，高速搅拌下混合均匀，得到预混料；其中，搅拌时间为7min；
步骤3，将步骤2的预混料以及20份玻璃纤维放入双螺杆挤出机中，其中，双螺杆挤出机的转速为180转/分，挤出温度为235°C，挤出并水冷造粒，即可得到所需的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料。
实施例2
一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，采用如下重量份数的组分：PA6树脂70份、玻璃纤维25份、蜜胺聚磷酸盐6份、硼酸锌2份、硅橡胶10份、抗氧剂10760.5份以及润滑剂0.5份共混而成。
该玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料具体采用如下步骤制备得来：
步骤1，将70份PA6树脂进行干燥处理；其中，干燥时间为4h，干燥温度为100°C；
步骤2，将6份蜜胺聚磷酸盐、2份硼酸锌、10份硅橡胶、0.5份抗氧剂1076、0.5份润滑剂以及干燥后的70份PA6树脂置于搅拌机中，高速搅拌下混合均匀，得到预混料；其中，搅拌时间为10min；
步骤3，将步骤2的预混料以及25份玻璃纤维放入双螺杆挤出机中，其中，双螺杆挤出机的转速为220转/分，挤出温度为250°C，挤出并水冷造粒，即可得到所需的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料。
实施例3
一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，采用如下重量份数的组分：PA6树脂65份、玻璃纤维30份、三聚氰胺磷酸盐5份、硼酸锌和季戊四醇的混合物3份、硅橡胶12份、抗氧剂10980.8份以及润滑剂0.8份共混而成。
该玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料具体采用如下步骤制备得来：
步骤1，将65份PA6树脂进行干燥处理；其中，干燥时间为5h，干燥温度为100°C；
步骤2，将5份三聚氰胺磷酸盐、3份硼酸锌和季戊四醇的混合物、12份硅橡胶、0.8份抗氧剂1098、0.8份润滑剂以及干燥后的65份PA6树脂置于搅拌机中，高速搅拌下混合均匀，得到预混料；其中，搅拌时间为5min；
步骤3，将步骤2的预混料以及30份玻璃纤维放入双螺杆挤出机中，其中，双螺杆挤出机的转速为250转/分，挤出温度为255°C，挤出并水冷造粒，即可得到所需的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料。
实施例4
一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，采用如下重量份数的组分：PA6树脂65份、玻璃纤维20份、聚多磷酸铵8份、硼酸锌3份、硅橡胶12份、抗氧剂10980.8份以及润滑剂0.8份共混而成。
该玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料具体采用如下步骤制备得来：
步骤1，将65份PA6树脂进行干燥处理；其中，干燥时间为5h，干燥温度为100°C；
步骤2，将8份聚多磷酸铵、3份硼酸锌、12份硅橡胶、0.8份抗氧剂1098、0.8份润滑剂以及干燥后的65份PA6树脂置于搅拌机中，高速搅拌下混合均匀，得到预混料；其中，搅拌时间为10min；
步骤3，将步骤2的预混料以及20份玻璃纤维放入双螺杆挤出机中，其中，双螺杆挤出机的转速为150转/分，挤出温度为255°C，挤出并水冷造粒，即可得到所需的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料。
对比实施例：
一种聚酰胺6复合材料，采用如下重量份数的组分：PA6树脂65份、玻璃纤维20份、聚多磷酸铵18份、硼酸锌3份、聚乙烯接枝马来酸酐12份、抗氧剂10980.8份以及润滑剂0.8份共混而成。
性能测试数据：
表1
将表1 中的实施例数据与对比例数据相比可知，本发明实施例所得的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料具有很好的阻燃效果和良好的力学性能，随着硅橡胶组分含量在复合材料中的增加，复合材料的阻燃效果和力学性能呈递增趋势，当硅橡胶在复合材料中组分含量不变时，阻燃剂组分含量的增加对复合材料力学性能的影响不大；另外，相对对比实施例而言，本发明实施例的力学性能有了很大提高，且无卤阻燃剂的加入量明显减少。
上述实施方式为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，其特征在于：采用如下重量份数的组分：聚酰胺6树脂60～70份、玻璃纤维10～30份、阻燃剂5-8份、阻燃协效剂2-3份、相容剂6～12份、抗氧剂0.3～0.8份以及润滑剂0.3～0.8份共混而成；所述相容剂为表面包覆聚苯乙烯-丙烯酸的硅橡胶；
其中，所述相容剂由以下方法制备而成：在60℃恒温水浴下，将苯乙烯和丙烯酸在UV树脂引发剂作用下进行缩聚反应，得到苯乙烯-丙烯酸共聚物，其中，苯乙烯、丙烯酸和引发剂的体积比为60∶40∶0.2；将苯乙烯-丙烯酸共聚物通过物理喷淋包覆在硅橡胶的表面，得到表面包覆聚苯乙烯-丙烯酸的硅橡胶。
2.根据权利要求1所述玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为聚多磷酸铵、三聚氰胺、膨胀型石墨、三聚氰胺磷酸盐、TGIC、MCA或MPP中的任意一种或任意几种按任意比例的混合。
3.根据权利要求1所述玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，其特征在于：所述阻燃协效剂为硼酸锌或季戊四醇或两种阻燃协效剂按任意比例的混合。
4.根据权利要求1所述玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂1098中的任意一种或任意两种按任意比例的混合。
5.权利要求1所述玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，将所需重量份数的聚酰胺6树脂进行干燥处理；
步骤2，将所需重量份数的阻燃剂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂、润滑剂以及干燥后的聚酰胺6树脂置于搅拌机中，高速搅拌下混合均匀，得到预混料；
步骤3，将步骤2的预混料以及一定重量份数的玻璃纤维放入双螺杆挤出机中，其中，双螺杆挤出机的转速为150～250转/分，挤出温度为235-255℃，挤出并水冷造粒，即可得到所需的玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料。
6.根据权利要求5所述玻纤增强无卤阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述干燥时间为2-5h，干燥温度为100℃。
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