CN111363349A - 一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料，其特征在于，其制备原料按重量份数包括以下组分：尼龙60～90份、玻璃纤维5～15份、碳纤维3～10份、碳纳米管0.5～10份、红磷10～15份、硼酸酯烷基胺0.3～2份、润滑剂0～1.5份、复合添加剂0.3～3份。本发明还公开了一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料的制备方法。该复合材料不仅具有较优良的阻燃性能，较高的机械强度，而且具有较优异的抗静电能力，可用于制作输送辊，以应用于煤矿等领域。

Description

一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，特别涉及一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙是一种重要的工程塑料，因其具有耐磨、耐油、耐冲击、耐高低温等特性，被广泛用于机械、汽车、仪表等行业。但尼龙具有很高的绝缘电阻和一定的可燃性。在煤矿设备、电子电器等领域的应用过程中由于摩擦、挤压等原因很容易使塑料表面积累电荷而产生静电，从而引起静电放电，造成火灾、爆炸，特别是煤矿瓦斯爆炸。因此，尼龙在这些领域的应用必须既具有阻燃又具有抗静电性能。
在尼龙复合材料中加入阻燃剂，可以实现材料的阻燃性能；常用的溴系阻燃剂，特点是添加量少、阻燃效率高。但是其燃烧时释放出的有害气体及有毒物质DPO(即所谓的二噁英)等对人体有极大的伤害性。因此随着欧盟RoHS/WEEE指令的颁布，环保型无卤素阻燃剂发展迅速。无卤阻燃体系应用较广的是三聚氰胺/磷酸盐体系阻燃剂和红磷阻燃剂。阻燃效果主要取决于磷含量。三聚氰胺/磷酸盐体系阻燃剂阻燃效率不高，需要比较大的添加量才能达到较高的阻燃等级，但添加量过高会影响材料力学性能。红磷阻燃剂含磷量高，具有较高的阻燃效率，添加比较少的量就可以达到比较好的阻燃水平。而且，使用红磷阻燃剂对力学性能影响也比较小。但红磷填充尼龙，表面电阻较高，容易在表面聚集电荷。这样对于煤矿及电子电器应用就产生了安全隐患。所以，对于这类应用，红磷阻燃尼龙需要采取抗静电措施。
一般，抗静电措施采用加入导电炭黑的方法。这种方法一般需要加入比较多的导电炭黑才能起到抗静电作用，4％以下的添加量表面电阻基本没有变化，6-8％左右的添加量才会达到比较好的抗静电的效果，表面电阻可以下降到109Ω水平。但比较多的导电炭黑往往会导致力学性能的下降。
因此，需要开发一款兼具较好的阻燃性、抗静电性和力学性能的尼龙复合材料。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料及其制备方法，该复合材料不仅具有较优良的阻燃性能，较高的机械强度，而且具有较优异的抗静电能力，可用于制作输送辊，以应用于煤矿等领域。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料，其制备原料按重量份数包括以下组分：尼龙60～90份、玻璃纤维5～15份、碳纤维3～10份、碳纳米管0.5～10份、红磷10～15份、硼酸酯烷基胺0.3～2份、润滑剂0～1.5份、复合添加剂0.3～3份。
进一步的，所述尼龙为尼龙6、尼龙66中的一种或两种的组合物。
进一步的，所述玻璃纤维为经过硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维。
进一步的，所述碳纤维为经过表面处理的聚丙烯腈碳纤维。
进一步的，所述润滑剂为硬脂酸酯、油酸酯、液体石蜡、乙撑双脂肪酸酰胺中的一种或两种及以上的组合。
进一步的，所述复合添加剂包括抗氧化剂、紫外吸收剂和光稳定剂。
本发明还提供了一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量份数配比称取尼龙、红磷、硼酸酯烷基胺、润滑剂、复合添加剂，加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(2)将玻璃纤维、碳纤维和碳纳米管按照重量份数配比混合均匀，得到混合填料；
(3)将步骤(1)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口中，将步骤(2)得到的混合填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得阻燃抗静电增强尼龙复合材料。
进一步的，所述双螺杆挤出机分为四区，一区的温度控制在190～200℃，二区的温度控制在200～210℃，三区的温度控制在210～220℃，四区的温度控制在205～215℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的复合材料采用红磷作为阻燃剂，仅需较少的量就可以实现较好的阻燃效果；
(2)本发明的复合材料的制备原料中加入的碳纤维和碳纳米管在尼龙树脂中达到一定浓度后会形成网状结构，提高了复合材料的导电及抗静电能力；
(3)本发明的复合材料的制备原料中加入的硼酸酯烷基胺是一种新型表面活性剂，成本较低，其HLB值在8到10之间，具有分散、偶联和一定的润滑功能。一方面，其亲油部分与尼龙基体树脂均匀分散并结合，便于材料的加工成型，提高复合材料中各组分之间的相容性，进而提高复合材料的基本物理性能，使复合材料的机械强度得到极大的提高；另一方面，其亲水部分在材料的表面呈微细的层状或筋状分布，形成吸水导电层，达到抗静电效果。
本发明通过碳纳米管与硼酸酯烷基胺复配，同时加入适量碳纤维，提高了复合材料的抗静电效果，增强了复合材料的力学性能，又可以解决红磷阻燃剂填充尼龙带来的静电问题。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料，其制备原料按重量份数包括以下组分：尼龙60～90份、玻璃纤维5～15份、碳纤维3～10份、碳纳米管0.5～10份、红磷10～15份、硼酸酯烷基胺0.3～2份、润滑剂0～1.5份、复合添加剂0.3～3份。
其中的尼龙优选为尼龙6、尼龙66中的一种或两种的组合物。
其中的玻璃纤维为经过硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维。
其中的碳纤维为经过表面处理的聚丙烯腈碳纤维。
其中的润滑剂优选为硬脂酸酯、油酸酯、液体石蜡、乙撑双脂肪酸酰胺中的一种或两种及以上的组合物。
其中的复合添加剂包括抗氧化剂、紫外吸收剂和光稳定剂。
本发明还提供了一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量份数配比称取尼龙、红磷、硼酸酯烷基胺、润滑剂、复合添加剂，加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(2)将玻璃纤维、碳纤维和碳纳米管按照重量份数配比混合均匀，得到混合填料；
