CN115011115A - 一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

采用相容剂对尼龙、磷氮阻燃剂表面进行处理，通过引入复配耐磨剂、增韧剂及激光打标等助剂制备了一种高耐磨、可紫外激光打标的无卤阻燃尼龙复合材料。解决现有磷氮阻燃尼龙材料耐磨性能差、激光标识不清晰问题。

Description

一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料及其 制备方法

技术领域

本发明涉及一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

交流接触器是电力拖动和自动控制系统中一种重要的低压控制电器，其在轨道交通领域有着重要应用。由于受欧盟环保法规的特殊限制，轨道交通所使用的材料需满足EN45545-2标准要求，这对交流接触器选材提出了更高的安全性和功能性要求，要求材料具有低烟无卤、尺寸稳定性、耐温及紫外激光打标等性能。

传统的溴系、红磷材料因其环保差、发烟量大，无法满足轨交标准要求，而随之取代的是一种新型无卤（磷氮类）阻燃尼龙材料，并成为轨交接触器首选材料。轨交接触器组装结构呈多样性，其中基座与底座呈卡扣形式设计较轻巧、经典，然而其在机械寿命试验中由于受到高频率的开闭动作易导致基座与底座间的卡扣位置出现挤压、磨损产生间隙，最终使得接触器寿命实验失效。这是由于基座或底座所使用的无卤阻燃材料中的磷氮阻燃剂与尼龙基材相容性较差，当材料受外力频繁的作用挤压摩擦，阻燃剂易发生迁移现象，而溴系阻燃剂与尼龙具有较强的结合力，其不存在此现象。另外轨交接触器材料需满足激光标识性能，而磷氮阻燃尼龙材料本体无法激光标识，需通过特殊设计才能实现。

目前，针对磷氮阻燃尼龙材料耐磨及激光标识性能研究，现有相关技术报道极少，现有技术主要集中于玻纤增强耐磨、无机阻燃耐磨研究。因此如何克服现有痛点技术的不足，开发一种高耐磨、可激光打标性能的阻燃尼龙复合材料成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有磷氮阻燃尼龙材料耐磨性能差、激光标识不清晰问题。本发明从材料表面自润性和界面相容性机理出发，采用相容剂对尼龙、磷氮阻燃剂表面进行处理，通过引入复配耐磨剂、增韧剂及激光打标等助剂制备了一种高耐磨、可紫外激光打标的无卤阻燃尼龙复合材料。

本发明的技术方案如下：

1、一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料及其制备方法，其特征在于该复合材料由以下各组分和质量百分比的原料组成：

尼龙树脂 42~46%

短玻璃纤维 23~27%

无卤阻燃剂 17-21%

复配耐磨剂 5~12%

激光打标剂 1.5~2%

润滑剂 0.4~0.8%

抗氧剂 0.3~0.5%

表面处理剂 0.1-0.5%。

所述尼龙树脂是PA6、PA66、PA1012、PA1212、PA46、PPA中的一种或一种以上混合物。

所述短玻璃纤维是无碱短玻璃纤维。进一步优选的是所述的短玻璃纤维为耐水解的无碱短玻璃纤维。

所述无卤阻燃剂是有机次磷酸盐、无机亚磷酸盐、硼酸锌、氢氧化镁中的一种或两种。进一步优选的是所述的无卤阻燃剂为有机次磷酸盐与无机亚磷酸盐复配，复配比例优选16:3。

所述复配耐磨剂是铁氟龙、锌类耐磨剂、硅共聚类耐磨剂、超高分子量聚乙烯、高效硅酮、马来酸酐接枝POE中的两种或两种以上混合物。进一步优选的是所述的复配耐磨剂为铁氟龙、锌类耐磨剂及马来酸酐接枝POE混合物，优选复配比例为16:2:3。

所述的激光打标剂为自制复配无机打标剂，主要采用云母、钛白粉及紫外吸收剂复配而成。

所述润滑剂是硅酮、聚乙烯蜡、乙烯丙烯酸共聚物、硬脂酸钙中的一种或一种以上混合物。进一步优选的是所述的润滑剂为硅酮粉和聚乙烯蜡复配，起到内外润滑作用。

所述抗氧剂是亚磷酸酯类、受阻酚类及硫代酯类中的一种或一种以上混合物。

所述的表面处理剂为含环氧基的硅烷偶联剂KH560。

所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于该材料的制备步骤如下：

第一步：先将尼龙原材料与一定比例的KH560在转速45rpm/min下搅拌均匀使得KH560偶联剂在原材料表面完全浸润分布；

第二步：再将阻燃剂、无机打标剂、润滑剂、抗氧剂及表面处理剂加入，并在转速30rpm/min下进一步均匀搅拌得到共混物；

采用48:1长径比（双侧喂、高真空）的双螺杆挤出机，侧喂分别在第一区和第五区，第一区进复配耐磨剂，第五区进耐水解短玻璃纤维，工艺温度按聚酰胺树脂加工温度进行设置，经过共混挤出得到一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料。

