CN114456593B - 耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料及其制备方法与应用，包括如下重量份的组分：脂肪族聚酰胺10‑60份、芳香族聚酰胺5‑50份、玻璃纤维10‑50份、次磷酸盐8‑20份、三聚氰胺衍生物0.3‑1份、无机氢氧化物2‑10份。本发明提供的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料兼具高耐漏电起痕性能和良好的阻燃性能。

Description

耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
无卤阻燃聚酰胺由于优异的阻燃性能、力学性能、电气性能、低烟低毒和环保，在电子电器、新能源和汽车等领域广泛应用。随着技术的不断迭代更新，电子电器和新能源行业薄壁化、小型化、高电压和强电流的方向，这不仅要求无卤阻燃聚酰胺具有更好的阻燃性能，而且具有较好的耐漏电起痕性能。
在新能源领域，充电时间越来越短，这要求充电电压越来越高，充电电流越来越大。为了保障充电安全，需要材料具有较好漏电起痕性能，但传统的CTI已经无法反映高电压下的材料耐漏电起痕能力，取而待之的是IPT，中文名为斜板法耐漏电起痕测试。斜板法漏电起痕的测试范围为1-6kV。UL746A规定根据ASTM D2303标准，测试电压在1-5kV范围内，材料持续1h电弧不超过25mm，即表示材料的IPT通过此电压。在新能源或高压连接器领域，材料的IPT需要达到1.5kV甚至更高。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料及其制备方法与应用。
为达到其目的，本发明所采用的技术方案为：一种耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料，包括如下重量份的组分：脂肪族聚酰胺10-60份、芳香族聚酰胺5-50份、玻璃纤维10-50份、次磷酸盐8-20份、三聚氰胺衍生物0.3-1份、无机氢氧化物2-10份。
本发明通过芳香族聚酰胺、次磷酸盐和无机氢氧化物的协效作用，赋予无卤阻燃聚酰胺复合物较好的耐漏电起痕性能。同时，通过芳香族聚酰胺、次磷酸盐和三聚氰胺聚磷酸盐的共同作用，赋予无卤阻燃聚酰胺复合物较好的阻燃性能。本发明在特定配比的脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺组成下，加入无机氢氧化物提高了聚酰胺复合材料斜板法漏电起痕性能的同时兼顾聚酰胺复合材料的阻燃性能。
优选地，所述耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料包括如下重量份的组分：脂肪族聚酰胺20-40份、芳香族聚酰胺10～40份、玻璃纤维20-40份、次磷酸盐8-20份、三聚氰胺衍生物0.3-1份、无机氢氧化物2-10份。本申请发明人经过大量创造性试验探究后发现，在上述配比下得到的聚酰胺复合材料具有更佳的阻燃性能和耐漏电起痕性能。
优选地，所述脂肪族聚酰胺为尼龙66、尼龙6、尼龙46和尼龙56中的一种或组合。更佳地，所述脂肪族聚酰胺为尼龙66或尼龙6。
优选地，所述芳香族聚酰胺为尼龙66/6T、尼龙6T/6I、尼龙MXD6、尼龙10T和尼龙1012/10T中的一种或组合。更佳地，所述芳香族聚酰胺为尼龙66/6T。
优选地，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维、H-玻璃纤维、R-玻璃纤维、S-玻璃纤维、D-玻璃纤维和C-玻璃纤维中的一种或组合。更佳地，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维。
优选地，所述次酸盐为次磷酸铝和/或二乙基次磷酸铝。
优选地，所述三聚氰胺衍生物为三聚氰胺多聚磷酸盐。三聚氰胺多聚磷酸盐的用量优选为0.3-1份，进一步优选为0.5-0.8份。三聚氰胺聚磷酸盐含量对无卤阻燃聚酰胺阻燃性能和漏电起痕性能同样具有重要影响，所述三聚氰胺聚磷酸盐含量过低，将降低无卤阻燃聚酰胺的阻燃性能；所述三聚氰胺聚磷酸盐含量过高，三聚氰胺聚磷酸盐可以协效成炭，导致炭层中导电碳含量过高，降低漏电起痕性能。
优选地，所述无机氢氧化物为勃姆石。在特定配比的脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺的基础上，利用勃姆石陶瓷化以及放电过程中会释放水蒸气，猝灭电弧作用，既能提高漏电起痕性能，并兼顾其阻燃性能。进一步，所述勃姆石的D50粒径优选为0.3-1.0微米，更佳为0.5-0.8微米。本申请发明人经过大量创造性试验探究后发现，所述勃姆石粒径对聚酰胺复合材料的性能有影响，勃姆石的粒径会对其陶瓷化速度和释放水的速度造成一定的影响。所述勃姆石的D50粒径控制为0.3-1.0微米，可以进一步保证聚酰胺复合材料能同时具有高耐漏电起痕性能和良好的阻燃性能。
