CN109337362A - 一种无卤无磷断路器专用pa66材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无卤无磷断路器专用PA66材料及其制备方法。这种无卤无磷断路器专用PA66材料是由以下质量百分比的原料组成：PA66树脂33～65.8％；PA6树脂5～10％；氮系阻燃剂10～18％；阻燃协效剂4～8％；玻璃纤维15～30％；抗氧剂0.1～0.5％；润滑剂0.1～0.5％；阻燃协效剂为氧化锌纳米线和水滑石的复配物。同时也公开了这种无卤无磷断路器专用PA66材料的制备方法。本发明所制得的PA66材料无卤素，最主要的是无磷，同时还具有耐热好、刚性高、电性能好等特点，适合电子电器领域应用。本发明的制备方法简单，工艺操作易于实现，能完全满足断路器外壳产品的材料要求。

Description

一种无卤无磷断路器专用PA66材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种无卤无磷断路器专用PA66材料及其制备方法。

背景技术

断路器是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器。作为断路器外壳材料的热塑性材料以尼龙最常见，对电器元部件材料来说，要求耐热性高、阻燃性好，尤其是对电性能要求更高。

尼龙树脂在燃烧时会熔融滴落，加入玻璃纤维后更易燃烧，在带电工作环境中由于漏电、短路、电弧、电火花的情况引起火灾的危险依然存在，此缺点限制了其应用范围，尤其在电子电器和通讯等领域，因此，必须对其进行阻燃改性才能满足电子电器行业对其阻燃性能的要求，以拓展尼龙的应用范围。

目前，尼龙的阻燃以添加阻燃剂的方法为主，常用的阻燃剂主要有：卤素阻燃剂、磷系阻燃剂、含氮化合物阻燃剂等。

中国专利申请CN102108204A公开了一种断路器用塑式外壳材料及其制备方法。该文献所述的阻燃剂为含溴、磷体系，含磷阻燃剂在高温、高湿条件下会与水反应生成磷化氢，并生成磷酸、偏磷酸等酸性物质，导致红磷阻燃材料制成的制件在长期使用过程中出现“喷霜”(析出白色针状物质)、“喷露”(析出液体物质)现象，并且由于制件通常会和一些金属制件相互接触(如交流接触器、墙壁开关等电子电器类制件)，且工作环境温度较高，一旦产生磷化氢，将会导致材料的电气绝缘性能下降，且会逐渐腐蚀金属材料，导致功能性失灵，严重的甚至会导致电路短路，引起火灾，对人们的财产及生命安全造成威胁。

中国专利申请CN102337022A公开了一种断路器专用尼龙料及其制备方法，其尼龙料所公开的CTI值只有380V，仍有待提高，而且机体树脂使用的是PA6，耐热性也有待提高。

中国专利申请CN107383866A公开了一种阻燃增强尼龙复合材料及其制备方法和在制备断路器外壳应用，其主要在于提高材料强度、耐热性和尺寸稳定性，并未提及做为电器元件比较关键的阻燃性和电性能。

氰尿酸三聚氰胺(MCA)作为一种含氮的无卤无磷环保型阻燃剂，具有使用经济、高效、优异的电性能和机械性能、不变色、低烟、低腐蚀性等特点。MCA特别适合于不加填料的PA6和PA66，能使阻燃材料达到UL94V-0，其阻燃机理是通过快速熔融滴落带走热量来达到自熄的阻燃效果。但是，MCA阻燃聚酰胺针对含有玻纤或填料的聚酰胺中，会存在灯芯效应，减缓了材料燃烧时的熔融滴落，只能做到V2甚至HB的阻燃等级，大大限制了MCA在聚酰胺中的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术存在的缺陷，提供一种无卤无磷断路器专用PA66材料及其制备方法，以满足断路器材料高刚性、高耐热、阻燃、高CTI值、无卤无磷环保的要求。

