CN106519658A - 一种碳纤维增强的耐火型pa66/pp电力金具材料及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维增强的耐火型pa66/pp电力金具材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料，及其制备工艺，其特征在于，以PA66、碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯、三聚氰胺氰尿酸盐、硼酸锌、次磷酸铝、竹炭、硅橡胶、水性聚氨酯、马来酸酐接枝聚丙烯、牛血清白蛋白溶液、六钛酸钾晶须、氧化石墨烯、多壁碳纳米管、环氧树脂、空心玻璃微珠、邻苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺、马来酸酐接枝POE、辛酸硒、氢氧化镁、防白蚁剂等为原料。本发明采用硼酸锌对三聚氰胺氰尿酸盐进行包覆，得复合阻燃剂；以牛血清白蛋白改性玻璃纤维表面，利用静电吸附原理制备氧化石墨包覆的玻璃纤维复合材料；碳纤维增强PA66具有优异的力学性能、自润滑性和导电性能；得到一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料。

Description

一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及电力金具材料领域，具体涉及一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料，及其制备工艺。
背景技术
金具是电力输送过程中的重要部件，以节能减排为目的，开发新型易加工、可回收的塑料电力金具材料具有重要的实际意义。碳纤维增强PA66具有优异的力学性能、自润滑性和导电性能等，但是鉴于金具用于户外高空，使用环境恶劣，而尼龙在长期水、光照和热的作用下易降解。
潘任行在其硕士论文《碳纤维表面修饰及增强尼龙66复合材料的研究》中，先将碳纤维进行电化学表面处理，在碳纤维表面引入活性基团比如-C-OH和-COOH，然后使用自配的聚氨酯(PU)上浆剂对碳纤维进行上浆处理，最后将碳纤维通过挤出造粒和注塑的方法制备成碳纤维增强尼龙66(CFRPA66)。但得到的材料耐候性不足，而且不具备阻燃性能。
本发明以次磷酸铝为阻燃剂，以竹炭为协效剂，采用硼酸锌对三聚氰胺氰尿酸盐进行包覆，得复合阻燃剂；以马来酸酐接枝聚丙烯为增容剂，以核-壳结构的硅橡胶为增韧剂，碳纤维增强PA66具有优异的力学性能、自润滑性和导电性能；以牛血清白蛋白改性玻璃纤维表面，利用静电吸附原理制备氧化石墨包覆的玻璃纤维复合材料；多壁碳纳米管的加入提高了PA66纤维的力学性能和玻璃化温度；采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/聚酰胺66(PA66)共混物，以马来酸酐接枝POE为增容剂，提高了共混物的拉伸强度和断裂伸长率；得到一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料及其制备工艺，依照该工艺制作的电力金具材料具有质轻、耐候、耐火、阻燃的优良性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
PA66 20-28，聚丙烯(PP)10-14，碳纤维9-15，玻璃纤维5-9，三聚氰胺氰
尿酸盐2-5，硼酸锌2-4，次磷酸铝3-5，竹炭1-3，硅橡胶2-4，水性聚氨酯1-2，马来酸酐接枝聚丙烯2-4，牛血清白蛋白溶液1-3，六钛酸钾晶须2-3，氧化石墨烯1-2，环氧树脂2-3，空心玻璃微珠2-5，邻苯二甲酸二丁酯1-2，二甲基硅油1-2，聚酰胺1-3，马来酸酐接枝POE1-3，多壁碳纳米管2-5，辛酸硒2-4，氢氧化镁3-5，防白蚁剂1-3，NaOH溶液，NH4HCO3、丙酮、HCl溶液、适量。
一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
a. 向三聚氰胺氰尿酸盐中加NaOH溶液，搅拌均匀，加入硼酸锌，升温60-90℃反应1-2h，得白色粘稠产物，抽滤、水洗3-5次，于110-160℃干燥1-2h；将次磷酸铝、竹炭在100-140℃烘干1-2h后，与前者混合，超细粉碎，得复合阻燃剂；
b. 将碳纤维置于退浆炉中，在氮气保护下，于400-600℃进行高温退浆处理，然后置于电解液NH4HCO3中，在50-90℃电解90-150s，水洗3-5次，90-130℃干燥1-2h，再与硅橡胶、水性聚氨酯混合；将马来酸酐接枝聚丙烯在70-90℃真空干燥箱中干燥1-2 h后，与前者混合球磨1-2h待用；
