CN115322565B - 一种高模量低吸水阻燃pa66复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料的制备方法，具体讲，涉及一种热水器零部件用高模量低吸水阻燃PA66复合材料及其制备方法。所述复合材料的组成为：PA66 100份、PPO 5‑15份、相容剂3‑10份、玻纤25‑40份、光稳定剂0.5‑2份、阻燃剂15‑20份、偶联剂1‑3份、辅助阻燃剂1‑3份、抗氧剂0.1‑1份和润滑剂0.1‑1份。本发明的高模量低吸水阻燃PA66复合材料，提高了玻纤增强PA66复合材料的模量，降低了其吸水性，具有优良的阻燃性，高漏电起痕指数（CTI），用电安全，尺寸稳定性良好。适用于对于阻燃性安全性要求比较高，同时对材料尺寸稳定性要求也较高的热水器零部件应用领域，具有广阔的应用前景。本发明的高模量低吸水阻燃PA66，高CTI,阻燃性好，尺寸稳定性好。
Description
技术领域
本申请涉及PA66复合材料领域，更具体地说，它涉及一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙是五大工程塑料之一，具有强度高，耐热性好，润滑性优良，电性能好等优点。广泛用于电子电器，汽车零部件，办公设备，电动汽车或电动自行车电池外壳部件等领域。但PA66由于分子链上含有大量酰胺键，具有较大的吸水性，吸水后材料的模量降低许多，限制其在一些场合的应用，如热水器零部件。既要求具有阻燃性，防止漏电，同时要求高模量低吸水特性。普通的玻纤增强阻燃PA66复合材料无法满足其使用要求。
玻纤增强阻燃PA66通常采用溴化聚苯乙烯等溴系阻燃剂实现阻燃，但随着经济的发展，国际上对无卤阻燃材料的要求越来越高，减少或不使用含卤阻燃剂必然会成为行业的趋势。
本发明通过添加聚苯醚(PPO)等来提高PA66复合材料的刚性，降低其吸水率，同时配合无卤阻燃，实现其阻燃，同时具有较高的CTI值，用电安全。新型复合材料不仅克服了玻纤增强阻燃PA66材料遇水吸潮，模量降低的问题，同时复合材料的防滴落性能好，提高了复合材料的阻燃效率。大大拓宽了增强阻燃PA66材料的应用范围。广泛应用于热水器零部件等一些对材料模量要求高，吸水率低的场合，具有广阔的应用前景。本发明的高模量低吸水阻燃PA66复合材料制备方法，复配过程和加工过程简单，易于加工制备。
发明内容
本发明的首要发明目的在于提出了一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料。
本发明的第二发明目的在于提出该复合材料的制备方法。
为了实现本发明的目的，采用的技术方案为：
本发明涉及一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料，由以下重量份的原料制成：
所述复合材料拉伸强度达到180-190MPa，弯曲强度可以达到270-285MPa、弯曲模量达到14000-15000MPa，放在沸水中1小时后，弯曲模量保持率达到90-95％，阻燃性达到UL94v0级，漏电起痕指数(CTI)达到500-600V，饱和吸水率为0.05-0.10％，应用于热水器零部件中。
可选的，所述PPO的熔融指数为10-20g/10min，所述PA66的相对粘度为2.65-2.75，所述PA66的重均分子量为10-15万。
优选的，所述PPO的熔融指数为15-20g/10min，所述PA66的相对粘度为2.65-2.75，所述PA66的重均分子量为12-15万。
可选的，所述的相容剂为马来酸酐接枝PPO，接枝率为1.5-2.0％，所述的玻纤为玻纤长纤维，为无碱玻纤，玻纤的直径为7-10微米。
优选的，所述的相容剂为马来酸酐接枝PPO，接枝率为1.8-2.0％，所述的玻纤为玻纤长纤维，为无碱玻纤，玻纤的直径为7-8微米。
可选的，所述偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为6-9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐的含量为18％-22％。
优选的，所述偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为6-9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐的含量为20-22％。
可选的，所述光稳定剂为UV327与UV944的混合物，且按质量比，UV327：UV944为1：1。
可选的，所述阻燃剂为三苯基氧膦，所述三苯基氧膦的熔点为150-156℃，所述三苯基氧膦的纯度为98-99％，所述辅助阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐，所述三聚氰胺氰尿酸盐的纯度为96-99％。
可选的，所述主抗氧剂为抗氧剂1098或抗氧剂1010中的任意一种，所述辅助抗氧剂为抗氧剂168，且按质量比，主抗氧剂：辅助抗氧剂为(2-3)：1。