本发明所采取的技术方案是：

一种无卤无磷断路器专用PA66材料，是由以下质量百分比的原料组成：

阻燃协效剂为氧化锌纳米线和水滑石的复配物。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，PA66树脂的相对粘度为2.34～2.40。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，PA6树脂的相对粘度为2.40～2.45。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，氮系阻燃剂为氰尿酸三聚氰胺。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，阻燃协效剂中，氧化锌纳米线和水滑石的质量比为(1～3)：1。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料的阻燃协效剂中，氧化锌纳米线的直径为17nm～400nm；氧化锌纳米线使用前经硅烷偶联剂表面处理。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，玻璃纤维为单丝直径7μm～14μm，轴向长度3mm～6mm的短切玻璃纤维。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂以质量比1：(0.5～2)组成的复配物。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，润滑剂为硅酮粉、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇双硬脂酸酯中的至少一种。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将PA66和PA6树脂干燥；

2)按照上述的组成称取原料，将除玻璃纤维外的其他原料混合均匀；

3)将步骤2)得到的物料加入双螺杆挤出机中，同时在第五区侧喂料加入玻璃纤维，挤出，造粒，冷却，切粒，得到无卤无磷断路器专用PA66材料。

本发明的有益效果是：

本发明主要使用无卤无磷的MCA阻燃剂，通过理论和无数试验，创造性的提出了氧化锌纳米线和水滑石复配，针对性的解决了MCA阻燃剂在玻纤增强PA66体系中由于烛芯效应导致阻燃效率低，无法达到UL94V0的问题。所制得的PA66材料无卤素，最主要的是无磷，同时还具有耐热好、刚性高、电性能好等特点，适合电子电器领域应用。本发明的制备方法简单，工艺操作易于实现，能完全满足断路器外壳产品的材料要求。

具体实施方式

本发明所采取的技术方案是：

一种无卤无磷断路器专用PA66材料，是由以下质量百分比的原料组成：

阻燃剂效剂为氧化锌纳米线和水滑石的复配物。

优选的，一种无卤无磷断路器专用PA66材料，是由以下质量百分比的原料组成：

优选的，这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，PA66树脂的相对粘度为2.34～2.40。

优选的，这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，PA6树脂的相对粘度为2.40～2.45。

优选的，这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，氮系阻燃剂为氰尿酸三聚氰胺。

优选的，这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，阻燃协效剂中，氧化锌纳米线和水滑石的质量比为(1～3)：1；进一步优选的，阻燃协效剂中，氧化锌纳米线和水滑石的质量比为2：1。

优选的，这种无卤无磷断路器专用PA66材料的阻燃协效剂中，氧化锌纳米线的直径为17nm～400nm；氧化锌纳米线使用前经硅烷偶联剂表面处理。

优选的，这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，玻璃纤维为单丝直径7μm～14μm，轴向长度3mm～6mm的短切玻璃纤维。

优选的，这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂以质量比1：(0.5～2)组成的复配物；进一步优选的，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂以质量比1：1组成的复配物。

进一步的，抗氧剂中，受阻酚类抗氧剂优选为N,N’-1,6-亚己基-二-[3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺](抗氧剂1098)；亚磷酸酯类抗氧剂优选为(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯(抗氧剂168)。

优选的，这种无卤无磷断路器专用PA66材料中，润滑剂为硅酮粉、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇双硬脂酸酯中的至少一种；进一步优选的，润滑剂为硅酮粉。

这种无卤无磷断路器专用PA66材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将PA66和PA6树脂干燥；

2)按照上述的组成称取原料，将除玻璃纤维外的其他原料混合均匀；

3)将步骤2)得到的物料加入双螺杆挤出机中，同时在第五区侧喂料加入玻璃纤维，挤出，造粒，冷却，切粒，得到无卤无磷断路器专用PA66材料。

优选的，制备方法的步骤1)中，干燥具体是在100℃～110℃下干燥至少4h。

优选的，制备方法的步骤2)中，混合是在高混机中混合5min～10min。

优选的，制备方法的步骤3)中，双螺杆挤出机的长径比为40:1；各区的加工温度为230℃～255℃；螺杆的转速为250r/min～280r/min。

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。需说明的是，以下实施例中各原料还可由本发明所公开的其他原料代替，因所选用的同类原料的性能相似，所得复合材料的性能相差较小，故没有一一赘述。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。

