CN106566245B - 一种热塑性绝缘材料及其制备方法，绝缘件及其制备方法 - Google Patents

一种热塑性绝缘材料及其制备方法，绝缘件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热塑性绝缘材料及其制备方法，绝缘件及其制备方法。该热塑性绝缘材料由以下重量份的原料制成：PA66树脂45～65份、无碱玻璃纤维20～50份、偶联剂0.5～1份，抗氧剂0.2～0.8份，光热稳定剂0.1～0.5份；所述光热稳定剂为2‑羟基‑4‑甲氧基二苯甲酮和2‑(2′‑羟基‑5′‑甲基苯基)苯并三唑的混合物。本发明的热塑性绝缘材料在具有良好的光热稳定性的同时，还具有机械强度高、绝缘性能优良、抗开裂性强的优点，尤其是有较大的弯曲强度和拉伸强度。采用本发明的热塑性绝缘材料注塑成型的绝缘件，完全能够满足中压成套开关设备的综合性能要求，并且不用二次修补就能达到优级产品要求。

Description

一种热塑性绝缘材料及其制备方法，绝缘件及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝缘材料领域，具体涉及一种热塑性绝缘材料及其制备方法，绝缘件及其制备方法。
背景技术
在中压成套开关设备中，大多数绝缘件均采用热固性环氧树脂体系，通过自动压力凝胶(APG)工艺成型，这种工艺所需材料多，成品重，生产效率低，产品容易破损，后固化时间长并且能源消耗大，生产现场容易污秽不易清洗干净，废品材料不能回收利用，而且在自然条件下难以降解，对自然环境造成很大的污染。这种工艺不能满足环境友好的绿色环保的要求。
为了解决上述问题，利用热塑性塑料代替热固性环氧树脂体系作为绝缘材料是一个很好的发展方向。现有技术中，CN104448808A公开了一种耐热稳定无卤阻燃增强尼龙复合材料的制备方法。该复合物含有尼龙66 50～65重量份、玻璃纤维25～35重量份、无卤阻燃剂18～25重量份、抗氧剂0.1～1.5重量份、热稳定剂0.1～1.5重量份、偶联剂0.1～1.5重量份。该耐热稳定无卤阻燃增强尼龙复合材料解决了尼龙材料在使用时存在的应用环境与安全方面的问题，同时阻燃级别达到UL94 V-0级，可用于电子电器等领域。但是该绝缘材料的弯曲强度和拉伸强度较小，难以满足实际需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种热塑性绝缘材料，该热塑性绝缘材料在具有良好的光热稳定性的同时，还具有更大的弯曲强度和拉伸强度。
本发明还提供了一种热塑性绝缘材料的制备方法，绝缘件及其制备方法。
为了实现以上目的，本发明的热塑性绝缘材料所采用的技术方案是：
一种热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂45～65份、无碱玻璃纤维20～50份、偶联剂0.5～1份，抗氧剂0.2～0.8份，光热稳定剂0.1～0.5份；所述光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物。
优选的，所述2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮与2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的质量比为1:0.3～0.8。
优选的，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的任意一种或组合。
优选的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯抗氧剂168中的任意一种或组合。进一步优选的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯抗氧剂168的组合物，受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯抗氧剂168的质量比为(2～3):1。
优选的，所述无碱玻璃纤维的长度为1～2mm。无碱玻璃纤维的直径为9～14μm。
本发明的技术方案还在于：一种上述热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，混合均匀，得预混料；
2)造粒：将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为220～230℃、270～280℃、270～280℃、270～280℃、270～280℃、255～260℃、255～260℃、255～260℃、250～255℃，螺杆的转速设置为245～400rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，即得。
步骤1)中，所述混合的温度为40～50℃，转速为350～500rpm，时间为3～7min。
上述热塑性绝缘塑料的制备方法，还包括将步骤2)中造粒后所得制品进行干燥。
本发明的技术方案还在于：一种采用上述的热塑性绝缘材料的绝缘件。
上述的绝缘件的制备方法，包括将热塑性绝缘材料注塑成型，即得；所述注塑成型的工艺参数为：注塑温度280～295℃，注塑压力60～70MPa，保压压力70～80MPa，保压时间3～5s，冷却时间20～30s，模具温度100～120℃。
在将热塑性绝缘材料注塑成型之前，要对热塑性绝缘材料进行干燥处理。所述干燥的温度为100～150℃，时间为5～7h。
PA66具有优良的力学性能、耐热性、抗开裂性以及优异的电绝缘性，因此能够大大提高成套开关设备用绝缘件的综合性能。另外，PA66绝缘材料与热固性环氧树脂体系相比，产品的重量轻，绝缘强度增强，机械强度提高3～4倍，完全能够满足中压成套开关设备的各项性能要求。
本发明的热塑性绝缘材料在具有良好的光热稳定性的同时，还具有机械强度高、绝缘性能优良、抗开裂性强的优点，尤其是有较大的弯曲强度和拉伸强度。
本发明的热塑性绝缘材料的制备方法，在造粒时，采用九段温度设置，能够进一步增强热塑性绝缘材料的性能。