本发明还提供了一种所述耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，包括：按配比称量各种原料，将上述原料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥处理后得到所述耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料。
本发明还提供了一种所述耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料在制备汽车连接器产品或高压连接器中的应用。
优选地，所述耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料在用于制备新能源汽车连接器产品或高压连接器。需要说明的是，所述汽车连接器产品包括充电枪。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料兼具高耐漏电起痕性能和良好的阻燃性能。另外，现有技术中，连接器主要采用无卤阻燃聚酰胺为主要原料，但是现有的无卤阻燃聚酰胺的IPT较低，严重限制了充电速度的提高。本发明提供的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料能够克服上述问题，所述耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料制备得到的汽车连接器具有较高的耐漏电起痕性能，能够承受较大的充电电流，进而提高了汽车的充电速度。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述，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。
原料来源如下，但不限于这些原料：
聚酰胺树脂：
PA66：牌号：PA66 EP-158，厂家：浙江华峰集团；
PA6：牌号：PA6 HY-2800，厂家：江苏海阳化纤有限公司；
PA66/6T：牌号：C1504T，厂家：山东广垠公司。
玻璃纤维：牌号：ECS10-3.0-568H，购自中国巨石股份有限公司。
二乙基次膦酸铝：牌号：OP1230，磷含量23～24％，购自克莱恩公司。
三聚氰胺聚磷酸盐：牌号：BUDIT 3141，购自德国Budenheim Iberica公司。
勃姆石-1；牌号BG-1，D50粒径为1.0μm，购自安徽壹石通材料科技有限公司；
勃姆石-2；牌号BG-2，D50粒径为0.5μm，购自安徽壹石通材料科技有限公；
勃姆石-3：牌号BG-3，D50粒径为3.0μm，购自安徽壹石通材料科技有限公司；
氢氧化镁：牌号Aitemag 12FD，江苏艾特克阻燃材料有限公司。
样品制备
实施例1～10和对比例1～5的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料按照如下方法制备：
按照表1-2中所述配比称量各种原料，将上述原料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥处理后得到实施例1～10和对比例1～5的聚酰胺复合材料。
性能测试
将实施例1～10和对比例1～5的聚酰胺复合材料进行性能测试，测试方法如下：
(1)阻燃性能：将实施例1～10和对比例1～5的聚酰胺复合材料职称厚度为0.8mm的样品，根据UL94-2013的相关标准对样条进行阻燃性能测试。
(2)耐漏电起痕测试:按照ASTM D2303-2013进行耐漏电起痕试验。采用恒压法，试验电压为2.0kV。
通过(Pass)的标准为:五个样品都能持续60min，材料表面电痕不超过25mm；
未通过(NG)的标准为：五个样品中至少有一个样品持续时间低于60min，或材料表面电痕超过25mm。
测试结果
实施例1～10的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料配方(重量份)及性能测试结果如表1所示：
表1
注：表中“-”表示未添加该组分。
对比例1～5的无卤阻燃聚酰胺复合材料配方(重量份)及性能测试结果如表2所示：
表2
注：表中“-”表示未添加该组分。
结果分析
