CN111187512A - 一种阻燃耐磨耐刮擦pa66复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及尼龙技术领域，尤其是涉及一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料及其制备方法。所述PA66复合材料包括以下重量分数的组分：PA66 100‑120份、偶联剂1‑5份、云母粉15‑35份、抗氧剂1‑10份、热稳定剂1‑10份、相容剂1‑10份、磷系阻燃剂20‑40份、分散剂1‑10份、玻璃纤维30‑40份。本发明的PA66复合材料通过云母粉处理、物料混合和挤出造粒制得，具有优异的阻燃、耐磨耐刮擦的性能，其扩大了尼龙材料的应用范围，提高了材料的市场竞争力。其制备过程简单、操作方便、便于PA66复合材料的批量生产。

Description

一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及尼龙技术领域，尤其是涉及一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料及其制备方法。

背景技术

尼龙具有高机械强度、耐化学药品、耐油、耐磨、自润滑、易于加工成型等一系列优异性能，已成为目前国内外广泛应用的热塑性工程塑料之一。改性尼龙具有良好的尺寸稳定性，耐高温性，易加工成型且易脱模。机械强度高，韧性好，热变形温度很高，经过玻纤增强后，热变形温度可达250℃以上，同时可根据客户需要制备玻纤含量为10％-60％等的玻纤增强产品。因此，被广泛应用于医疗、航空、电力设备、机械设备、船舶制造、汽车制造、家用电器、数码产品、纺织器材、生活用品、建筑器材、玩具等领域，得到广泛应用。

随着知识经济时代的发展和高新技术的应用性不断加强，对材料的要求也越来越高。改性尼龙在电器电子工业主要用作绝缘、屏蔽、导电等材料，在通信领域，改性尼龙材料的需求量随着社会的发展，用于各类数据终端设备、光纤等高性能材料。我国是电气生产大国，全行业对改性尼龙材料的需求量较大。改性尼龙材料轻质、绝缘、耐腐蚀、表面质量高和易于成型加工的特点，这正是生产各种家用电器的最佳材料。

尼龙材料本身具有一定的阻燃特性，但像家电和电子电器等对材料阻燃性能要求高的行业，尼龙本身的阻燃性能已不能满足现有的使用要求，尤其是当玻璃纤维增强尼龙材料在这些领域使用时，填充玻纤使材料容易燃烧，因此，需要对尼龙阻燃性能的提高进行深入的研究。目前，尼龙材料的阻燃改性通常分为含卤阻燃改性和无卤阻燃改性，但是无论何种阻燃，对材料的机械性能都有一定的影响。而现在的一些电器行业由于需要长期的反复的试验，所以在阻燃的同时需要耐磨和耐刮擦等要求。因此具有阻燃性能且具备较好的耐刮擦耐磨性能的尼龙将会有较好的特性和较好的市场。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其扩大了尼龙材料的应用范围，提高了材料的市场竞争力。

本发明的目的之二是提供一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料的制备方法，其使得各组分充分混匀，具有工序简单、操作方便的特点。

本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，包括以下重量分数的组分：PA66 100-120份、偶联剂1-5份、云母粉15-35份、抗氧剂1-10份、热稳定剂1-10份、相容剂1-10份、磷系阻燃剂20-40份、分散剂1-10份、玻璃纤维30-40份。

通过采用上述技术方案，PA66同PA6具体更为优异的抗冲击性和耐磨性，以此作为本申请的基材。云母粉在偶联剂和相容剂的辅助下能够较好的分散于PA66中，云母呈六方形的片状晶形，具有极高的电绝缘性、抗酸碱腐蚀、弹性、韧性和滑动性，将其加入PA66中能够有效提高PA66的耐磨耐刮擦的性能。抗氧剂、热稳定剂能够减少PA66受到光、热等氧化反应，提高了PA66的稳定性，保证其优异的机械性能。磷系阻燃剂在本申请的组分中相对于其他阻燃剂具有更高的阻燃改善效果，而且，该磷系阻燃剂对PA66机械性能的影响较小，以此制得的PA66复合材料具有优异的阻燃效果。在本申请中玻璃纤维在偶联剂的作用下，能够与云母粉协同促进PA66的耐磨耐刮擦性能。由此，本申请的PA66复合材料具有优异的阻燃、耐磨耐刮擦的性能，其扩大了尼龙材料的应用范围，提高了材料的市场竞争力。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述PA66的水分含量≤0.3％，相对粘度为2.3-3.5。

通过采用上述技术方案，含水量过高、相对粘度过高或过低，均会导致PA66机械性能的下降，在本申请的组分配比中，当其含水量≤0.3％、相对粘度为2.3-3.5时，其制得的PA66具有更为优异的机械强度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164中的一种或多种的混合物。