c. 将玻璃纤维在丙酮中浸泡清洗处理0.5-1h，在HCl溶液中羟基化处理1-2h，水洗3-5次，在牛血清白蛋白溶液中浸没0.5-1h，水洗3-5次，加入六钛酸钾晶须和氧化石墨烯的分散液，均匀搅拌，超声分散，调溶液pH 3-6，静置0.5-1h，冲洗3-5次，60-90℃烘干，得石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料；
d.将环氧树脂放入70-90℃水浴中，加入空心玻璃微珠和c中所得物料，混合搅拌1-2h，然后加入邻苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺，混合搅拌均匀，室温固化1-2h，将马来酸酐接枝POE在75-95℃真空干燥箱中干燥3-5 h，待用；
e. 将PA66在80-110℃真空干燥箱中干燥2-4h，与多壁碳纳米管、聚丙烯、a、b中所得物料及其他剩余原料加入高速搅拌机中充分混合得预混料，将预混料和d中所得物料分别从双螺杆挤出机的主加料口和侧加料口下料，于240-270℃挤出造粒，随后将粒子放入烘箱中于110-130℃干燥2-4h，然后用注塑机于250-280℃注射成试样，即得一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料。
本发明的反应机理及有益效果如下：
（1）次磷酸铝(AHP)具有磷含量高、阻燃效果好等优点，协效剂竹炭的加入能够促使AHP降解生成磷酸和焦磷酸，在固相中，磷酸和焦磷酸可以促进PA66降解成炭，且降解后产生的致密炭层可以阻止氧和热传递到聚合物基体内部，有利于提高材料的阻燃性能；三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）是一种典型的氮系无卤阻燃剂，无臭无味，分解温度高，低烟低毒，采用硼酸锌对MCA进行控制，使硼酸锌分散沉积在MCA表面，对MCA进行包覆，分隔成较小的独立反应体系，使得反应体系的粘度始终保持在一个较低的水平。
（2）碳纤维增强PA66具有优异的力学性能、自润滑性和导电性能，先将碳纤维进行电化学表面处理，在碳纤维表面引入活性基团比如-C-OH和-COOH，然后用水性聚氨酯对碳纤维进行上浆处理，处理后与PA66拥有更好的界面结合性能，所制备的复合材料也拥有更高的力学性能，以马来酸酐接枝聚丙烯为增容剂，以核-壳结构的硅橡胶为增韧剂。
（3）以牛血清白蛋白改性玻璃纤维表面，利用静电吸附原理制备氧化石墨包覆的玻璃纤维复合材料，具有优异的柔性和热稳定性。六钛酸钾晶须硬度低、不易磨损对磨面、与有机聚合物基体的相容性突出，在聚合物基体中分散性好。
（4）以邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂，以二甲基硅油为消泡剂，以聚酰胺为固化剂，以环氧树脂为基体，填充材料为空心玻璃微珠和玻璃纤维，制备了玻璃纤维/玻璃微珠/环氧树脂复合材料，具有轻质、高比强、多功能性等优点。
（5）以氢氧化镁为阻燃剂，以辛酸硒为热稳定剂，并加入了防白蚁剂，采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/聚酰胺66(PA66)共混物，以马来酸酐接枝POE为增容剂，提高了共混物的拉伸强度和断裂伸长率；多壁碳纳米管的加入提高了PA66纤维的力学性能和玻璃化温度。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例
一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料，由下述重量份(g)的原料制得：
PA66 28，聚丙烯(PP)14，碳纤维15，玻璃纤维5，三聚氰胺氰尿酸盐2，硼
酸锌4，次磷酸铝5，竹炭1，硅橡胶4，水性聚氨酯1，马来酸酐接枝聚丙烯2，牛血清白蛋白溶液1，六钛酸钾晶须3，氧化石墨烯2，环氧树脂2，空心玻璃微珠5，邻苯二甲酸二丁酯1，二甲基硅油1，聚酰胺1，马来酸酐接枝POE 3，多壁碳纳米管5，辛酸硒4，氢氧化镁5，防白蚁剂1，NaOH溶液，NH4HCO3、丙酮、HCl溶液、适量。
一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
a. 向三聚氰胺氰尿酸盐中加NaOH溶液，搅拌均匀，加入硼酸锌，升温80-90℃反应1h，得白色粘稠产物，抽滤、水洗3次，于140-160℃干燥1h；将次磷酸铝、竹炭在130-140℃烘干2h后，与前者混合，超细粉碎，得复合阻燃剂；
b. 将碳纤维置于退浆炉中，在氮气保护下，于500-550℃进行高温退浆处理，然后置于电解液NH4HCO3中，在70-80℃电解150s，水洗3次，110-120℃干燥1h，再与硅橡胶、水性聚氨酯混合；将马来酸酐接枝聚丙烯在80-90℃真空干燥箱中干燥1 h后，与前者混合球磨1h待用；