由实施例1-7可知，本发明制得的无卤阻燃聚酰胺复合物具有良好的阻燃性能和耐漏电起痕性能，漏电起痕测试(IPT)能达2kV。
比较实施例3和对比例5、对比例1可知，在未添加勃姆石条件下，对比例1加入了0.7份的三聚氰胺聚磷酸盐，制备得到的无卤阻燃聚酰胺复合物的垂直燃烧性能只能达到V-2，但且其漏电起痕性能无法达到IPT2.0kV。进一步增加三聚氰胺聚磷酸盐含量，如对比例5所示，对比例1加入了4份的三聚氰胺聚磷酸盐，增加三聚氰胺聚磷酸盐加入量有利于提高成品阻燃性能，但其漏电起痕性能仍达不到IPT 2.0kV。这表明勃姆石可以显著提高无卤阻燃聚酰胺的阻燃性能和耐漏电起痕性能。
同时，比较实施例3和实施例10，实施例3的组分中无机氢氧化物选用勃姆石，实施例10的组分中无机氢氧化物选用氢氧化镁，测试结果表明实施例3的耐漏电起痕性能明显高于实施例10，由此可知，相比于其它无机氢氧化物，选用勃姆石能够得到兼具高耐漏电起痕性能和良好的阻燃性能的无卤阻燃聚酰胺复合物。
比较实施例3、实施例8～9可知，勃姆石的粒径对无卤阻燃聚酰胺复合物的耐漏电起痕性能有重要影响，所述勃姆石的D50粒径在0.3-1.0微米范围内，更优地，所述勃姆石的D50粒径在0.5-0.8微米范围内，能够得到兼具高耐漏电起痕性能和良好的阻燃性能的无卤阻燃聚酰胺复合物。
比较实施例3、对比例2和对比例3可知，三聚氰胺聚磷酸盐含量对无卤阻燃聚酰胺阻燃性能和漏电起痕性能同样具有重要影响。对比例2未添加三聚氰胺聚磷酸盐，无卤阻燃聚酰胺复合物垂直燃烧性能达不到V-0；对比例4三聚氰胺聚磷酸盐含量过高时，无卤阻燃聚酰胺复合物耐漏电起痕性能无法达到IPT2.0kV。
比较实施例3和对比例4可知，不添加芳香族聚酰胺时，无卤阻燃聚酰胺复合物的阻燃性能只能达到V-1，漏电起痕性能无法达到IPT2.0kV。缺失芳香聚合物将导致材料在燃烧或放电过程中无法快速形成保护层，从而降低耐漏电起痕性能和阻燃性能。
比较实施例3和对比例6～8可知，不添加次磷酸盐、次磷酸盐的加入量过多或过少都会导致所述无卤阻燃聚酰胺复合物的阻燃性能下降，漏电起痕性能无法达到IPT2.0kV。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：脂肪族聚酰胺10-60份、芳香族聚酰胺5-50份、玻璃纤维10-50份、次磷酸盐8-20份、三聚氰胺衍生物0.3-1份、无机氢氧化物2-10份；
所述无机氢氧化物为勃姆石，所述勃姆石的D50粒径为0.3-1.0微米。
2.如权利要求1所述的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：脂肪族聚酰胺20-40份、芳香族聚酰胺10～40份、玻璃纤维20-40份、次磷酸盐8-20份、三聚氰胺衍生物0.3-1份、无机氢氧化物2-10份。
3.如权利要求1或2所述的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，所述脂肪族聚酰胺为尼龙66、尼龙6、尼龙46和尼龙56中的一种或组合。
4.如权利要求1或2所述的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，所述芳香族聚酰胺为尼龙66/6T、尼龙6T/6I、尼龙MXD6、尼龙10T和尼龙1012/10T中的一种或组合。
5.如权利要求1或2所述的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维、H-玻璃纤维、R-玻璃纤维、S-玻璃纤维、D-玻璃纤维和C-玻璃纤维中的一种或组合。
6.如权利要求1或2所述的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，所述次磷酸盐为次磷酸铝和/或二乙基次磷酸铝。
7.如权利要求1或2所述的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，所述三聚氰胺衍生物为三聚氰胺多聚磷酸盐。
8.如权利要求1～7任一项所述的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括：按配比称量各种原料，将上述原料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥处理后得到所述耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料。
9.如权利要求1～7任一项所述的耐漏电起痕无卤阻燃聚酰胺复合材料在制备汽车连接器或高压连接器中的应用。
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