通过采用上述技术方案，抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164能够较好的使用于本申请的PA66，相对于其他抗氧剂能够有效减缓PA66的老化，由此保证PA66良好的机械性能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种的混合物。

通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂均能较好的适用于云母粉和玻璃纤维，有效促进云母和玻璃纤维与PA66均匀混合。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述云母粉的粒径为1000-3000目。

通过采用上述技术方案，经过实验验证，云母粉的粒径小于1000目或大于3000目，其制得的PA66复合材料的耐磨耐刮擦性明显低于使用1000-3000目云母粉的PA66复合材料，因此将其最为优选。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述相容剂为PE-g-MAH、PP-g-MAH、EAA、EEA、EVA中的一种或多种的混合物。

通过采用上述技术方案，PE-g-MAH(聚乙烯接枝马来酸酐)、PP-g-MAH(聚丙烯接枝马来酸酐)、EAA(乙烯丙烯共聚物)、EEA(乙烯丙烯酸乙酯)、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)均为市面上容易购买获得的相容剂，其相对于其他相容剂，本申请具有一定的机械强度，在改善PA66与云母粉、玻璃纤维相容性的同时，还能提高PA66复合材料的整体机械强度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述磷系阻燃剂为磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、聚磷酸酯中的一种或多种的混合物。

通过采用上述技术方案，磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐以及聚磷酸酯均为磷的有机态，其相对于无机磷能够更好的分散于PA66中，有效增加PA66的阻燃性能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述分散剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、EVA蜡润滑剂、脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸胺、脂肪酸酯中的一种或多种的混合物。

通过采用上述技术方案，聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、EVA蜡润滑剂、脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸胺、脂肪酸酯能够对PA66起到良好的分散和脱模作用，提高PA66复合材料的加工效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述玻璃纤维为无碱短玻璃纤维，且直径为8-15μm，长度3.5-5.5mm。

通过采用上述技术方案，无碱短玻璃纤维是一种硼硅酸盐玻璃，上述规格的玻璃纤维不但能够快速分散于PA66中，还能有效改善PA66的机械性能。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料的制备方法，包括以下步骤：

①、云母粉处理

按设定配比称取云母粉和偶联剂投入于搅拌机中，在1000-1200r/min的搅拌速度下混合12-16min，混合均匀后取出，放入恒温干燥箱中，在105-110℃的温度下干燥3.5-4.5h，得到云母处理料；

②、物料混合

按设定配比称取PA66、抗氧剂、热稳定剂、相容剂、磷系阻燃剂、分散剂投入搅拌机中，加入步骤①中制得的云母处理料，在1000-1200r/min的搅拌速度下混合20-25min，得到混合料；

③、挤出造粒

将步骤②的混合料从主喂料口投入挤出机中，同时将玻璃纤维从侧喂料口投入挤出机中，控制挤出机料筒温度：一区265-280℃、二区265-280℃、三区270-280℃、四区270-280℃、五区270-280℃、六区245-250℃、七区245-250℃、八区245-250℃、九区245-250℃、模头275℃、螺杆挤出速度为600-650r/min，挤出后冷却造粒，得到最终的PA66复合材料。

通过采用上述技术方案，本申请先使用偶联剂对云母粉进行处理，能够促使偶联剂均匀附着于云母粉颗粒的表面，有助于云母粉更好的分散于PA66中。随后再将除玻璃纤维的组分进行混合，实现物料的初步混匀。最后将玻璃纤维从挤出机的侧喂料口投入挤出机，以此减少玻璃纤维在物料搅拌过程中发生切断的现象。整个制备过程简单、操作方便、便于PA66复合材料的批量生产，其制得的PA66复合材料具有优异的机械性能、阻燃性能和耐磨耐刮擦性能。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请的PA66复合材料通过云母粉、玻璃纤维、磷系阻燃剂以及其他加工助剂的添加，具有优异的阻燃、耐磨耐刮擦的性能，其扩大了尼龙材料的应用范围，提高了材料的市场竞争力；

2.本申请的PA66复合材料通过云母粉处理、物料混合和挤出造粒制得，其过程简单、操作方便、便于PA66复合材料的批量生产。

附图说明

图1是制备阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

1、实施例

1.1、实施例1

一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，包括以下重量分数的组分：PA66 110份、偶联剂2份、云母粉20份、抗氧剂8份、热稳定剂1份、相容剂6份、磷系阻燃剂30份、分散剂5份、玻璃纤维35份。