可选的，所述润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺，TAF，PETS中的任意一种。
本发明还涉及一种新型所述的复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1:将PA66进行干燥，干燥温度100-105℃，干燥时长2-5h；
S2:将计量干燥好的PA66与PPO与阻燃剂、相容剂、偶联剂、光稳定剂、抗氧剂和润滑剂等放入高速搅拌机中高速搅拌混合均匀，混合时长10-15分钟；
S3：通过双螺杆挤出机的主喂料口加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后，即得高模量低吸水阻燃PA66复合材料；
双螺杆挤出机的温度设定范围为260-280℃，螺杆转速为300-400rpm，真空度为-0.8--1.0Kgf/cm2；双螺杆挤出机的各区的温度为：
一区温度：260-265℃；
二区温度：265-270℃；
三区温度：270-275℃；
四区温度：270-275℃；
五区温度：270-275℃；
六区温度：265-270℃；
七区温度：260-265℃。
面对本发明的技术方案做进一步的解释和说明。
本发明提出了一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料，大大拓宽了增强阻燃PA66材料的应用范围。广泛应用于热水器零部件等一些对材料模量要求高，吸水率低的场合，具有广阔的应用前景。
其拉伸强度达到180-190MPa，弯曲强度可以达到270-285MPa、弯曲模量达到14000-15000MPa，放在沸水中1小时后，弯曲模量保持率达到90-95％，阻燃性达到UL94v0级，漏电起痕指数(CTI)达到500-600V，饱和吸水率为0.05-0.10％，无卤，绿色环保，该方法复配过程和加工过程简单，易于加工制备。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
PPO由于分子链中含有大量苯环结构，刚性高，模量高，分子链极性小，与极性水分子亲和性差，吸水率低，因此通过添加PPO来提高PA66复合材料的刚性，降低其吸水率，同时配合无卤阻燃，实现其无卤阻燃，阻燃性好，不熔滴，同时具有较高的CTI值，用电安全。
另外，配合相容剂解决了PA66与PPO由于分子结构不同引起不相容的问题，使两种材料能够发挥协同效能，取长补短。新型复合材料不仅克服了玻纤增强阻燃PA66材料遇水吸潮，模量降低的问题，同时由于PPO分子链中含有苯环结构，在燃烧过程中，成炭率高，可以提高复合材料的防滴落性能，提高了复合材料的阻燃效率。
本发明所提供的高模量低吸水阻燃PA66复合材料，不仅改善了阻燃PA66复合材料吸水率高，模量低，而且无卤，绿色环保，可广泛应用于热水器等一些电子电器零部件等制备。
本发明所提供的高模量低吸水阻燃PA66复合材料制备方法，复配过程和加工过程简单，易于加工制备。
本发明的具体实施方式仅限于进一步解释和说明本发明，并不对本发明的内容构成限制。
具体实施方式
以下结合实施例、对比例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种增强PA66复合材料，其组成如表1所示：
表1：单位(kg)
PA66相对粘度为2.65，重均分子量为10万；
PPO的熔融指数为10-15g/10min；
相容剂为马来酸酐接枝PPO，接枝率为1.5％；
玻纤为无碱长玻纤，纤维直径为10微米；
偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐含量为20％；
光稳定剂为UV327与UV944的混合物，两者的比例为1：1；
阻燃剂为三苯基氧膦，其熔点154℃，纯度99％；
辅助阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐，纯度99％；
主抗氧剂为抗氧剂1098，辅助抗氧剂为抗氧剂168，主辅抗氧剂按重量比2:1配比；
润滑剂为PETS。
实施例2
一种增强PA66复合材料，其组成如表2所示：
表2：单位(kg)
PA66相对粘度为2.65，重均分子量为10万；
PPO的熔融指数为10-15g/10min；
相容剂为马来酸酐接枝PPO，接枝率为1.5％；
玻纤为无碱长玻纤，纤维直径为10微米；
偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐含量为20％；
光稳定剂为UV327与UV944的混合物，两者的比例为1：1；
阻燃剂为三苯基氧膦，其熔点154℃，纯度99％；辅助阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐，纯度99％；
主抗氧剂为抗氧剂1098，辅助抗氧剂为抗氧剂168，主辅抗氧剂按重量比2:1配比；
润滑剂为PETS。
实施例3
一种增强PA66复合材料，其组成如表3所示：
表3：单位(kg)
PA66相对粘度为2.65，重均分子量为10万；
PPO的熔融指数为10-15g/10min；
