CN106832748B - 一种高效阻燃聚甲醛复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效阻燃聚甲醛复合材料及其制备方法，是以N‑P阻燃剂与改性三氧化二铝纤维复配，制备高效阻燃聚甲醛复合材料，使材料在具有很高阻燃性能的同时仍然具有较好的物理力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚甲醛复合材料及其制备方法，具体地说是一种高效阻燃聚甲醛复合材料及其制备方法。
背景技术
聚甲醛(POM)又名“夺钢”、“赛钢”，包括均聚甲醛和共聚甲醛两种，以高强度、高模量而被列为五大工程塑料之一。POM(共聚甲醛)主链为简单的C-O单键和C-C且无侧基，具有结晶度高、制品尺寸稳定、自润滑好等特点。然而，POM分子主链含氧量高，其极限氧指数低，通常仅为16％。燃烧时释放出大量有毒甲醛气体，并伴有严重的熔融滴落现象。易结晶、结晶度大的特点使得POM拉伸强度强度、其硬度较大，聚甲醛材料的缺口冲击强度较低。易燃烧的缺点现已严重制约POM在更多领域的应用，因此开展POM阻燃研究具有重要意义。
国内外的研究者们对POM阻燃改性的工作已经取得了一定的研究进展，不过阻燃种类有限，阻燃效率不高且新型阻燃剂研究开发较少等一系列问题还有待解决。如：专利申请号为CN201010211212.6的发明专利公开了无机氢氧化物复合阻燃剂和用其阻燃的高性能无卤阻燃阻燃聚甲醛材料，垂直燃烧可以达到UL94V-1级别，拉伸强度为45MPa，有很好的力学性能与阻燃性能，但阻燃剂较为传统且用量较大阻燃效率低。有国外文献报道(J.Polym.Res.,2011,18:293-303)，以聚磷酸铵、三聚氰胺等阻燃改性聚甲醛，当填料用量为40％，阻燃性能可达UL94V-0级别，但材料的力学性能有显著下降，缺口冲击强度仅为2.6kJ/m2。申请号为201310703049.9的发明专利公开了一种以红磷微胶囊阻燃POM，填料质量比为35％时，氧指数可达到34％，拉伸强度达到46.4MPa。近期国内研究报道(中国塑料，2014,28(2):50-54)，以红磷为主阻燃剂对POM进行包覆，并与其它阻燃剂复配改性POM，当阻燃填料用量为35％时，复合材料可缓慢自熄，其拉伸强度为40MPa左右，但其缺口冲击强度也仅为2.0kJ/m2。包覆红磷阻燃剂为新型阻燃剂，但阻燃效率不高以及其对复合材料的力学性能影响较大，此外工艺也较为复杂，不利于工业化生产。在聚甲醛阻燃方面的阻燃剂一般集中在氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、聚磷酸铵等较为常规的阻燃剂。但这些阻燃剂都会不同程度的影响着聚甲醛的力学性能。
发明内容
本发明针对上述现有技术中所存在的技术问题，旨在提供一种高效阻燃聚甲醛复合材料及其制备方法。本发明以N-P阻燃剂与改性三氧化二铝纤维复配，制备高效阻燃聚甲醛复合材料，使材料在具有很高阻燃性能的同时仍然具有较好的物理力学性能。
本发明高效阻燃聚甲醛复合材料，其原料按质量份数构成如下：
所述增容剂为线性酚醛树脂、热塑性聚氨酯、聚醚多元醇中的一种或多种。
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂AT-10、抗氧剂164、抗氧剂1076中的一种或几种。
所述稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡中的一种或几种。
所述改性三氧化二铝纤维是通过如下方法制备得到的：
将三氧化二铝纤维加入混合有机溶剂中并超声分散均匀(10～30min)，随后加入硅树脂，室温下搅拌2h，脱除溶剂并干燥后得到改性三氧化二铝纤维。
所述混合有机溶剂为二甲苯、甲苯、氯仿、丙酮、乙醇中的两种或两种以上；
所述硅树脂的重均分子量控制在100～10000。硅树脂的添加量为三氧化二铝纤维质量的2～10％。
所述改性三氧化二铝纤维的纤维长度为0.5～50微米。
所述脱除溶剂的温度控制在40～120℃。
制备改性三氧化二铝纤维的目的是改善三氧化二铝纤维和聚合物基体之间的相容性，使三氧化二铝纤维在聚合物基体中分散更均匀。
本发明高效阻燃聚甲醛复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1、将各原料分别于80℃下干燥4～6h；
2、将干燥后的各原料按配比量加入双螺杆挤出机中，在温度165～185℃、转速60～120r/min下熔融挤出，经冷却、切粒，制得高效阻燃聚甲醛复合材料。
本发明所制备的高效阻燃聚甲醛复合材料具有高阻燃性能，且较传统聚甲醛阻燃复合材料具有原料价格低廉、阻燃效率高、工艺简便，且物理力学性能好等特点。
具体实施方式
本发明所用POM牌号为M90(云南云天化工股份有限公司生产)，熔融指数为10g/10min。
实施例1：
本实施例中高效阻燃POM复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1、改性三氧化二铝纤维的制备
