CN106280456A

CN106280456A - 本征型pps/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106280456A
Application number: CN201510295174.XA
Authority: CN
Inventors: 解洪俊; 周春云; 纪立军
Original assignee: JIANGSU BAOYUAN GAOXIN ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: JIANGSU BAOYUAN GAOXIN ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2017-01-04

Abstract

本发明涉及一种本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料及其制备方法，属于电缆料技术领域。所述的组合物包括质量百分比50-60%的聚苯硫醚PPS为基料、2-4%的抗氧剂、8-13%的聚苯硫醚PPS接枝马来酸酐共聚物相容剂、16-22%的玻璃纤维、8-10%的聚四氟乙烯、1-2%的脱模剂、2-3%埃洛石纳米管和1-2%的硅烷偶联剂。采用本发明的本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料用组合物制备的本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料用组合物有良好的力学性能和阻燃性能。

Description

本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料及其制备方法，属于电缆料技术领域。

技术背景

随着人们安全和环保意识的增强，无卤阻燃产品应用越来越广泛，在家电行业、建材、电信、汽车等一些行业对无卤阻燃材料具有很大的需求。在电器方面，我国已经成为世界上最大的电器生产国和世界上最大的电器出口国，一些国家以对含卤素制品进口的限制而产生的变相“技术壁垒”，因此无卤阻燃材料有非常大的应用前景。其中阻燃高分子材料可以分为非本征阻燃高分子和本征阻燃高分子[1]。非本征型阻燃高分子材料主要是通过填充阻燃剂的方法实现阻燃，大部分的通用塑料如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和乙烯醋酸乙烯酯（EVA）等都属于此类。本征型阻燃高分子材料由于自身特殊的化学结构或因含有阻燃元素而具有阻燃特性，此类聚合物为多乙炔苯聚合物、含稠杂环的聚合物如芳香族酰胺-酰亚胺和聚苯硫醚（PPS）等。

目前，针对非本征型阻燃高分子材料的阻燃，工业领域仍然采用卤系、磷系以及无机氢氧化物等传统阻燃剂[2]。其中，卤系阻燃剂主要采用卤化物与Sb2O3复配使用，该类阻燃剂在燃烧分解时会产生二次污染，不仅生烟量较大，而且燃烧产物中有毒气体严重危机人类生命安全，同时具有很大的腐蚀性，对环境具有潜在的威胁[3]。因此，随着人们环保意识的增强，含卤阻燃剂在很多场合已经被禁用，需要用新的无卤阻燃剂来代替。金属氢氧化物以环境友好占据的阻燃剂市场一席之地，但较低的阻燃效率以及高填充时对材料力学性能极大的劣化限制了其应用。作为新兴的环境友好型阻燃体系，磷氮型膨胀阻燃剂（IFR）成为阻燃聚烯烃材料的研究热点。IFR具有无毒环保，而且阻燃高效，但填充量增加到一定程度仍然对材料机械物理性能损失很大。

