CN112375378B - 一种不色变卤素阻燃增强ppa复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不色变卤素阻燃增强PPA复合材料及其制备方法，由以下按照重量分数计的原材料构成：PPA 35‑55份，玻璃纤维20‑50份，卤素阻燃剂BPS 12‑17份，协效阻燃剂2‑5份，成核剂0.1‑0.4份，抗氧剂0.1‑0.4份，协效阻燃剂为有机硅阻燃剂，按照加工工艺要求在同向双螺杆挤出设备中熔融共混挤出，得到PPA复合材料。本发明通过添加协效阻燃剂，获得良好的阻燃特性的同时，解决了传统卤‑锑复合阻燃体系加工易色变的问题，机械性能优异，加工成本低，制品外观得到改善。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体的说是一种不色变卤素阻燃增强PPA复合材料及其制备方法。
背景技术
聚邻苯二甲酰胺（PPA）是以邻苯二甲酸为原料的半芳香族尼龙，是一种半结晶性热塑性聚合物材料。玻璃纤维增强的PPA复合材料具有优异的耐高温特性和物理机械性能，极佳的尺寸精度和稳定性，在热、电、物理及耐化学性方面都有良好的表现。通过阻燃改性的玻璃纤维增强PPA复合材料可具有良好的阻燃特性，这使得经玻璃纤维增强的阻燃PPA复合材料在电子电气、机械工程等领域都有着广泛的应用前景。
传统卤-锑复合阻燃体系的PPA复合材料，由于含卤素有机化合物-锑化合物的同时添加，导致复合材料的初始热分解温度大幅降低，复合材料在加工过程中颜色极易发灰变暗，甚至严重影响到材料的物理机械性能。TGA分析结果显示，传统卤-锑复合阻燃体系的PPA复合材料分解1%时的温度大概在100-110℃，分解5%时的温度大概在340-350℃，而PPA复合材料的挤出/注塑加工温度在310-340℃左右，因此在挤出或注塑过程中，复合材料已存在相当程度的分解，直接导致了材料整体明显发灰变暗，极大限制了玻璃纤维增强阻燃PPA复合材料的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不色变卤素阻燃增强PPA复合材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种不色变卤素阻燃增强PPA复合材料，由以下按照重量分数计的原材料构成：PPA 35-55份，玻璃纤维20-50份，卤素阻燃剂BPS 12-17份，协效阻燃剂2-5份，成核剂0.1-0.4份，抗氧剂0.1-0.4份，协效阻燃剂为有机硅阻燃剂。
所述PPA的特性粘度为0.8-1.1。
所述PPA的型号为美国杜邦HTN502、青岛三力本诺SL 1252或浙江新和成N600。
所述玻璃纤维的型号为重庆国际301HP、山东泰山435N或桐乡巨石560A。
所述卤素阻燃剂BPS的重均分子量在20000-200000，型号为雅宝SAYTEX 621、山东兄弟BPS-6070或山东旭锐SR-7010。
所述协效阻燃剂型号为美国陶熙RM1-9641、德国瓦克Pellet S或德国赢创E525。
所述成核剂型号为德国布吕格曼P22或德国科莱恩Cav102。
所述抗氧剂型号为德国布吕格曼H161或美国都福S-9228。
一种不色变卤素阻燃增强PPA复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按照设定用量比例，将PPA从同向双螺杆挤出设备的主喂料口加入；阻燃剂BPS、有机硅协效阻燃剂、成核剂和抗氧剂混匀后在同向双螺杆挤出设备的一个侧喂料口加入；玻璃纤维从同向双螺杆挤出设备的另一个侧喂料口加入。
经熔融挤出，造粒，获得不色变卤素阻燃增强PPA复合材料。