相容剂为马来酸酐接枝PPO，接枝率为1.5％；
玻纤为无碱长玻纤，纤维直径为10微米；
偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐含量为20％；
光稳定剂为UV327与UV944的混合物，两者的比例为1：1；
阻燃剂为三苯基氧膦，其熔点154℃，纯度99％；辅助阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐，纯度99％；
主抗氧剂为抗氧剂1098，辅助抗氧剂为抗氧剂168，主辅抗氧剂按重量比2:1配比；
润滑剂为PETS。
实施例4
一种增强PA66复合材料，其组成如表4所示：
表4：单位(kg)
PA66相对粘度为2.65，重均分子量为10万；
PPO的熔融指数为10-15g/10min；
相容剂为马来酸酐接枝PPO，接枝率为1.5％；
玻纤为无碱长玻纤，纤维直径为10微米；
偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐含量为20％；
光稳定剂为UV327与UV944的混合物，两者的比例为1：1；
阻燃剂为三苯基氧膦，其熔点154℃，纯度99％；辅助阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐，纯度99％；
主抗氧剂为抗氧剂1098，辅助抗氧剂为抗氧剂168，主辅抗氧剂按重量比2:1配比；
润滑剂为PETS。
对比例
对比例1
一种增强PA66复合材料，其组成如表5所示：
表5：单位(kg)
| PA66 | 玻纤 | 偶联剂剂 | 光稳定剂 | 抗氧剂 | 润滑剂 |
| 100 | 30 | 2 | 0.5 | 0.4 | 0.6 |
PA66相对粘度为2.65，重均分子量为10万；
玻纤为无碱长玻纤，纤维直径为10微米；
偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐含量为20％；
光稳定剂为UV327与UV944的混合物，两者的比例为1：1；
主抗氧剂为抗氧剂1098，辅助抗氧剂为抗氧剂168，主辅抗氧剂按重量比2:1配比；
润滑剂为PETS。
对比例2
一种增强PA66复合材料，其组成如表6所示：
表6：单位(kg)
| PA66 | 玻纤 | 偶联剂剂 | 光稳定剂 | 抗氧剂 | 润滑剂 |
| 100 | 35 | 2 | 0.5 | 0.4 | 0.6 |
PA66相对粘度为2.65，重均分子量为10万；
玻纤为无碱长玻纤，纤维直径为10微米；
偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐含量为20％；
光稳定剂为UV327与UV944的混合物，两者的比例为1：1；
主抗氧剂为抗氧剂1098，辅助抗氧剂为抗氧剂168，主辅抗氧剂按重量比2:1配比；
润滑剂为PETS。
对比例3
一种增强PA66复合材料，其组成如表7所示：
表7：单位(kg)
| PA66 | 玻纤 | 偶联剂剂 | 光稳定剂 | 抗氧剂 | 润滑剂 |
| 100 | 38 | 2 | 0.5 | 0.4 | 0.6 |
PA66相对粘度为2.65，重均分子量为10万；
玻纤为无碱长玻纤，纤维直径为10微米；
偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐含量为20％；
光稳定剂为UV327与UV944的混合物，两者的比例为1：1；
主抗氧剂为抗氧剂1098，辅助抗氧剂为抗氧剂168，主辅抗氧剂按重量比2:1配比；
润滑剂为PETS。
对比例4
一种增强PA66复合材料，其组成如表8所示：
表8：单位(kg)
| PA66 | 玻纤 | 偶联剂剂 | 光稳定剂 | 抗氧剂 | 润滑剂 |
| 100 | 40 | 2 | 0.5 | 0.4 | 0.6 |
PA66相对粘度为2.65，重均分子量为10万；
玻纤为无碱长玻纤，纤维直径为10微米；
偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，其熔融指数为9g/10min(200℃/5Kg),马来酸酐含量为20％；
光稳定剂为UV327与UV944的混合物，两者的比例为1：1；
主抗氧剂为抗氧剂1098，辅助抗氧剂为抗氧剂168，主辅抗氧剂按重量比2:1配比；
润滑剂为PETS。
实施例1-4配方及对比实施例1-4增强PA66复合材料的制备方法为：
S1:将PA66进行干燥，干燥温度100-105℃，干燥时长2-5h，优选3-4h；
S2:将计量干燥好的PA66与PPO与阻燃剂、相容剂、偶联剂、光稳定剂、抗氧剂和润滑剂等放入高速搅拌机中高速搅拌混合均匀，混合时长10分钟；
S3：通过双螺杆挤出机的主喂料口加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后，即得高模量低吸水阻燃PA66复合材料；
双螺杆挤出机的温度设定范围为260-280℃，螺杆转速为300rpm，真空度为-0.8Kgf/cm2；双螺杆挤出机的各区的温度为：