采用本发明的热塑性绝缘材料制备的绝缘件，机械强度、绝缘性能、轻量化均比热固性环氧树脂固化体系的绝缘件有很大的提高，完全能够满足中压成套开关设备的综合性能要求，并且绝缘件不用二次修补就能达到优级产品要求。
本发明的绝缘件的制备方法，不仅节约材料，提高了生产效率，降低了能耗，还能使制得的绝缘件不用二次修补就能达到优级产品要求。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。
具体实施方式中，所采用的无碱玻璃纤维的长度为1～2mm，直径为9～14μm。所采用的PA66树脂为美国苏威公司生产的型号为A205F的PA66树脂；所采用的亚磷酸酯抗氧剂168为德国巴斯夫公司生产。
实施例1
本实施例的热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂45份，无碱玻璃纤维20份，偶联剂0.5份，抗氧剂0.5份，光热稳定剂0.5份；偶联剂为：γ-氨丙基三乙氧基硅烷；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010；光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物，其质量比为1:0.5。
本实施例的热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，加入搅拌机中，在40℃下，以350rpm的转速搅拌7min，将各原料混合均匀，得预混料；
2)造粒：将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为220℃、270℃、270℃、270℃、270℃、255℃、255℃、255℃、250℃，螺杆的转速设置为245rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，最后烘干、包装，即得。
本实施例的绝缘件采用本实施例的热塑性绝缘性材料制成。
本实施例的绝缘件的制备方法，包括以下步骤：将本实施例的热塑性绝缘材料在120℃下干燥6h，然后注塑成型；所述注塑成型的工艺为：注塑温度280℃，注塑压力60MPa，保压压力75MPa，保压时间3s，冷却时间20s，模具温度100℃。
实施例2
本实施例的热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂45份，无碱玻璃纤维30份，偶联剂0.5份，抗氧剂0.5份，光热稳定剂0.5份；偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物，其质量比为1:1；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯抗氧剂168的混合物，其质量比为2:1；光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物，其质量比为1:0.5。
本实施例的热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，加入搅拌机中，在50℃下，以500rpm的转速搅拌3min，将各原料混合均匀，得预混料；
2)造粒：将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为230℃、280℃、280℃、280℃、280℃、260℃、260℃、260℃、255℃，螺杆的转速设置为400rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，最后烘干、包装，即得。
本实施例的绝缘件采用本实施例的热塑性绝缘性材料制成。
本实施例的绝缘件的制备方法，包括以下步骤：将本实施例的热塑性绝缘材料在120℃下干燥6h，然后注塑成型；所述注塑成型的工艺参数为：注塑温度295℃，注塑压力70MPa，保压压力75MPa，保压时间5s，冷却时间30s，模具温度120℃。
实施例3
本实施例的热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂45份，无碱玻璃纤维40份，偶联剂0.5份，抗氧剂0.5份，光热稳定剂0.5份；偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010；光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物，其质量比为1:0.5。
本实施例的热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，加入搅拌机中，在42℃下，以370rpm的转速搅拌6min，将各原料混合均匀，得预混料；
2)造粒：将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为225℃、275℃、275℃、275℃、275℃、255℃、255℃、260℃、250℃，螺杆的转速设置为300rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，最后烘干、包装，即得。
本实施例的绝缘件采用本实施例的热塑性绝缘性材料制成。
本实施例的绝缘件的制备方法，包括以下步骤：将本实施例的热塑性绝缘材料在120℃下干燥6h，然后注塑成型；所述注塑成型的工艺参数为：注塑温度285℃，注塑压力65MPa，保压压力75MPa，保压时间4s，冷却时间25s，模具温度110℃。
实施例4
本实施例的热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂45份，无碱玻璃纤维45份，偶联剂0.5份，抗氧剂0.5份，光热稳定剂0.5份；偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯抗氧剂168的混合物，其质量比为3:1；光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物，其质量比为1:0.5。