与现有技术相比，本发明的优点具有如下：

本发明的创新点在于从表面自润滑和界面相容性机理出发，在尼龙树脂中引入特殊配比的表面处理剂、复配耐磨剂及相容剂使之协同作用，提高了磷氮阻燃剂与基体的相容性，改善材料表面耐磨性能。同时利用现有无机矿物与激光吸收剂复配，实现高清晰的紫外激光打标标识。与现有技术相比，本发明的主要优点：该材料具有高耐磨性能和激光打标性能，同时赋予一定阻燃性和机械性能。

具体实施方式

以下将结合具体对比例1~2及实施例1-7对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明中所使用的原料及配比如表1 ，但不限于对比例及实施例所使用的原料及配比限制。

按表1的配比原料进行高搅预混，采用双侧喂、高真空的双螺杆挤出方法造粒制得高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料。

性能表征及测试方法：

上述各对比例及实施例制备的复合材料的非缺口冲击强度参照GB/T 1043.1-2008标准，采用简支梁冲击试验机测量；垂直燃烧阻燃参照GB/T 2408-2008标准，采用垂直-水平燃烧测量仪测量；耐磨性能参照ASTM D-6279，采用Taber 5750耐磨测试仪测量（载荷750g，60次/min）；激光标识对比度ΔE参照ISO9001-2015标准，采用色差分析仪测量。

表1中对比例1~2原料配比及性能测试结果，结果显示采用单独ADP材料阻燃均达不到V-0，对比2在对比1 基础上增加5%PTFE，材料耐磨性能没有明显改善，Taber 耐磨刮擦周期500次就出现粉末，同时对比1-2均无法实现激光标识性能。

表1中实施例1-7原料配比及性能测试结果，阻燃体系由ADP与无机亚磷酸铝复配，阻燃性能大幅度提高，达到V-0级。

实施例3相较实施例1-2，增加耐磨剂可进一步提高材料表面耐磨性能，其中6%耐磨剂是表面耐磨提升的转折点，但实施例子6表明过多的耐磨剂量反而起到反作用。

实施例3-5通过耐磨剂PTF与偶联剂KH560、SLS耐磨剂、相容剂及增韧剂结合协同作用，可实现高耐磨性能，Taber 耐磨刮擦周期30000次不出粉末。

实施例7通过引入自制激光打标剂，可大幅度提高材料的激光标识性能，对比度从5左右提升至32.9。

表1 结果对比情况

原料配比

测试性能结果

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术员来说，可以根据上述说明加以改进或変换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料及其制备方法，其特征在于该复合材料由以下各组分和质量百分比的原料组成：

尼龙树脂 42~46%

短玻璃纤维 23~27%

无卤阻燃剂 17-21%

复配耐磨剂 5~12%

激光打标剂 1.5~2%

润滑剂 0.4~0.8%

抗氧剂 0.3~0.5%

表面处理剂 0.1-0.5%。

2.根据权利要求1所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于所述尼龙树脂是PA6、PA66、PA1012、PA1212、PA46、PPA中的一种或一种以上混合物。

3.根据权利要求1所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于所述短玻璃纤维是无碱短玻璃纤维。

4.根据权利要求1所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于所述无卤阻燃剂是有机次磷酸盐、无机亚磷酸盐、硼酸锌、氢氧化镁中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于所述复配耐磨剂是铁氟龙、锌类耐磨剂、硅共聚类耐磨剂、超高分子量聚乙烯、高效硅酮、马来酸酐接枝POE中的两种或两种以上混合物。

6.根据权利要求1所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于所述激光打标剂是自制复配的无机打标剂。

7.根据权利要求1所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于所述润滑剂是硅酮、聚乙烯蜡、乙烯丙烯酸共聚物、硬脂酸钙中的一种或一种以上混合物。

8.根据权利要求1所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于所述抗氧剂是亚磷酸酯类、受阻酚类及硫代酯类中的一种或一种以上混合物。

9.根据权利要求1所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于所述表面处理剂为含环氧基的硅烷偶联剂KH560。

10.如权利要求1所述的一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于该方法的制备步骤如下：

第一步：先将尼龙原材料与一定比例的KH560在转速45rpm/min下搅拌均匀使得KH560偶联剂在原材料表面完全浸润分布；

第二步：再将阻燃剂、无机打标剂、润滑剂、抗氧剂及表面处理剂加入，并在转速30rpm/min下进一步均匀搅拌得到共混物；

采用48:1长径比（双侧喂、高真空）的双螺杆挤出机，侧喂分别在第一区和第五区，第一区进复配耐磨剂，第五区进耐水解短玻璃纤维，工艺温度按聚酰胺树脂加工温度进行设置，经过共混挤出得到一种高耐磨、可紫外激光标识的无卤阻燃尼龙复合材料。