一区温度：260℃；
二区温度：265℃；
三区温度：270℃；
四区温度：270℃；
五区温度：270℃；
六区温度：265℃；
七区温度：260℃。
性能检测试验
制备得到的高模量低吸水阻燃PA66复合材料性能列于表9
表9各PA66复合材料样品性表：
拉伸强度按ASTM D638标准测试；
弯曲强度，弯曲模量按ASTM D790A标准测试；
阻燃性按照UL94标准测试；
饱和吸水率按照GB/T1034-2008；
CTI的测试按照IEC950标准测试。
从表中数据可以发现，制备的高模量低吸水阻燃PA66复合材料拉伸强度，弯曲模量高，饱和吸水率低，无卤阻燃，阻燃性好，不熔滴，漏电起痕指数高，用电安全，可有效应用于热水器零部件的制备。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
PA66 100份；
PPO 5-15份；
相容剂 3-10份；
玻纤 25-40份；
光稳定剂 0.5-2份；
阻燃剂 15-20份；
偶联剂 1-3份；
辅助阻燃剂 1-3份；
抗氧剂 0.1-1份；
润滑剂 0.1-1份；
所述相容剂为马来酸酐接枝PPO，且所述马来酸酐接枝PPO的接枝率为1.5-2.0%；
所述偶联剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物的熔融指数为6-9g/10min(200℃/5Kg)，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物中的马来酸酐的含量为18%-22%；
所述阻燃剂为三苯基氧膦，所述三苯基氧膦的熔点为150-156℃，所述三苯基氧膦的纯度为98-99%，所述辅助阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐，所述三聚氰胺氰尿酸盐的纯度为96-99%；
所述复合材料拉伸强度达到180-190MPa，弯曲强度达到270-285MPa、弯曲模量达到14000-15000MPa，放在沸水中1小时后，弯曲模量保持率达到90-95%，阻燃性达到UL94v0级，漏电起痕指数（CTI）达到500-600V，饱和吸水率为0.05-0.10%，应用于热水器零部件中。
2.根据权利要求1所述的一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料，其特征在于：所述PPO的熔融指数为10-20g/10min，所述PA66的相对粘度为2.65-2.75，所述PA66的重均分子量为10-15万。
3.根据权利要求1所述的一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料，其特征在于：所述玻纤为玻纤长纤维，所述玻纤为无碱玻纤，所述玻纤的直径为7-10微米。
4.根据权利要求1所述的一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料，其特征在于：所述光稳定剂为UV327与UV944的混合物，且按质量比，UV327：UV944为1：1。
5.根据权利要求1所述的一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料，其特征在于：所述抗氧剂的主抗氧剂为抗氧剂1098或抗氧剂1010中的任意一种，辅助抗氧剂为抗氧剂168，且按质量比，主抗氧剂：辅助抗氧剂为（2-3）：1。
6.根据权利要求1所述的一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料，其特征在于：所述润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺，TAF，PETS中的任意一种。
7.一种如权利要求1-6任一所述的一种高模量低吸水阻燃PA66复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将PA66进行干燥，干燥温度100-105℃，干燥时长2-5h；
S2:将计量干燥好的PA66与PPO与阻燃剂、辅助阻燃剂、相容剂、偶联剂、光稳定剂、抗氧剂和润滑剂放入高速搅拌机中高速搅拌混合均匀，混合时长10-15分钟；
S3：通过双螺杆挤出机的主喂料口加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后，即得高模量低吸水阻燃PA66复合材料；
双螺杆挤出机的温度设定范围为260-280℃，螺杆转速为300-400rpm，真空度为-0.8--1.0Kgf/cm2；双螺杆挤出机的各区的温度为：
一区温度：260-265℃；
二区温度：265-270℃；
三区温度：270-275℃；
四区温度：270-275℃；
五区温度：270-275℃；
六区温度：265-270℃；
七区温度：260-265℃。
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