本发明通过添加协效阻燃剂，获得良好的阻燃特性的同时，不会降低复合材料的加工上限温度，即不会降低材料的热分解温度，解决了传统卤-锑复合阻燃体系加工易色变的问题，机械性能优异，加工成本低，制品外观得到改善。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明揭示了一种不色变卤素阻燃增强PPA复合材料，由以下按照重量分数计的原材料构成：PPA 35-55份，玻璃纤维20-50份，卤素阻燃剂BPS 12-17份，协效阻燃剂2-5份，成核剂0.1-0.4份，抗氧剂0.1-0.4份，协效阻燃剂为有机硅阻燃剂。PPA即为聚邻苯二甲酰胺。
所述PPA的特性粘度为0.8-1.1。
对于各原材料的具体型号，可以参照以下各出厂厂商进行相应的选择，保证优异的品质。
所述PPA的型号可优选为美国杜邦HTN502、青岛三力本诺SL 1252或浙江新和成N600。
所述玻璃纤维的型号可优选为重庆国际301HP、山东泰山435N或桐乡巨石560A。
所述卤素阻燃剂BPS的重均分子量在20000-200000，优选型号为雅宝SAYTEX 621、山东兄弟BPS-6070或山东旭锐SR-7010。
所述协效阻燃剂型号优选为美国陶熙RM1-9641、德国瓦克Pellet S或德国赢创E525。
所述成核剂型号优选为德国布吕格曼P22或德国科莱恩Cav102。
所述抗氧剂型号优选为德国布吕格曼H161或美国都福S-9228。
在具体制备时，按照设定用量比例，将PPA从同向双螺杆挤出设备的主喂料口加入；阻燃剂BPS、有机硅协效阻燃剂、成核剂和抗氧剂混匀后在同向双螺杆挤出设备的一个侧喂料口加入；玻璃纤维从同向双螺杆挤出设备的另一个侧喂料口加入；经熔融挤出，造粒，获得不色变卤素阻燃增强PPA复合材料。
有机硅阻燃剂具有热稳定性好、不迁移等优良特性。聚硅氧烷作为有机硅阻燃剂的一种，以硅树脂和硅油为主。聚硅氧烷本身是聚合物，能够很好的与聚合物相容，提高了两者的结合力，使阻燃成分迁移概率降低。有机硅阻燃剂在燃烧时分子中-Si-O-键会转为-Si-C-键，与生成的炭化物一起形成复合炭层。此复合炭层具有阻隔热量、隔绝氧气、防止熔滴的优点，将高分子材料封闭起来，阻止可燃性气体向外扩散。
阻燃剂含量增加会影响基材原有的性能，尤其会降低材料的加工、使用和机械性能，同时大幅度提高成本，通过卤系阻燃剂-有机硅阻燃剂的复配，一方面能够发挥各自在燃烧过程中的作用，气相-固相两种阻燃机理相结合，能够更有效的阻断燃烧的进行，同时，有机硅阻燃剂以其优异的热稳定性、与聚合物材料的良好相容性和出色的外润滑特性，完全不会降低复合材料的加工上限温度，保证了复合材料良好的颜色表现和机械、加工性能。
正是因为有机硅阻燃剂具有优异的热稳定性，不会降低复合材料的热分解温度，使得添加了有机硅阻燃剂后，复合材料在分解1%时的温度可达到380-390℃，在分解5%时的温度可达400-405℃，而PPA材料的挤出/注塑加工温度在310-340℃，远低于材料的初始热分解温度，因此在加工过程中，复合材料不会发生热分解，从而确保了材料在加工过程中颜色和外观的稳定性。
下面以具体的实施例进行详细说明，不同添加量的有机硅协效阻燃剂对于复合材料整体性能的影响。
| 配方 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| PPA（青岛三力本诺SL 1252） | 37.6份 | 36.6份 | 35.6份 |
| BPS（山东兄弟BPS-6070） | 14份 | 14份 | 14份 |
| 有机硅阻燃剂（陶熙RM1-9641） | 3份 | 4份 | 5份 |
| 成核剂（布吕格曼P22） | 0.2份 | 0.2份 | 0.2份 |
| 抗氧剂（布吕格曼H161） | 0.2份 | 0.2份 | 0.2份 |
| 玻璃纤维（巨石560A） | 45份 | 45份 | 45份 |
以上各实施例得到的PPA复合材料的情况台下表所示。
