CN110698854B - 一种耐热氧老化低析出mca阻燃pa66复合材料及其应用 - Google Patents

一种耐热氧老化低析出mca阻燃pa66复合材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料及其应用。该复合材料包括PA66树脂85~91份、MCA阻燃剂8~12份、空心玻璃微珠0.6~1.0份、抗氧剂0.3~0.6份、阻燃稳定剂0.2~0.3份和硼酸锌0.3~0.6份。本发明以PA66为树脂基体,采用市场普通的MCA阻燃剂,结合空心玻璃微珠、无水硼酸锌和硬脂酸盐为阻燃稳定剂,使复合材料达到UL94V0等级且析出少,有效改善最终制品的印刷效果;通过加入高效复配抗氧体系,提高材料在高温环境下的性能保持率,该材料广泛应用于电子电器、连接器领域,尤其是接线端子领域。

Description

一种耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料及其应用
技术领域
本发明属于聚酰胺66树脂改性技术领域,具体涉及一种耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料及其应用。
背景技术
聚酰胺66(PA66)树脂具有优异的机械性能和物理性能,广泛应用于机械制造业、电动工具、电子电器及交通运输等领域。但由于PA66树脂只能达到V-2阻燃等级,而且燃烧过程中熔滴物易引起二次引燃,引发更大的火灾,从而导致其应用领域大大受限,尤其在工业/汽车电子电器领域,这些产品均是直接或间接接触用电环境,电路中漏电、短路、电弧等均容易引起火灾。因此,在实际应用中,很多PA66产品被要求改进阻燃性,以达到UL规定的V-0防火等级要求。
三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)是一种常用的氮系阻燃剂,特别适用于聚酰胺树脂,阻燃性能好,具有低烟、无毒的特点。MCA属于膨胀型阻燃剂,其阻燃机理是:(1)加速聚合物的分解软化,形成熔滴,通过熔滴带走热量;(2)加速尼龙的炭化分解,在聚合物表面气化膨胀形成一层炭化层,阻碍燃烧的进一步进行。但是燃烧过程中形成的熔滴含热量高,经常以带焰熔滴直接引燃脱脂棉,或者以不带焰熔滴以高热引燃脱脂棉,导致材料阻燃测试结果不能稳定达到UL94 V0级别,波动性大。
国外专利JP2016155924A通过将不同粒径的MCA互配,再加上多元醇酯类的表面活性剂,可以使体系达到稳定V0阻燃等级,但不同粒径MCA需要经过特殊合成工艺获得,可适用性受到一定限制。专利CN108165002A以C8-C18一元或二元饱和羧酸(葵二酸或硬脂酸)为阻燃稳定剂,改善MCA阻燃PA66的阻燃性能,可以稳定达到UL94 V0阻燃级别。但加入的小分子羧酸在放置过程中由于温度、湿度作用,析出倾向大,易于析出,造成制品外观缺陷或者影响后续加工(如丝印)。
因此,制备兼有耐热氧老化性能且析出程度低的MCA阻燃PA66复合材料在工业化应用中具有重要意义。
发明内容
本申请的首要目的在于提供一种耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料。
本申请的另一目的在于提供一种耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料的应用。
为实现上述目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料,包括如下按质量份计的组分:PA66树脂85~91份、MCA阻燃剂8~12份、空心玻璃微珠0.6~1.0份、抗氧剂0.3~0.6份、阻燃稳定剂0.2~0.3份和硼酸锌0.3~0.6份;优选包括如下按质量份计的组分:PA66树脂86.1~90.5份、MCA阻燃剂8~12份、空心玻璃微珠0.6~1份、抗氧剂0.3~0.6份、阻燃稳定剂0.2~0.3份和硼酸锌0.3~0.6份;最优选包括如下按质量份计的组分:PA66树脂89.5~90.2份、MCA阻燃剂8份、空心玻璃微珠0.6~1份、抗氧剂0.6份、阻燃稳定剂0.2~0.3份和硼酸锌0.3~0.6份。
所述的抗氧剂为受阻胺类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂中的一种或两种;优选为两种形成的复合物;更优选为受阻胺类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂按质量比2:1得到的复合物。
所述的受阻胺类抗氧剂为4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺和对,对’-二异丙苯基二苯胺中的一种或两种。
所述的亚磷酸酯抗氧剂优选为双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。
所述的阻燃稳定剂优选为硬脂酸盐类润滑剂。