本实施例的热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，加入搅拌机中，在44℃下，以400rpm的转速搅拌5min，将各原料混合均匀，得预混料；
2)造粒：将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为220℃、280℃、275℃、270℃、276℃、258℃、257℃、257℃、253℃，螺杆的转速范围为350rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，最后烘干、包装，即得。
本实施例的绝缘件采用本实施例的热塑性绝缘性材料制成。
本实施例的绝缘件的制备方法，包括以下步骤：将本实施例的热塑性绝缘材料在120℃下干燥6h，然后注塑成型；所述注塑成型的工艺参数为：注塑温度290℃，注塑压力67MPa，保压压力75MPa，保压时间5s，冷却时间23s，模具温度115℃。
实施例5
本实施例的热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂45份，无碱玻璃纤维50份，偶联剂0.5份，抗氧剂0.5份，光热稳定剂0.5份；偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010；光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物，其质量比为1:0.5。
本实施例的热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，加入搅拌机中，在46℃下，以430rpm的转速搅拌6min，将各原料混合均匀，得预混料；
2)造粒：将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为228℃、273℃、277℃、271℃、276℃、258℃、256℃、255℃、255℃，螺杆的转速设置为380rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，最后烘干、包装，即得。
本实施例的绝缘件采用本实施例的热塑性绝缘性材料制成。
本实施例的绝缘件的制备方法，包括以下步骤：将本实施例的热塑性绝缘材料在120℃下干燥6h，然后注塑成型；所述注塑成型的工艺参数为：注塑温度280℃，注塑压力64MPa，保压压力75MPa，保压时间5s，冷却时间28s，模具温度110℃。
实施例6
本实施例的热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂65份，无碱玻璃纤维25份，偶联剂0.8份，抗氧剂0.2份，光热稳定剂0.1份；偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物，其质量比为1:3；抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168；光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物，其质量比为1:0.3。
本实施例的热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，加入搅拌机中，在48℃下，以450rpm的转速搅拌5min，将各原料混合均匀，得预混料；
2)造粒：，将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为228℃、273℃、277℃、271℃、276℃、258℃、256℃、255℃、255℃，螺杆的转速设置为380rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，最后烘干、包装，即得。
本实施例的绝缘件采用本实施例的热塑性绝缘性材料制成。
本实施例的绝缘件的制备方法，包括以下步骤：将本实施例的热塑性绝缘材料在100℃下干燥5h，然后注塑成型；所述注塑成型的工艺参数为：注塑温度280℃，注塑压力64MPa，保压压力70MPa，保压时间5s，冷却时间28s，模具温度110℃。
实施例7
本实施例的热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂55份，无碱玻璃纤维36份，偶联剂1份，抗氧剂0.8份，光热稳定剂0.3份；偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物，其质量比为1:9；抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168；光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物，其质量比为1:0.8。
本实施例的热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，加入搅拌机中，在49℃下，以480rpm的转速搅拌6min，将各原料混合均匀，得预混料；
2)造粒：将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为228℃、273℃、277℃、271℃、276℃、258℃、256℃、255℃、255℃，螺杆的转速设置为380rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，最后烘干、包装，即得。
本实施例的绝缘件采用本实施例的热塑性绝缘性材料制成。
本实施例的绝缘件的制备方法，包括以下步骤：将本实施例的热塑性绝缘材料在150℃下干燥7h，然后注塑成型；所述注塑成型的工艺参数为：注塑温度280℃，注塑压力64MPa，保压压力80MPa，保压时间5s，冷却时间28s，模具温度110℃。