聚苯硫醚(PPS)，又名聚亚苯基硫醚，英文名Polyphenylene Sulfide，简称PPS。分子链的特殊结构赋予了硫醚键的柔顺性和大分子的刚性，是一种结晶性热塑性特种工程塑料, 综合性能优越, 具有优良的耐热、耐腐蚀性能, 以下不溶于任何溶剂[4]。本征阻燃高分子材料的热稳定性及阻燃性与其内部化学键的强度有关，PPS由于分子结构中带有S原子，使其阻燃性非常突出，其氧指数为44%~53%，可达到UL94的V-0/5V级[5]，为燃烧安全性的最高级别，无需在树脂中加入阻燃剂即可达到阻燃要求，符合国际上对高分子材料在安全、无毒等方面的要求及其发展趋势，因此, PPS被誉为继聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）、聚甲醛（POM）、尼龙（PA）、聚苯醚（PPO）之后的第六大通用工程材料，也是八大宇航材料之一，被广泛地应用于板、管、膜、丝等部件的制作，还应用于汽车、电子电气、机械仪表、机械设备、国防、航空航天、家电等领域[6]。所以寻找一种新型的具有阻燃协同作用的填充物，提高其阻燃效率，同时能够补充由于添加膨胀阻燃剂所引起的力学性能的损失，是一件非常有意义的工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料及其制备方法，解决现有无卤膨胀阻燃电缆外护套料的组合物因采用的膨胀阻燃剂在达到改善阻燃目的的同时以损害此材料的其它性能为代价，存在材料的力学性能受到较大损失的不足，通过本发明实现在进一步提高材料的阻燃性能的同时，不影响材料本体性能，增强材料的力学性能，提升产品质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料的组合物，其特征是，所述的组合物包括质量百分比50-60%的聚苯硫醚PPS为基料、2-4%的抗氧剂、8-13%的聚苯硫醚PPS接枝马来酸酐共聚物相容剂、16-22%的玻璃纤维、8-10%的聚四氟乙烯、1-2%的脱模剂、2-3%埃洛石纳米管和1-2%的硅烷偶联剂。

本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料组合物的制备方法，其特征是，所述方法依次包括以下步骤：

1）取2-3%埃洛石纳米管、1-2%的硅烷偶联剂加入高速搅拌机中混合不少于4分钟；

2）在上述1）高速搅拌机的混合料中加入8-13%的聚苯硫醚PPS接枝马来酸酐共聚物相容剂、16-22%的玻璃纤维后混合不少于25分钟；

3）在上述２）高速搅拌机的混合料中依次加入50-60%的聚苯硫醚PPS、8-10%的聚四氟乙烯、2-4%的抗氧剂、1-2%的脱模剂后混合25分钟；

4）将上述３）混合好的料加入到双辊开炼机中熔融共混，共混温度为240℃-290℃，时间为10分钟。

本发明将埃洛石纳米管、玻璃纤维引入本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料，埃洛石纳米管(HNTs)是一种结晶良好价格低廉具有较大长径比的天然纳米管，与碳纳米管相比有以下优点：价格便宜，来源广泛；其表面含有羟基，适合进一步改性；其富含Si-O键与Al-O键，与蒙脱土类似。因此在聚合物无卤阻燃以及增加热稳定性方面具有潜在的应用价值。传统的膨胀阻燃在达到改善阻燃目的的同时以损害此材料的其它性能为代价，而埃洛石纳米管由于自身结构和组成的特性，在达到阻燃改性的目的同时，不影响材料本体性能，同时增强了材料的力学性能，而且工艺简单，便于操作控制，原材料成本低，来源广泛。

采用本发明的本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料用组合物制备的本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料用组合物有良好的力学性能和阻燃性能。

具体实施方法

结合实施例进一步说明本发明，本发明包括质量百分比50-60%的聚苯硫醚PPS为基料、2-4%的抗氧剂、8-13%的聚苯硫醚PPS接枝马来酸酐共聚物相容剂、16-22%的玻璃纤维、8-10%的聚四氟乙烯、1-2%的脱模剂、2-3%埃洛石纳米管和1-2%的硅烷偶联剂。

实施例一：秤取2%的埃洛石纳米管、1%的硅烷偶联剂加入高速搅拌机中混合不少于4分钟；；再秤取10%的聚苯硫醚PPS接枝马来酸酐共聚物相容剂、18%的玻璃纤维，倒入高速搅拌机中混合25分钟以上；然后依次加入60%的聚苯硫醚PPS、6%的聚四氟乙烯、1%的抗氧剂、2%的脱模剂后混合25分钟以上；抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，脱模剂为硬脂酸钙，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。将混合好的料加入到双辊开炼机中，进行熔融共混，制得本发明的本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料用的组合物。