取50g三氧化二铝纤维在烘箱中干燥1～2h，放置于5000ml三口烧瓶中，加入2000ml二甲苯与1000ml丙酮溶剂，常温下机械搅拌同时进行超声分散20min，随后向三口烧瓶中加入100g硅树脂溶液(固含量50％)，搅拌2h，依次经浓缩、干燥、研磨，制得改性三氧化二铝纤维。
2、POM阻燃复合材料的制备
将各原料分别于80℃下干燥4～6h；然后将POM 1200g、步骤1制备的改性三氧化二铝纤维300g、三聚氰胺氰尿酸盐100g、三聚氰胺100g、热塑性聚氨酯260g、AT-10抗氧剂20g和KF-1稳定剂20g进行预混合，随后于175℃下在双螺杆挤出机中进行熔融共混，螺杆转速80r/min，冷却切粒，干燥制得高效阻燃POM复合材料。
实施例2：
本实施例中增强阻燃POM复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1、改性三氧化二铝纤维的制备
取500g三氧化二铝纤维在烘箱中干燥1～2h，放置于5000ml三口烧瓶中，加入2000ml二甲苯与1000ml丙酮溶剂，常温下机械搅拌同时进行超声分散20min，随后向三口烧瓶中加入100g硅树脂溶液(固含量50％)，搅拌2h，依次经浓缩、干燥、研磨，制得改性三氧化二铝纤维。
2、POM阻燃复合材料的制备
将各原料分别于80℃下干燥4～6h；然后将POM 1200g、步骤1制备的改性三氧化二铝纤维400g、三聚氰胺氰尿酸盐100g、三聚氰胺100g、热塑性聚氨酯100g、线性酚醛树脂60g、AT-10抗氧剂20g和KF-1稳定剂20g进行预混合，随后于175℃下在双螺杆挤出机中进行熔融共混，螺杆转速80r/min，冷却切粒，干燥制得高效阻燃POM复合材料。
比较例：
将经4～6h烘干的POM 200g放入175℃下在双螺杆挤出机中进行熔融共混，螺杆转速80r/min，冷却切粒，干燥制得纯POM材料。
表1复合材料的氧指数与力学性能测试结果
备注：力学性能测试依据GB/T 528-1998国家标准执行。
表1中可以看出纯POM的LOI仅为16％且不能通过UL-94测试，本发明制备的高效阻燃聚甲醛复合材料的氧指数已经达到35～37％，且可以达到UL-94中V-1级别。虽缺口冲击强度有所降低，但拉伸强度和弯曲强度下降幅度很小，因此本发明制备的高效阻燃复合材料在阻燃性能上有很大的提高且保留了良好的力学性能。
表2复合材料的燃烧性能参数
备注：锥形量热仪测试依据ASTM E1354、ISO 5560标准执行。
表2可以明显看出对比纯聚甲醛而高效阻燃复合聚甲醛材料的熄灭时间已经被显著地延长，由原来的180s分别延长至893s和902s，这在发生火灾逃生过程中十分重要。热释放的峰值亦被大幅度降低，分别降至135.5kW/m2和120.3kW/m2，这表明热量的释放是均匀。此外，在成炭率上增强阻燃复合材料的成炭率也较对比例有明显提高(分别是对比例的3.5倍和4.3倍)。综上所述，高效阻燃聚甲醛复合材料的阻燃性能已经有了极大的提高，有利于拓宽现有POM阻燃复合材料的应用范围。
Claims (7)
1.一种高效阻燃聚甲醛复合材料，其特征在于其原料按质量份数构成如下：
所述改性三氧化二铝纤维是通过如下方法制备得到的：
将三氧化二铝纤维加入混合有机溶剂中并超声分散均匀，随后加入硅树脂，室温下搅拌2h，脱除溶剂并干燥后得到改性三氧化二铝纤维；所述改性三氧化二铝纤维的纤维长度为0.5～50微米；所述硅树脂的重均分子量控制在100～10000，硅树脂的添加量为三氧化二铝纤维质量的2～10％。
2.根据权利要求1所述的高效阻燃聚甲醛复合材料，其特征在于：
所述增容剂为线性酚醛树脂、热塑性聚氨酯、聚醚多元醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高效阻燃聚甲醛复合材料，其特征在于：
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂AT-10、抗氧剂164、抗氧剂1076中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高效阻燃聚甲醛复合材料，其特征在于：
所述稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高效阻燃聚甲醛复合材料，其特征在于：
所述混合有机溶剂为二甲苯、甲苯、氯仿、丙酮、乙醇中的两种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的高效阻燃聚甲醛复合材料，其特征在于：
所述脱除溶剂的温度控制在40～120℃。
7.一种权利要求1所述的高效阻燃聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将各原料分别于80℃下干燥4～6h；
(2)将干燥后的各原料按配比量加入双螺杆挤出机中，在温度165～185℃、转速60～120r/min下熔融挤出，经冷却、切粒，制得高效阻燃聚甲醛复合材料。
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