c. 将玻璃纤维在丙酮中浸泡清洗处理01h，在HCl溶液中羟基化处理1h，水洗3次，在牛血清白蛋白溶液中浸没1h，水洗3次，加入六钛酸钾晶须和氧化石墨烯的分散液，均匀搅拌，超声分散，调溶液pH 4-5，静置1h，冲洗3次，70-80℃烘干，得石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料；
d.将环氧树脂放入80-90℃水浴中，加入空心玻璃微珠和c中所得物料，混合搅拌1h，然后加入邻苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺，混合搅拌均匀，室温固化2h，将马来酸酐接枝POE在80-90℃真空干燥箱中干燥3h，待用；
e. 将PA66在100-110℃真空干燥箱中干燥2h，与多壁碳纳米管、聚丙烯、a、b中所得物料及其他剩余原料加入高速搅拌机中充分混合得预混料，将预混料和d中所得物料分别从双螺杆挤出机的主加料口和侧加料口下料，于250-260℃挤出造粒，随后将粒子放入烘箱中于110-120℃干燥2h，然后用注塑机于260-270℃注射成试样，即得一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料。
上述实施例制备的一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料的性能检测结果如下所示：
经耐水解性（乙二醇，130℃，50h）测试后，拉伸强度变化率为34%，弯曲强度变化率为39%，冲击强度变化率为122%，重量变化率为14%；弯曲性能损失率＜50%，符合使用要求；
经热老化（150℃，2000h）测试，拉伸强度变化率为22%，弯曲强度变化率为17%，冲击强度变化率为11%，满足损失率＜25%的要求；
经光老化（2000h）测试，拉伸强度变化率为23%，弯曲强度变化率为16%，冲击强度变化率为12%，满足损失率＜30%的要求。

Claims (2)

1.一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料，其特征在于，由下述重量份的原料制得：
PA66 20-28，聚丙烯(PP)10-14，碳纤维9-15，玻璃纤维5-9，三聚氰胺氰
尿酸盐2-5，硼酸锌2-4，次磷酸铝3-5，竹炭1-3，硅橡胶2-4，水性聚氨酯1-2，马来酸酐接枝聚丙烯2-4，牛血清白蛋白溶液1-3，六钛酸钾晶须2-3，氧化石墨烯1-2，环氧树脂2-3，空心玻璃微珠2-5，邻苯二甲酸二丁酯1-2，二甲基硅油1-2，聚酰胺1-3，马来酸酐接枝POE1-3，多壁碳纳米管2-5，辛酸硒2-4，氢氧化镁3-5，防白蚁剂1-3，NaOH溶液，NH4HCO3、丙酮、HCl溶液、适量。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
a. 向三聚氰胺氰尿酸盐中加NaOH溶液，搅拌均匀，加入硼酸锌，升温60-90℃反应1-2h，得白色粘稠产物，抽滤、水洗3-5次，于110-160℃干燥1-2h；将次磷酸铝、竹炭在100-140℃烘干1-2h后，与前者混合，超细粉碎，得复合阻燃剂；
b. 将碳纤维置于退浆炉中，在氮气保护下，于400-600℃进行高温退浆处理，然后置于电解液NH4HCO3中，在50-90℃电解90-150s，水洗3-5次，90-130℃干燥1-2h，再与硅橡胶、水性聚氨酯混合；将马来酸酐接枝聚丙烯在70-90℃真空干燥箱中干燥1-2 h后，与前者混合球磨1-2h待用；
c. 将玻璃纤维在丙酮中浸泡清洗处理0.5-1h，在HCl溶液中羟基化处理1-2h，水洗3-5次，在牛血清白蛋白溶液中浸没0.5-1h，水洗3-5次，加入六钛酸钾晶须和氧化石墨烯的分散液，均匀搅拌，超声分散，调溶液pH 3-6，静置0.5-1h，冲洗3-5次，60-90℃烘干，得石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料；
d.将环氧树脂放入70-90℃水浴中，加入空心玻璃微珠和c中所得物料，混合搅拌1-2h，然后加入邻苯二甲酸二丁酯、二甲基硅油、聚酰胺，混合搅拌均匀，室温固化1-2h，将马来酸酐接枝POE在75-95℃真空干燥箱中干燥3-5 h，待用；
e. 将PA66在80-110℃真空干燥箱中干燥2-4h，与多壁碳纳米管、聚丙烯、a、b中所得物料及其他剩余原料加入高速搅拌机中充分混合得预混料，将预混料和d中所得物料分别从双螺杆挤出机的主加料口和侧加料口下料，于240-270℃挤出造粒，随后将粒子放入烘箱中于110-130℃干燥2-4h，然后用注塑机于250-280℃注射成试样，即得一种碳纤维增强的耐火型PA66/PP电力金具材料。
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