(3)将步骤(1)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口中，将步骤(2)得到的混合填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得阻燃抗静电增强尼龙复合材料。
其中，双螺杆挤出机分为四区，一区的温度控制在190～200℃，二区的温度控制在200～210℃，三区的温度控制在210～220℃，四区的温度控制在205～215℃。
实施例及对比例
表1列出了实施例1-3以及对比例1-3的阻燃抗静电增强尼龙复合材料的制备原料组分和配比。
实施例1-3以及对比例1-3中所使用的制备原料的生产厂家及型号如下：
尼龙6树脂：巴陵石化BL3280
玻璃纤维：欧文斯科宁995
碳纤维：台湾台塑碳纤维TC35
碳纳米管：LG化学
导电炭黑：欧励隆(原赢创德固赛)碳黑HIBLACK 420B
抗氧剂：天津利安隆RIANOX 1010，RIANOX 168
紫外吸收剂：天津利安隆RIASORB UV-329
光稳定剂：上海巴斯夫Tinuvin 770DF
润滑剂：乙撑双脂肪酸酰胺，苏州兴泰国光化学助剂有限公司
硼酸酯烷基胺：青岛四维化工有限公司901。
表1实施例1-3与对比例1-3的复合材料的制备原料组分及配比(重量份数)
Figure BDA0002428213780000061
实施例1-3的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照重量份数配比称取尼龙6、红磷、硼酸酯烷基胺、乙撑双脂肪酸酰胺、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外吸收剂329、光稳定剂770，加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(2)将玻璃纤维、碳纤维和碳纳米管按照重量份数配比混合均匀，得到混合填料；
(3)将步骤(1)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口中，将步骤(2)得到的混合填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得阻燃抗静电增强尼龙复合材料。
其中，双螺杆挤出机分为四区，一区的温度控制在190～200℃，二区的温度控制在200～210℃，三区的温度控制在210～220℃，四区的温度控制在205～215℃。
对比例1-3的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照重量份数配比称取尼龙6、红磷、乙撑双脂肪酸酰胺、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外吸收剂329、光稳定剂770，加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(2)将玻璃纤维和导电炭黑按照重量份数配比混合均匀，得到混合填料；
(3)将步骤(1)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口中，将步骤(2)得到的混合填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得阻燃抗静电增强尼龙复合材料。
其中，双螺杆挤出机分为四区，一区的温度控制在190～200℃，二区的温度控制在200～210℃，三区的温度控制在210～220℃，四区的温度控制在205～215℃。
对实施例1-3和对比例1-3所制得的复合材料进行性能测试，性能测试结果如表2所示。
表2实施例1-3和对比例1-3所制得的复合材料的性能测试结果
Figure BDA0002428213780000081
由表1和表2可知，实施例1-3和对比例1-3相比较，对比例2和3中的导电炭黑需要较高的填充量才能达到抗静电效果，添加大量的导电炭黑导致复合材料的力学性能下降。本发明实施例1-3比较可知，实施例1中加入少量碳纤维、碳纳米管和硼酸酯烷基胺，复合材料具备一定的抗静电性能和良好的机械强度；实施例2在进一步增大碳纳米管的用量后，抗静电性能明显提高，同时力学性能也有提高，实施例3在进一步增大硼酸酯烷基胺的用量后，复合材料的抗静电性能和力学性能又进一步得到提高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的修改或等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料，其特征在于，其制备原料按重量份数包括以下组分：尼龙60～90份、玻璃纤维5～15份、碳纤维3～10份、碳纳米管0.5～10份、红磷10～15份、硼酸酯烷基胺0.3～2份、润滑剂0～1.5份、复合添加剂0.3～3份。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙为尼龙6、尼龙66中的一种或两种的组合物。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为经过硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料，其特征在于，所述碳纤维为经过表面处理的聚丙烯腈碳纤维。
5.根据权利要求1所述的一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸酯、油酸酯、液体石蜡、乙撑双脂肪酸酰胺中的一种或两种及以上的组合。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料，其特征在于，所述复合添加剂包括抗氧化剂、紫外吸收剂和光稳定剂。
7.如权利要求1至6任一项所述的一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
(1)按照重量份数配比称取尼龙、红磷、硼酸酯烷基胺、润滑剂、复合添加剂，加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(2)将玻璃纤维、碳纤维和碳纳米管按照重量份数配比混合均匀，得到混合填料；
(3)将步骤(1)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口中，将步骤(2)得到的混合填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得阻燃抗静电增强尼龙复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种阻燃抗静电增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机分为四区，一区的温度控制在190～200℃，二区的温度控制在200～210℃，三区的温度控制在210～220℃，四区的温度控制在205～215℃。
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