CN110183848A - 一种高湿态介电强度阻燃pa66复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料领域,公开了一种高湿态介电强度阻燃PA66复合材料及其制备方法,按重量份数计,本发明的高湿态介电强度阻燃PA66复合材料包含50.0~70.0份PA66,10.0~30.0份玻纤,15.0~25.0份阻燃剂,0.1~1.0份界面处理剂,0.1~0.5份成核剂,0.2~1.0份加工助剂。本发明采用界面处理剂有机硅烷聚合物提高各组分之间结合强度的同时利用其成型后成膜性的特点来阻止水分的侵入;并选用填料类阻燃剂,发挥其结构屏蔽效果,另外,使用成核剂提高材料的结晶度,从而降低材料在高湿态环境下的吸水率,同时保持材料优异的力学性能和阻燃性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域,尤其涉及一种高湿态介电强度阻燃PA66复合材料及其制备方法。
背景技术
随着我国电子电气工业的迅速发展和对电气公共安全的日益重视,对高电绝缘阻燃增强工程塑料的需求日益增长,如低压真空接触器、低压开关、薄壁电子电气元件等都需要用具有很好综合力学性能、阻燃性能及电绝缘性能的工程塑料制造。其中聚酰胺(PA)的用量最大,PA66通过增强阻燃改性后被广泛的应用在电子电气产品。在电器小型部件中,密集型插针要求塑料材料具备非常高的介电强度。同时,由于电气设备微型化发展的趋势,使得电气设备应用的环境更加复杂,但是聚酰胺吸水后介电强度会大幅下降,直接影响其在电子电气领域的应用。
介电强度是工业电器用材料很关键的性能指标,直接关系到电路的安全性和可靠性。研究发现聚酰胺由于含有胺基和羰基,易与水分子形成氢键,因此所得到的各种材料在使用时容易吸水。PA66是最常用的聚酰胺材料,它们最高能从潮湿空气中吸收质量分数8%的水分,在一般湿度环境下也能吸收质量分数2%到4%的水分,导致其介电强度急剧下降,因此要求所使用的工程塑料不但要阻燃、环保,而且要耐更高的环境温度、湿度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种高湿态介电强度阻燃PA66复合材料,通过各组分间界面处理,添加阻燃剂、成核剂改善材料性能,解决PA66树脂具备非常强吸水性的问题。
为达到本发明的目的按重量份计,本发明高湿态介电强度阻燃PA66复合材料包含50.0~70.0份PA66,10.0~30.0份玻纤,15.0~25.0份阻燃剂,0.1~1.0份界面处理剂,0.1~0.5份成核剂,0.2~1.0份加工助剂。
本发明中,所述PA66为己二胺与己二酸脱水聚合的产物,优选地,所述PA66的粘度在2.4-2.8之间。
作为优选,所述玻纤为无碱耐水解短切纤维,相比传统玻纤其具备更好的机械性能并且在高湿态下性能保持率更优,更优选地,所述玻纤直径在9-13微米之间。
作为优选,所述阻燃剂为环保型溴-锑复合阻燃剂,进一步优选地,所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、三氧化二锑的复合阻燃剂。
作为优选,所述界面处理剂为有机硅烷聚合物,其含有氨基、烷氧基等官能团,可与阻燃剂、玻纤反应形成牢固的共价键,提高各组分之间结合强度的同时具备成膜性,成型后有效阻止水分的侵入,使材料的吸水率和吸水速度大大降低。
作为优选,所述成核剂为苯基次膦酸钠。
本发明中,所述加工助剂选自抗氧剂、润滑剂中的一种或多种。
作为优选,所述抗氧剂包含主抗氧剂和辅抗氧剂,所述主抗氧剂选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗氧剂1098)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)中的一种或多种,所述辅抗氧剂选自三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂626)、二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯](抗氧剂245)、抗氧剂817(33.3%抗氧剂1010+66.7%抗氧剂626的的二元共混物)中的一种或多种,更优选地,所述主抗氧剂与辅抗氧剂质量比为1:1-2。
作为优选,所述润滑剂为硬脂酸钙、PE蜡、硅酮、聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或多种。
为达到本发明的目的,本发明还提供了一种上述高湿态介电强度阻燃PA66复合材料的制备方法,该方法包括以下步骤:将PA66、阻燃剂、界面处理剂、成核剂、加工助剂置于混合机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料,将玻纤从侧加料口加料,通过同向啮合双螺杆挤出机,进行挤出造粒,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
优选地,所述混合机的搅拌速率为250-500转/分钟,例如450转/分钟。
优选地,所述挤出造粒的温度为240~280℃,挤出机螺杆转速为200-600转/分钟。
本发明采用界面处理剂有机硅烷聚合物提高各组分之间结合强度的同时利用其成型后成膜性的特点来阻止水分的侵入;并选用填料类阻燃剂,发挥其结构屏蔽效果,另外,使用成核剂提高材料的结晶度,从而降低材料在高湿态环境下的吸水率,同时保持材料优异的力学性能和阻燃性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。应当理解,以下描述仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形,意在覆盖非排它性的包括。例如,包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素,而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时,这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围,而不论该范围是否单独公开了。例如,当公开了范围“1至5”时,所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时,除非另外说明,否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个,并且单数形式的要素或组分也包括复数形式,除非所述数量明显只指单数形式。
而且,若无特别说明,本发明实施例和对比例中各种原料为发明内容所述优选原料之一或其组合,本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
将66.0份PA66、22.8份阻燃剂、0.5份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.1份成核剂(苯基次膦酸钠)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将10.0份无碱耐水解短玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
实施例2
将65.5份PA66、22.8份阻燃剂、1.0份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.1份成核剂(苯基次膦酸钠)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将10.0份无碱耐水解短玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
实施例3
将65.1份PA66、22.8份阻燃剂、1.0份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.5份成核剂(苯基次膦酸钠)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将10.0份无碱耐水解短玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
实施例4