对比例1
本对比例的热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂45份，无碱玻璃纤维5份，偶联剂0.5份，抗氧剂0.5份，光热稳定剂0.5份；无碱玻璃纤维的长度为1～2mm，直径为9～14μm；偶联剂为：γ-氨丙基三乙氧基硅烷；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010；光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物，其质量比为1:0.5。
本对比例的热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，混合均匀，得预混料；
2)造粒：将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为220℃、270℃、270℃、270℃、270℃、255℃、255℃、255℃、250℃，螺杆的转速范围为245rpm，然后挤出造粒，然后烘干、包装，即得。
对比例2
本对比例的热塑性绝缘材料，由以下重量份的原料制成：PA66树脂45份，无碱玻璃纤维5份，偶联剂0.5份，抗氧剂0.5份，光热稳定剂0.5份；无碱玻璃纤维的长度为1～2mm，直径为9～14μm；偶联剂为：γ-氨丙基三乙氧基硅烷；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010；光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物，其质量比为1:0.5。
本对比例的热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，混合均匀，得预混料；
2)造粒：将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为230℃、280℃、280℃、280℃、280℃、260℃、260℃、260℃、255℃，螺杆的转速范围为400rpm，然后挤出造粒，然后烘干、包装，即得。
实验例
将实施例1～7和对比例1～2的热塑性绝缘材料制成标准样条进行测试，各试验项目和相应的试验标准如表1所示：
表1试验项目及相应的试验标准
试验结果见表2。
表2实施例1～7和对比例1～2的热塑性绝缘材料的性能参数测试结果
从实施例1～7和对比例1～2的热塑性绝缘材料的各性能测试结果可以看出，热塑性绝缘材料的机械性能和介电强度明显优于对比例。

Claims (8)

1.一种热塑性绝缘材料，其特征在于：由以下重量份的原料制成：PA66树脂45～65份、无碱玻璃纤维20～50份、偶联剂0.5～1份，抗氧剂0.2～0.8份，光热稳定剂0.1～0.5份；所述光热稳定剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的混合物；所述无碱玻璃纤维的长度为1～2mm，无碱玻璃纤维的直径为9～14μm；所述热塑性绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，混合均匀，得预混料；
2)造粒：将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为220～230℃、270～280℃、270～280℃、270～280℃、270～280℃、255～260℃、255～260℃、255～260℃、250～255℃，螺杆的转速设置为245～400rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，即得。
2.根据权利要求1所述的热塑性绝缘材料，其特征在于：所述2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮与2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑的质量比为1:0.3～0.8。
3.根据权利要求1所述的热塑性绝缘材料，其特征在于：所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的任意一种或组合。
4.根据权利要求1所述的热塑性绝缘材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯抗氧剂168中的任意一种或组合。
5.一种如权利要求1所述的热塑性绝缘材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)预混：取配方量的PA66树脂、无碱玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、光热稳定剂，混合均匀，得预混料；
2)造粒：将双螺杆挤出机从料口到机头的温度分别设置为220～230℃、270～280℃、270～280℃、270～280℃、270～280℃、255～260℃、255～260℃、255～260℃、250～255℃，螺杆的转速设置为245～400rpm，然后将步骤1)所得的预混料用双螺杆挤出机进行造粒，即得。
6.根据权利要求5所述的热塑性绝缘材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述混合的温度为40～50℃，转速为350～500rpm，时间为3～7min。
7.一种采用如权利要求1所述的热塑性绝缘材料的绝缘件。
8.一种如权利要求7所述的绝缘件的制备方法，其特征在于：包括将热塑性绝缘材料注塑成型，即得；所述注塑成型的工艺参数为：注塑温度280～295℃，注塑压力60～70MPa，保压压力70～80MPa，保压时间3～5s，冷却时间20～30s，模具温度100～120℃。
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