将所得组合物在硫化机中硫化成片，硫化温度为280℃，时间为10分钟，然后制得极限氧指数、垂直燃烧测试样条和力学性能测试样条。其测试结果如表1所示。

实施例二，秤取2%的埃洛石纳米管、1%的硅烷偶联剂加入高速搅拌机中混合5分钟；再秤取13%的聚苯硫醚PPS接枝马来酸酐共聚物相容剂、22%的玻璃纤维，倒入高速搅拌机中混合25分钟以上；然后依次加入50%的聚苯硫醚PPS、10%的聚四氟乙烯、1%的抗氧剂、1%的脱模剂后混合25分钟以上；抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，脱模剂为硬脂酸钙，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。将混合好的料加入到双辊开炼机中，进行熔融共混，制得本发明的本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料用的组合物。

将所得组合物在硫化机中硫化成片，硫化温度为290℃，时间为10分钟，然后制得极限氧指数、垂直燃烧测试样条和力学性能测试样条。其测试结果如表1所示。

对比例一，秤取1%的埃洛石纳米管、1.5%的硅烷偶联剂加入高速搅拌机中混合不少于5分钟；；再秤取7.5%的聚苯硫醚PPS接枝马来酸酐共聚物相容剂、18%的玻璃纤维，倒入高速搅拌机中混合30分钟以上；然后依次加入25%的聚苯硫醚PPS、30%的环氧树脂、8%的聚四氟乙烯、1%的抗氧剂、1%的脱模剂后混合20分钟以上；抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，脱模剂为硬脂酸钙，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。将混合好的料加入到双辊开炼机中，进行熔融共混，制得本发明的本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料用的组合物。

将所得组合物在硫化机中硫化成片，硫化温度为280℃，时间为30分钟，然后制得极限氧指数、和垂直燃烧测试样条和力学性能测试样条。其测试结果如表1所示。

表1

实施例/对比例	实施例1	实施例2	对比例1
				拉伸强度（MPa）	35	33	29.6
断裂伸长率（%）	100	100	80
				极限氧指数（%）	51	48.8	46.8
垂直燃烧测试（UL-94）	V0	V0	V0
				热释放速率（kw/m²）	208	190	257
总热释放量（Mj/m²）	70	75	116.8
				热释放峰值时间（s）	335	290	155

由表1数据可知，实施例1、实施例2与对比例1中材料的拉伸强度相比3.4-5.4MPa，断裂伸长率略有提高，材料的强度提高能够保证某些场合材料的应用。极限氧指数提高约2%，材料的热释放速率降低19-26%，总热释放量降低约35-40，热释放峰值时间增加为原来的2倍。在很小的添加量，较少的成本时，材料的热性能和阻燃性能有很大程度的提升，减小了火灾发生的危险性。即使发生火灾，热释放速率的降低和热释放量的降低，将减小火灾造成的伤害，热释放峰值时间的延长将为火灾的救援和人的自救提供宝贵的时间。

Claims

1.一种本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料的组合物，其特征是，所述的组合物包括质量百分比50-60%的聚苯硫醚PPS为基料、2-4%的抗氧剂、8-13%的聚苯硫醚PPS接枝马来酸酐共聚物相容剂、16-22%的玻璃纤维、8-10%的聚四氟乙烯、1-2%的脱模剂、2-3%埃洛石纳米管和1-2%的硅烷偶联剂。

2.本征型PPS/玻纤/环氧树脂/埃洛石微纳复合阻燃电缆材料组合物的制备方法，其特征是，所述方法依次包括以下步骤：

（1）取2-3%埃洛石纳米管、1-2%的硅烷偶联剂加入高速搅拌机中混合不少于4分钟；

（2）在上述（1）高速搅拌机的混合料中加入8-13%的聚苯硫醚PPS接枝马来酸酐共聚物相容剂、16-22%的玻璃纤维后混合不少于25分钟；

（3）在上述（２）高速搅拌机的混合料中依次加入50-60%的聚苯硫醚PPS、8-10%的聚四氟乙烯、2-4%的抗氧剂、1-2%的脱模剂后混合25分钟；

（4）将上述（３）混合好的料加入到双辊开炼机中熔融共混，共混温度为240℃-290℃，时间为10分钟。