将51.0份PA66、17.8份阻燃剂、0.5份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.1份成核剂(苯基次膦酸钠)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将30.0份无碱耐水解短玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
实施例5
将50.5份PA66、17.8份阻燃剂、1.0份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.1份成核剂(苯基次膦酸钠)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将30.0份无碱耐水解短玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
实施例6
将50.1份PA66、17.8份阻燃剂、1.0份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.5份成核剂(苯基次膦酸钠)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将30.0份无碱耐水解短玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
对比例1
将65.1份PA66、22.8份阻燃剂、1.0份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将10.0份玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
对比例2
将65.1份PA66、22.8份阻燃剂、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.5份成核剂(苯基次膦酸钠)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将10.0份无碱耐水解短玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
对比例3
将65.1份PA66、22.8份阻燃剂、1.0份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.5份成核剂(0.2份苯基次膦酸钠+0.3份氟化钙)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将10.0份玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
对比例4
将65.1份PA66、22.8份阻燃剂、1.0份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.5份成核剂(10000目滑石粉)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将10.0份玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
对比例5
将65.1份PA66、22.8份阻燃剂、1.0份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.5份成核剂(苯基次膦酸钠)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将10.0份常规短玻纤(泰山玻纤T435N)从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
对比例6
将65.1份PA66、22.8份阻燃剂(溴化聚苯乙烯+三氧化二锑+硼酸锌)、1.0份界面处理剂(有机硅烷聚合物)、0.2份抗氧剂(抗氧剂1098、抗氧剂817各为0.1份)、0.2份硅酮、0.2份PE蜡、0.5份成核剂(苯基次膦酸钠)等置于450转/分钟的高混机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料;将10.0份耐水解短玻纤从侧加料口加料,进行挤出造粒,挤出机各温区的温度为250℃(一区)、265℃(二区)、260℃(三区)、250℃(四区)、240℃(四区)、230℃(五区)、230℃(六区)、225℃(七区)、225℃(八区)、265℃(机头),挤出机螺杆转速350转/分钟,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
表1阻燃PA66复合材料的性能测试
从上述表1中可以看出,通过这种方法制备的阻燃PA66复合材料经过湿态环境处理后确实能保持较高的介电强度。其中实施例3、实施例6均获得比较好的综合性能和理想的湿态介电常数。
本发明中,由实施例3、对比例6可以看出填料类阻燃剂在体系中起到了结构屏蔽作用,降低了材料的吸水率;由实施例3、对比例2、对比例5可以看出耐水解短玻纤与界面处理剂共同作用提高了玻纤与树脂之间的结合强度,并利用界面处理剂的成膜性,大大延缓了水分的侵入;由实施例3、对比例1、对比例3、对比例4可以看出最终成核剂的加入提高了材料的结晶度;通过三个方面的同时作用有效降低了材料的吸水率和吸水速度,进而提高了材料在高湿态(30℃,93%湿度,72小时)处理后的介电强度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明精神实质与原理所作的改变、修饰、替代、组合、简化等都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高湿态介电强度阻燃PA66复合材料,其特征在于,按重量份数计,该高湿态介电强度阻燃PA66复合材料包含50.0~70.0份PA66,10.0~30.0份玻纤,15.0~25.0份阻燃剂,0.1~1.0份界面处理剂,0.1~0.5份成核剂,0.2~1.0份加工助剂。
2.根据权利要求1所述的高湿态介电强度阻燃PA66复合材料,其特征在于,所述PA66为己二胺与己二酸脱水聚合的产物,优选地,所述PA66的粘度在2.4-2.8之间。
3.根据权利要求1所述的高湿态介电强度阻燃PA66复合材料,其特征在于,所述玻纤为无碱耐水解短切纤维,更优选地,所述玻纤直径在9-13微米之间。
4.根据权利要求1所述的高湿态介电强度阻燃PA66复合材料,其特征在于,所述阻燃剂为环保型溴-锑复合阻燃剂,优选地,所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、三氧化二锑的复合阻燃剂。
5.根据权利要求1所述的高湿态介电强度阻燃PA66复合材料,其特征在于,所述界面处理剂为有机硅烷聚合物,含有氨基、烷氧基官能团。
6.根据权利要求1所述的高湿态介电强度阻燃PA66复合材料,其特征在于,所述成核剂为苯基次膦酸钠。
7.根据权利要求1所述的高湿态介电强度阻燃PA66复合材料,其特征在于,所述加工助剂为抗氧剂、润滑剂的中一种或多种;优选地,所述抗氧剂包含主抗氧剂和辅抗氧剂,所述主抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1076中的一种或多种,所述辅抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧剂245、抗氧剂817中的一种或多种;更优选地,所述主抗氧剂与辅抗氧剂质量比为1:1-2。
8.根据权利要求7所述的加工助剂,其特征在于,所述润滑剂为硬脂酸钙、PE蜡、硅酮、聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或多种。
9.权利要求1-8任一项所述的高湿态介电强度阻燃PA66复合材料的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:将PA66、阻燃剂、界面处理剂、成核剂、加工助剂置于混合机中进行充分混合,得到预混料,随后将预混料从主加料口加料,将玻纤从侧加料口加料,通过同向啮合双螺杆挤出机,进行挤出造粒,最后通过注塑成型制备测试样条,进行性能测试。
10.根据权利要求9所述的高湿态介电强度阻燃PA66复合材料的制备方法,其特征在于,所述混合机的搅拌速率为250-500转/分钟,例如450转/分钟;优选地,所述挤出造粒的温度为240~280℃,挤出机螺杆转速为200-600转/分钟。
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