所述的硬脂酸盐类润滑剂优选为金属离子为+2价或+3价的硬脂酸盐类润滑剂;更优选为硬脂酸钙。
所述的硼酸锌优选为纳米硼酸锌;更优选为无水纳米硼酸锌。
所述的无水纳米硼酸锌优选为无水的Firebrake ZB。
所述的无水纳米硼酸锌是对纳米硼酸锌进一步除水得到的无水纳米硼酸锌;优选为按专利号为CN101514002B、名称为“一种制备超细无水硼酸锌的方法”提供的方法制备得到。
所述的空心玻璃微珠优选为具有如下特征的空心玻璃微珠:pH=7.5~9.5、真密度0.3~0.65g/cm3、堆积密度0.20~0.37g/cm3、壁厚1~2μm、平均粒径20~60μm、D50为35~50μm、抗压强度≥60MPa;更优选具有如下特征的空心玻璃微珠:D50=45μm,真密度0.58~0.62g/cm3,堆积密度0.33~0.36g/cm3,抗压强度83MPa;最优选规格为HL60-12000的空心玻璃微珠。
一种耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料常用双螺杆挤出机熔融共混制备。从双螺杆挤出机的主喂料口加入PA66树脂、MCA阻燃剂、抗氧剂、阻燃稳定剂和硼酸锌,从侧喂料口加入空心玻璃微珠,尽量使空心玻璃微珠在加工中不破裂;经过双螺杆挤出机熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒,得到耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料。
所述的耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料在电子电器领域中进行应用,特别适合在工业/汽车电子电器领域中进行应用。
所述的电子电器优选为连接器;更优选为接线端子连接器。
与现有技术相比,本申请具有以下有益效果:
(1)本发明采用硬脂酸盐和无水硼酸锌为阻燃稳定剂,提高了MCA阻燃PA66的阻燃等级,改善了阻燃稳定性,并且具有更好的稳定性,低析出倾向。
(2)本发明加入内含惰性气体的空心玻璃微珠,空心玻璃微珠可以加速多孔膨胀碳层的形成,提高阻燃效率,降低阻燃剂和阻燃稳定剂用量,降低析出量。
(3)本发明加入特定的受阻胺抗氧剂和亚磷酸盐,提高了材料在高温环境中(150℃)的性能保持率,延长了使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围,特别并不局限于下述具体实施例中所使用的各组分原料的型号。
实施例中所用的材料及型号:
PA66树脂:EPR27;
MCA阻燃剂购自四川精细化工研究设计院;
空心玻璃微珠HL60-12000购自郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司;
硬脂酸钙购自意大利发基FACI化学公司;
受阻胺抗氧剂Naugard 445购自亚帝凡特精细化工(上海)有限公司;
亚磷酸盐抗氧剂Ultranox 627A购自亚帝凡特精细化工(上海)有限公司;
受阻酚类抗氧剂CHEMNOX 1098;
亚磷酸酯抗氧剂168;
无水纳米硼酸锌:Firebrake ZB,按专利号为CN101514002B、名称为“一种制备超细无水硼酸锌的方法”实施例1的方法,得到无水纳米硼酸锌;
硬脂酸购自上海润捷化学试剂有限公司;
葵二酸购自上海麦克林生化科技有限公司;
蒙脱土DK2购自浙江丰虹新材料股份有限公司。
实施例1耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料的制备
按照下表1分别称取组1~6的各原料,通过双螺杆挤出机挤出造粒,其中,预混好的PA66树脂、MCA阻燃剂、抗氧剂、阻燃稳定剂和硼酸锌混合物从双螺杆挤出机的主喂料口加入,空心玻璃微珠从挤出机的侧喂料口加入。调整加工工艺使空心玻璃微珠在加工中均匀分散且尽量少破裂;混合物经过双螺杆挤出机熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒,得到耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料。
表1:用于制备组1~6的MCA阻燃PA66复合材料的各原料组分和用量(单位:kg)
Figure BDA0002282673950000041
随后,在注塑机上制备标准样条,用于测试相关性能。其中,阻燃性能:按照美国国家制定的UL94方法测定;析出程度(样品尺寸100mm*100mm*3mm):通过接触角测试(检测液:二碘甲烷)评估;热氧老化测试(试样尺寸60mm*40mm*3mm):试片放在150℃烘箱中进行热老化。上述组1~6制备得到的耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料的性能测试结果如下表2所示。
表2:组1~6制备得到的耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料的性能测试结果