其中，PA66的水分含量为0.3％，相对粘度为2.3；偶联剂为硅烷偶联剂KH550和钛酸酯偶联剂HY201按重量比为2:1复配而成；云母粉的粒径为2000目；抗氧剂为抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂CA按重量比1:2复配而成；热稳定剂为二盐基硬脂酸铅；相容剂为PE-g-MAH、PP-g-MAH和EVA按重量比为1:1:2复配而成；磷系阻燃剂为亚磷酸酯和有机磷盐按重量比为3:1复配而成；分散剂为聚乙烯蜡；玻璃纤维为无碱短玻璃纤维，且直径为8-15μm，长度3.5-5.5mm(市售的玻璃纤维中，其直径和长度通常为区间值)。

上述PA66复合材料的制备方法，参见图1，包括以下步骤：

①、云母粉处理

按设定配比称取云母粉和偶联剂投入于搅拌机中，在1000r/min的搅拌速度下混合15min，混合均匀后取出，放入恒温干燥箱中，在110℃的温度下干燥4h，得到云母处理料；

②、物料混合

按设定配比称取PA66、抗氧剂、热稳定剂、相容剂、磷系阻燃剂、分散剂投入搅拌机中，加入步骤①中制得的云母处理料，在1000r/min的搅拌速度下混合20min，得到混合料；

③、挤出造粒

将步骤②的混合料从主喂料口投入挤出机中，同时将玻璃纤维从侧喂料口投入挤出机中，控制挤出机料筒温度：一区265℃、二区265℃、三区270℃、四区270℃、五区270℃、六区250℃、七区250℃、八区250℃、九区250℃、模头275℃、螺杆挤出速度为600r/min，挤出后冷却造粒，得到最终的PA66复合材料。

1.2、实施例2-4

实施例2-4均在实施例1的方法基础上，对组分的添加量以及工艺参数加以调整，具体调整情况参见下表一。

表一 实施例1-4的组分及工艺参数表

1.3、实施例5-7

实施例5-7均在实施例1的方法基础上，对PA66加以调整。其中，实施例5中PA66的水分含量为0.2，相对粘度为3.5；实施例6中PA66的水分含量为0.4，相对粘度为1.2；实施例7中PA66的水分含量为0.1，相对粘度为4.2。

1.4、实施例8-10

实施例8-10均在实施例1的方法基础上，对抗氧剂加以调整。其中，实施例8中抗氧剂为抗氧剂1010；实施例9中抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂CA和抗氧剂164按重量比为1:1:1复配而成；实施例10中抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比1:1复配而成。

1.5、实施例11-13

实施例11-13均在实施例1的方法基础上，对偶联剂加以调整。其中，实施例11中偶联剂为硅烷偶联剂KH550；实施例12中偶联剂为钛酸酯偶联剂HY201；实施例13为硅烷偶联剂KH560和铝酸酯偶联剂HY133按重量比为1:1复配而成。

1.6、实施例14-16

实施例14-16均在实施例1的方法基础上，对云母粉的目数加以调整。其中，实施例14中云母粉的目数为3000目；实施例15中云母粉的目数为600目；实施例16中云母粉的目数为3500目。

1.7、实施例17-19

实施例17-19均在实施例1的方法基础上，对相容剂加以调整。其中，实施例17中相容剂为PE-g-MAH；实施例18中相容剂为PP-g-MAH、EAA和EEA按重量比为1:1:1复配而成；实施例19中相容剂为ABS-g-MAH。

1.8、实施例20-22

实施例20-22均在实施例1的方法技术上，对磷系阻燃剂加以调整。其中，实施例20中磷系阻燃剂为磷酸酯；实施例21中磷系阻燃剂为聚磷酸酯；实施例22中磷系阻燃剂为红磷。

1.9、实施例23-24

实施例23-24均在实施例1方法基础上，对分散剂加以调整，该分散剂可以为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、EVA蜡润滑剂、脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸胺、脂肪酸酯中的一种或多种的混合物。其中，实施例23中具体以聚丙烯蜡为例；实施例24具体以EVA蜡润滑剂和脂肪酸按重量比1:1复配而成的分散剂为例。

