CN109608873A - 一种耐电弧烧蚀尼龙材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐电弧烧蚀尼龙材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐电弧烧蚀尼龙材料，该材料包括以下重量份含量的组分：聚酰胺85～95份、胶囊红磷5～15份和填充及增强材料0～50份，其中，所述胶囊红磷为苯基苯酚改性酚醛树脂包覆的微胶囊红磷。与现有技术相比，本发明的材料在面对分断电弧时，能够更快形成致密的碳层，电气寿命长，且制备方法简单，适合大规模生产。

Description

一种耐电弧烧蚀尼龙材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其是涉及一种耐电弧烧蚀尼龙材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺(俗称尼龙)是产量最大、品种最多、应用最广的工程塑料之一。在低压电气产品中，尼龙材料的使用十分常见。在一些能被电弧喷到的制件上也有使用，比如触头支持，在做电气寿命试验时，很大比例的失效形式为相间击穿，分析原因是由于触头支持材料烧蚀严重导致的。
专利CN106398192A公开了一种低析出红磷阻燃聚酰胺材料及其制备方法，所述低析出红磷阻燃聚酰胺材料由以下重量份数的20份～35份微胶囊化红磷阻燃剂、55份～65份聚酰胺、5份～10份协效阻燃剂、5份～10份滑石粉、0.5份～1份抗氧剂、0.5份～1份酸吸收剂、0.5份～1份稳定剂和0.2份～0.5份润滑剂熔融共混，同时加入15份～25份玻璃纤维造粒即得低析出红磷阻燃聚酰胺材料。制备步骤包括预混、分散、微胶囊化和成型等步骤。该专利用于包覆红磷的树脂是密胺树脂，其本身残碳率不高，虽然对阻燃性能影响不大，但是不利于电弧冲击。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种耐电弧烧蚀尼龙材料及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种耐电弧烧蚀尼龙材料，该材料包括以下重量份含量的组分：聚酰胺85～95份、胶囊红磷5～15份和填充及增强材料0～50份，其中，所述胶囊红磷为苯基苯酚改性酚醛树脂包覆的微胶囊红磷。
优选地，所述胶囊红磷具体通过以下方法制备得到：
(1)将苯酚、苯基苯酚和甲醛混合，搅拌升温，加入氨水作为催化剂，升温至反应温度，反应一段时间后，得到苯基苯酚改性酚醛树脂预聚体；
(2)将红磷粉末溶于水中并进行超声处理，加入分散剂搅拌均匀，得到红磷分散液；
(3)将步骤(1)制得的苯基苯酚改性酚醛树脂预聚体加入到步骤(2)中的红磷分散液中，加入醋酸调节PH值至2～3，温度控制在80-90℃，反应1.5-2.5h，反应完成后，用1％NaOH溶液调节至中性，将溶液冷却，过滤所得固体，经洗涤、干燥，即得到苯基苯酚改性酚醛树脂包覆的微胶囊红磷。
优选地，步骤(1)反应温度为80～100℃，反应时间为1.5-2.5h。
优选地，步骤(1)苯酚、苯基苯酚和甲醛混合摩尔比为9：1：13，氨水加入量为每100份酚添加5.5份氨水。
优选地，步骤(2)所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠、焦磷酸钠、多聚磷酸钠中的至少一种。
优选地，步骤(2)所述红磷粉末的目数为400～1000目。
优选地，所述聚酰胺选自PA6、PA66、PA56、PA6T、PA9T或PA10T中的一种或多种。
优选地，所述填充及增强材料选自短切玻璃纤维、碳酸钙粉体或矿粉中的一种或多种。
一种耐电弧烧蚀尼龙材料的制备方法，其特征在于，该方法为：按配比将聚酰胺、胶囊红磷混合均匀，根据需要加入填充及增强材料，经双螺杆挤出机挤出造粒，并将制得的粒子进行干燥，即得产品。
优选地，挤出造粒工艺条件为：一区温度：120～200℃；二区：200～280℃；三区：220～300℃；四区：240～320℃；五区：240～320℃；六区：240～320℃；七区：240～320℃；模头温度：220～300℃。
本发明制备酚醛树脂时，若采用碱金属、碱土金属催化，由于催化剂无法完全从体系中去除，残留的金属元素会对树脂性能产生一定影响。而氨催化树脂不仅可以反应至较大相对分子质量却不产生凝胶现象，而且氨容易随真空脱除，因此本发明采用氨水作为催化剂。普通的酚醛树脂中邻/对位羟甲基比为2.0:1～1.1:1，而本发明中用苯基苯酚改性的酚醛树脂，邻/对位羟甲基比高达5.0:1～4.3:1。酚醛树脂缩聚反应时，邻位羟甲基反应活性比对位羟甲基反应活性小，因此邻/对位羟甲基比例高的树脂，缩聚反应速度低，放热平缓，小分子容易逸出，被封闭在固化物中的较少，在高温成碳时，成碳结构致密，有利于提高耐烧蚀性能。
本发明在材料中加入残碳率比常规酚醛树脂更高的苯基苯酚改性酚醛树脂包覆红磷，使材料在面临电弧烧蚀时，能够更快的形成致密碳层，提升电气寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。
实施例1
本实施例耐电弧烧蚀尼龙材料由以下重量份含量的组分制备而成：PA6 85份、胶囊红磷15份、玻璃纤维40份。具体制备方法为，将聚酰胺、胶囊红磷以及填充及增强材料混合均匀，经双螺杆挤出机挤出造粒，将制得的粒子进行干燥，即得产品。挤出造粒工艺条件为：一区温度：120～200℃；二区：200～280℃；三区：220～300℃；四区：240～320℃；五区：240～320℃；六区：240～320℃；七区：240～320℃；模头温度：220～300℃。其中，胶囊红磷15份具体通过以下步骤制备：