实施例1～4和对比例1～4中原料的具体份量如表1所示。所用到的具体原料如下：PA66为神马的EPR24；PA6为新会美达的M2400；阻燃剂MCA为清远普塞呋的MC-25；阻燃协效剂为氧化锌纳米线和水滑石按2:1复配得到；玻璃纤维为欧文斯科宁的995-13C；抗氧剂由N,N’-1,6-亚己基-二-[3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺]和(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯按重量比1:1组合得到；润滑剂为硅酮粉。

表1实施例和对比例的原料组成

原料/wt％	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
									PA66	56.5	54.5	47.5	43.5	58.5	43.5	43.5	43.5
PA6	8	8	8	8	8	8	8	8
									MC-25	12	16	10	12	18	18	12	12
阻燃协效剂	8	6	4	6	-	-	-	-
									抗氧剂	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
氧化锌纳米线	-	-	-	-	-	-	6	-
									水滑石	-	-	-	-	-	-	-	6
润滑剂	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
									玻璃纤维	15	15	30	30	15	30	30	30

实施例和对比例的制备方法，包括以下的步骤：

1)将PA66和PA6树脂在温度为100～110℃的条件下干燥4h以上；

2)称取配方比原料，将除去玻璃纤维之外的其他原料加入高混机中混合5～10min；

3)将经步骤2)之后的物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，同时在第五区侧喂料加入短玻璃纤维，经水冷却后进行切粒，得到无卤无磷断路器专用PA66材料；其中双螺杆挤出机长径比为40:1，各区的加工温度为230～250℃，螺杆的转速为250～280r/min。

对实施例1～4和对比例1～4中所得的无卤无磷断路器专用PA66材料进行注塑成型标准测试样条，对测试样条进行性能测试，测试结果如表2所示。注塑成型的工艺条件为：射嘴温度255℃，各区温度为250℃、250℃、240℃，保压时间2-4s，注射压力40-60MPa。

本发明采用以下测试方法进行测试：

拉伸强度：按照ASTM D638标准进行测试；

弯曲强度：按照ASTM D790标准进行测试；

缺口冲击强度：按照ASTM D256标准进行测试；

阻燃性能：按照UL 94标准进行测试；

CTI：按照IEC60112-2009标准进行测试；

玻纤含量：按照ASTM D2584标准进行测试。

表2实施例和对比例的测试结果

根据以上说明书中的阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无卤无磷断路器专用PA66材料，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：

阻燃协效剂为氧化锌纳米线和水滑石的复配物。

2.根据权利要求1所述的一种无卤无磷断路器专用PA66材料，其特征在于：PA66树脂的相对粘度为2.34～2.40。

3.根据权利要求1所述的一种无卤无磷断路器专用PA66材料，其特征在于：PA6树脂的相对粘度为2.40～2.45。

4.根据权利要求1所述的一种无卤无磷断路器专用PA66材料，其特征在于：氮系阻燃剂为氰尿酸三聚氰胺。

5.根据权利要求1所述的一种无卤无磷断路器专用PA66材料，其特征在于：阻燃协效剂中，氧化锌纳米线和水滑石的质量比为(1～3)：1。

6.根据权利要求5所述的一种无卤无磷断路器专用PA66材料，其特征在于：阻燃协效剂中，氧化锌纳米线的直径为17nm～400nm；氧化锌纳米线使用前经硅烷偶联剂表面处理。

7.根据权利要求1所述的一种无卤无磷断路器专用PA66材料，其特征在于：玻璃纤维为单丝直径7μm～14μm，轴向长度3mm～6mm的短切玻璃纤维。

8.根据权利要求1所述的一种无卤无磷断路器专用PA66材料，其特征在于：抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂以质量比1：(0.5～2)组成的复配物。

9.根据权利要求1所述的一种无卤无磷断路器专用PA66材料，其特征在于：润滑剂为硅酮粉、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇双硬脂酸酯中的至少一种。

10.一种无卤无磷断路器专用PA66材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将PA66和PA6树脂干燥；

2)按照权利要求1～9任一项所述的组成称取原料，将除玻璃纤维外的其他原料混合均匀；

3)将步骤2)得到的物料加入双螺杆挤出机中，同时在第五区侧喂料加入玻璃纤维，挤出，造粒，冷却，切粒，得到无卤无磷断路器专用PA66材料。