| 性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| <![CDATA[密度（g/cm<sup>3</sup>）]]> | 1.706 | 1.709 | 1.712 |
| 灰分（%） | 47.2 | 48.0 | 49.3 |
| 拉伸强度（MPa） | 221 | 212 | 198 |
| 断裂伸长率（%） | 2.2 | 1.8 | 0.8 |
| 弯曲强度（MPa） | 327 | 311 | 304 |
| 弯曲模量（MPa） | 13400 | 13900 | 14100 |
| <![CDATA[简支梁缺口冲击强度（kJ/m<sup>2</sup>）]]> | 13.2 | 12.4 | 10.8 |
| <![CDATA[简支梁非缺口冲击强度（kJ/m<sup>2</sup>）]]> | 74 | 72 | 67 |
| 负荷热变形温度（1.8MPa，℃） | 281 | 280 | 282 |
| 垂直燃烧等级（1.6mm） | V-0 | V-0 | V-0 |
由上述各实施例对应的PPA复合材料的性能可看出，协效阻燃剂取2-5份的范围中，随着取重越大，简支梁缺口冲击强度、简支梁非缺口冲击强度会越来越小，即物理机械性能，尤其是冲击特性衰减比较明显，因此，经过严密的试验，发现有机硅阻燃剂用量正常不超过5份。而经过测试，在实际生产中，当用量少于2份时，垂直燃烧等级即阻燃等级达不到1.6mmV-0，难以满足相应的使用需求。因此，对于有机硅阻燃剂取2-5份，是经过严格试验，而非随意取值的一个范围。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种不色变卤素阻燃增强PPA复合材料，其特征在于，由以下按照重量分数计的原材料构成：
PPA 35-55份，玻璃纤维20-50份，卤素阻燃剂BPS 12-17份，协效阻燃剂2-5份，成核剂0.1-0.4份，抗氧剂0.1-0.4份，所述协效阻燃剂型号为美国陶熙RM1-9641、德国瓦克PelletS或德国赢创E525，所述卤素阻燃剂BPS的重均分子量在20000-200000。
2.根据权利要求1所述的不色变卤素阻燃增强PPA复合材料，其特征在于，所述PPA的特性粘度为0.8-1.1。
3.根据权利要求1所述的不色变卤素阻燃增强PPA复合材料，其特征在于，所述PPA的型号为美国杜邦HTN502、青岛三力本诺SL 1252或浙江新和成N600。
4.根据权利要求1所述的不色变卤素阻燃增强PPA复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维的型号为重庆国际301HP、山东泰山435N或桐乡巨石560A。
5.根据权利要求1所述的不色变卤素阻燃增强PPA复合材料，其特征在于，所述卤素阻燃剂BPS的型号为雅宝SAYTEX 621、山东兄弟BPS-6070或山东旭锐SR-7010。
6.根据权利要求1所述的不色变卤素阻燃增强PPA复合材料，其特征在于，所述成核剂型号为德国布吕格曼P22或德国科莱恩Cav102。
7.根据权利要求1所述的不色变卤素阻燃增强PPA复合材料，其特征在于，所述抗氧剂型号为德国布吕格曼H161或美国都福S-9228。
8.一种根据权利要求1所述的不色变卤素阻燃增强PPA复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照设定用量比例，将PPA从同向双螺杆挤出设备的主喂料口加入；
阻燃剂BPS、有机硅协效阻燃剂、成核剂和抗氧剂混匀后在同向双螺杆挤出设备的一个侧喂料口加入；玻璃纤维从同向双螺杆挤出设备的另一个侧喂料口加入；
经熔融挤出，造粒，获得不色变卤素阻燃增强PPA复合材料。
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