Figure BDA0002282673950000042
对比例1:MCA阻燃PA66材料的制备
按照下表3分别称取对照组C1~C8中的各原料,通过双螺杆挤出机挤出造粒,制备MCA阻燃PA66材料。随后,将本对比例1制备的MCA阻燃PA66材料与实施例1制备得到的耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料的阻燃性能、析出程度、热氧老化性能进行比较。
表3:用于对照组C1~C8的MCA阻燃PA66材料的各原料组分和用量(单位:kg)
Figure BDA0002282673950000051
按照实施例1所述方法对C1~C8制备得到的MCA阻燃PA66材料进行性能测试,结果如下表4所示。
表4:对照组C1~C8制备得到的MCA阻燃PA66材料的性能测试结果
Figure BDA0002282673950000052
通过将对比例1制备的MCA阻燃PA66材料与实施例1制备得到的耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料的性能测试结果进行比较发现:足量的二元酸、硬脂酸和硬脂酸盐都可以改善MCA阻燃PA66材料的阻燃性能,这是因为二元酸或硬脂酸衍生物可以加速高温下的PA66分解,使材料的分解程度更高,燃烧时材料发泡膨胀更剧烈,形成的熔滴小且热量释放快,达到脱脂棉时已经低于脱脂棉的燃点温度,不足以引燃脱脂棉,从而达到UL94 V0阻燃;然而小分子的二元酸或硬脂酸在产品放置过程中极易析出,会对产品的后续使用或加工工艺产生影响。而本发明采用分子量更高、热稳定更好的硬脂酸盐替代二元酸或硬脂酸,同时复配空心玻璃微珠和无水硼酸锌,起到协同提高阻燃效率的作用,在改善阻燃性能的同时降低硬脂酸盐的用量,降低复合材料的析出量。从C5可以看出,虽然蒙脱土在很多阻燃产品中都有极佳的协效效果,但在MCA阻燃PA66材料中并不具有协同效果,加入蒙脱土的MCA阻燃PA66材料其阻燃性能虽然也能达到V2等级,但其接触角和150℃热老化性能明显不如相同条件下不加蒙脱土时得到的MCA阻燃PA66材料。而且与C4相比,C5燃烧时间长且熔滴更大,这是因为蒙脱土具有插层结构,虽可以加速成炭,却阻碍熔滴的快速滴落。本发明通过使用由受阻胺类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂组成的复合抗氧体系,使复合材料具有更加优异的耐热氧老化性能。
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的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料,其特征在于包括如下按质量份计的组分:PA66树脂85~91份、MCA阻燃剂8~12份、空心玻璃微珠0.6~1.0份、抗氧剂0.3~0.6份、阻燃稳定剂0.2~0.3份和硼酸锌0.3~0.6份;
所述的抗氧剂为受阻胺类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂中的一种或两种;
所述的阻燃稳定剂为硬脂酸盐类润滑剂;
所述的受阻胺类抗氧剂为4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺和对,对’-二异丙苯基二苯胺中的一种或两种;
所述的亚磷酸酯抗氧剂为双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯;
所述的硬脂酸盐类润滑剂为金属离子为+2价或+3价的硬脂酸盐类润滑剂;
所述的硼酸锌为纳米硼酸锌;
所述的空心玻璃微珠为具有如下特征的空心玻璃微珠:pH=7.5~9.5、真密度0.3~0.65g/cm3、堆积密度0.20~0.37 g/cm3 、壁厚1~2μm、平均粒径20~60μm、D50为35-50μm、抗压强度≥60MPa。
2.根据权利要求1所述的耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料,其特征在于包括如下按质量份计的组分:PA66树脂86.1~90.5份、MCA阻燃剂8~12份、空心玻璃微珠0.6~1份、抗氧剂0.3~0.6份、阻燃稳定剂0.2~0.3份和硼酸锌0.3~0.6份。
3.根据权利要求1所述的耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料,其特征在于:
所述的纳米硼酸锌为无水纳米硼酸锌;
所述的空心玻璃微珠为具有如下特征的空心玻璃微珠:D50=45μm,真密度0.58~0.62g/cm3,堆积密度0.33~0.36 g/cm3,抗压强度83MPa。
4.权利要求1~3任一项所述的耐热氧老化低析出MCA阻燃PA66复合材料在电子电器领域中的应用。
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