(1)预聚：将苯酚、苯基苯酚和甲醛(37％水溶液)按摩尔比0.9:0.1:1.3混合，搅拌升温，加入催化剂氨水(25％浓度)，PH值控制在8～9，继续缓慢升温到80～100℃，达到规定值后停止反应，得到苯基苯酚改性酚醛树脂预聚体；(2)分散：将红磷粉末溶入水中进行超声处理，加入分散剂聚丙烯酸钠搅拌均匀；(3)胶囊化：将步骤(1)制得的基苯酚改性酚醛树脂预聚体加入到步骤(2)中的分散体系，加入醋酸调节PH值至2～3，后反应2h，温度控制在85℃，反应完成后，将溶液冷却，过滤所得固体经洗涤、干燥，得到胶囊红磷，洗涤剂是乙醇水溶液(1:1)，洗涤剂用量根据反应釜大小及投料量调整。
实施例2
本实施例的材料由以下重量份含量的组分制备而成：PA6 90份、胶囊红磷10份、矿粉30份。制备方法详见实施例1。
实施例3
本实施例的材料由以下重量份含量的组分制备而成：PA56 95份、胶囊红磷5份、填充及增强材料0份。制备方法详见实施例1。
实施例4
本实施例的材料由以下重量份含量的组分制备而成：PA6T 88份、胶囊红磷12份、玻璃纤维50份。制备方法详见实施例1。
实施例5
本实施例的材料由以下重量份含量的组分制备而成：PA9T 92份、胶囊红磷8份、玻璃纤维40份。制备方法详见实施例1。
实施例6
本实施例的材料由以下重量份含量的组分制备而成：PA10T 90份、胶囊红磷10份、玻璃纤维20份、碳酸钙30份。制备方法详见实施例1。
实施例7
本实施例的材料由以下重量份含量的组分制备而成：PA6 30份PA66 60份、胶囊红磷10份、玻璃纤维5份、矿粉30份。制备方法详见实施例1。
表1测试结果汇总
实验组 耐标准低电压高电流电弧冲击次数(次)
市售PA66(GF30).FR(17) 200
市售PA66(GF30).FR(52) 3000
实施例1 ＞24000
实施例2 ＞24000
实施例3 ＞24000
实施例4 ＞24000
实施例5 ＞24000
实施例6 ＞24000
实施例7 ＞24000
注：试验电路与具有50Hz或60Hz、230V的交流电源连接。电极短路时，功率因数为0.5时短路电流为32.5A。电弧产生频率为40次/min。试样采用GWFI测试标准样条，厚度选取1.5±0.15mm。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐电弧烧蚀尼龙材料，其特征在于，该材料包括以下重量份含量的组分：聚酰胺85～95份、胶囊红磷5～15份和填充及增强材料0～50份，其中，所述胶囊红磷为苯基苯酚改性酚醛树脂包覆的微胶囊红磷。
2.根据权利要求1所述的一种耐电弧烧蚀尼龙材料，其特征在于，所述胶囊红磷具体通过以下方法制备得到：
(1)将苯酚、苯基苯酚和甲醛混合，搅拌升温，加入氨水作为催化剂，升温至反应温度，反应一段时间后，得到苯基苯酚改性酚醛树脂预聚体；
(2)将红磷粉末溶于水中并进行超声处理，加入分散剂搅拌均匀，得到红磷分散液；
(3)将步骤(1)制得的苯基苯酚改性酚醛树脂预聚体加入到步骤(2)中的红磷分散液中，加入醋酸调节PH值至2～3，温度控制在80-90℃，反应1.5-2.5h，反应完成后，用1％NaOH溶液调节至中性，将溶液冷却，过滤所得固体，经洗涤、干燥，即得到苯基苯酚改性酚醛树脂包覆的微胶囊红磷。
3.根据权利要求2所述的一种耐电弧烧蚀尼龙材料，其特征在于，步骤(1)反应温度为80～100℃，反应时间为1.5-2.5h。
4.根据权利要求2所述的一种耐电弧烧蚀尼龙材料，其特征在于，步骤(1)苯酚、苯基苯酚和甲醛混合摩尔比为9：1：13，氨水加入量为每100份酚添加5.5份氨水。
5.根据权利要求2所述的一种耐电弧烧蚀尼龙材料，其特征在于，步骤(2)所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠、焦磷酸钠或多聚磷酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的一种耐电弧烧蚀尼龙材料，其特征在于，步骤(2)所述红磷粉末的目数为400～1000目。
7.根据权利要求1所述的一种耐电弧烧蚀尼龙材料，其特征在于，所述聚酰胺选自PA6、PA66、PA56、PA6T、PA9T或PA10T中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种耐电弧烧蚀尼龙材料，其特征在于，所述填充及增强材料选自短切玻璃纤维、碳酸钙粉体或矿粉中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的一种耐电弧烧蚀尼龙材料的制备方法，其特征在于，该方法为：按配比将聚酰胺、胶囊红磷混合均匀，根据需要加入填充及增强材料，经双螺杆挤出机挤出造粒，并将制得的粒子进行干燥，即得产品。
10.根据权利要求9所述的一种耐电弧烧蚀尼龙材料的制备方法，其特征在于，挤出造粒工艺条件为：一区温度：120～200℃；二区：200～280℃；三区：220～300℃；四区：240～320℃；五区：240～320℃；六区：240～320℃；七区：240～320℃；模头温度：220～300℃。
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