2、对比例

2.1、对比例1

对比例1在实施例1的方法基础上，未添加云母粉。

2.2、对比例2

对比例2在实施例1的方法基础上，未添加玻璃纤维。

2.3、对比例3

对比例3在实施例1的方法基础上，将磷系阻燃剂替换为十溴二苯乙烷。

3、性能检测

将上述实施例1-24以及对比例1-3的PA66复合材料进行如下性能检测，检测结果参见下表二。

3.1、阻燃性：按照UL94阻燃等级测试方法测定。

3.2、耐磨耐刮擦性能：使用划痕仪进行检测；其中，耐磨耐刮擦等级如下：

A表示摩擦区域表面未见明显变化；

B表示摩擦区域表面有轻微磨损，1-4条划痕，且长度≤5cm；

C表示摩擦区域表面磨损较为严重，5条以上划痕，且长度＜5cm。

3.3、低温冲击性能(-18℃)：按照GB/T 1843/A-2008的标准进行测定。

3.4、静弯曲性能：按照GB/T 9341-2008的标准进行测定。

表二 实施例1-24以及对比例1-3的PA66复合材料的性能检测结果

参见表二，通过实施例1-4以及对比例1-3的检测结果，可以得到，本申请的PA66复合材料通过云母粉、玻璃纤维、磷系阻燃剂以及其他加工助剂的添加，具有优异的阻燃、耐磨耐刮擦的性能。其通过云母粉处理、物料混合和挤出造粒制得，制备过程简单、操作方便、便于PA66复合材料的批量生产。由此，扩大了尼龙材料的应用范围，提高了材料的市场竞争力。

将实施例1与实施例5-7的检测结果进行比较，可以得到，本申请选用水分含量≤0.3％、相对粘度为2.3-3.5的PA66，能够进一步提高PA66复合材料的机械强度。

将实施例1与实施例8-10的检测结果进行比较，可以得到，本申请中抗氧剂选用抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164中的一种或多种的混合物，尤其是当抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂CA按重量比1:2复配而成时，其制得的PA66复合材料具有更为优异的机械性能。

将实施例1与实施例11-13的检测结果进行比较，可以得到，本申请中偶联剂选用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种的混合物，尤其是当偶联剂为硅烷偶联剂KH550和钛酸酯偶联剂HY201按重量比为2:1复配而成时，其制得的PA66复合材料具有更为优异的耐磨耐刮檫性能。

将实施例1与实施例14-16的检测结果进行比较，可以得到，本申请中云母粉的粒径为2000-3000目时，其制得的PA66复合材料具有更为优异的耐磨耐刮檫性能和机械性能。

将实施例1与实施例17-19的检测结果进行比较，可以得到，本申请中相容剂选用PE-g-MAH、PP-g-MAH、EAA、EEA、EVA中的一种或多种的混合物，尤其是当相容剂为PE-g-MAH、PP-g-MAH和EVA按重量比为1:1:2复配而成时，其制得的PA66复合材料具有更为优异的耐磨耐刮檫性能和机械性能。

将实施例1与实施例20-22的检测结果进行比较，可以得到，本申请中磷系阻燃剂选用磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、聚磷酸酯中的一种或多种的混合物时，其制得的PA66复合材料具有更为优异的阻燃性能。

将实施例1与实施例23-24的检测结果进行比较，可以得到，本申请中分散剂选为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、EVA蜡润滑剂、脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸胺、脂肪酸酯中的一种或多种的混合物时，其制得的PA66复合材料具有优异的耐磨耐刮檫性能和机械性能。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其特征在于，包括以下重量分数的组分：PA66100-120份、偶联剂1-5份、云母粉15-35份、抗氧剂1-10份、热稳定剂1-10份、相容剂1-10份、磷系阻燃剂20-40份、分散剂1-10份、玻璃纤维30-40份。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其特征在于，所述PA66的水分含量≤0.3％，相对粘度为2.3-3.5。

3.根据权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其特征在于，所述云母粉的粒径为1000-3000目。

6.根据权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其特征在于，所述相容剂为PE-g-MAH、PP-g-MAH、EAA、EEA、EVA中的一种或多种的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其特征在于，所述磷系阻燃剂为磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、聚磷酸酯中的一种或多种的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、EVA蜡润滑剂、脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸胺、脂肪酸酯中的一种或多种的混合物。

9.根据权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱短玻璃纤维，且直径为8-15μm，长度3.5-5.5mm。

10.权利要求1-9中任意一项所述的一种阻燃耐磨耐刮擦PA66复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①、云母粉处理

按设定配比称取云母粉和偶联剂投入于搅拌机中，在1000-1200r/min的搅拌速度下混合12-16min，混合均匀后取出，放入恒温干燥箱中，在105-110℃的温度下干燥3.5-4.5h，得到云母处理料；

②、物料混合

按设定配比称取PA66、抗氧剂、热稳定剂、相容剂、磷系阻燃剂、分散剂投入搅拌机中，加入步骤①中制得的云母处理料，在1000-1200r/min的搅拌速度下混合20-25min，得到混合料；

③、挤出造粒

将步骤②的混合料从主喂料口投入挤出机中，同时将玻璃纤维从侧喂料口投入挤出机中，控制挤出机料筒温度：一区265-280℃、二区265-280℃、三区270-280℃、四区270-280℃、五区270-280℃、六区245-250℃、七区245-250℃、八区245-250℃、九区245-250℃、模头275℃、螺杆挤出速度为600-650r/min，挤出后冷却造粒，得到最终的PA66复合材料。

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