CN115491027A - 一种导热阻燃工程塑料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导热阻燃工程塑料的制备方法，属于工程塑料材料技术领域。这种导热阻燃工程塑料的原料包括，60～80重量份的再生PA6树脂、10～15重量份的改良纤维状高导热碳粉、5～10重量份的协效阻燃剂、5～10重量份的无机阻燃剂、3～5重量份的抗氧化剂、3～5重量份的分散剂、5～8重量份的稳定剂和3～5重量份的抗水解剂。本发明中的改良纤维状高导热碳粉作为导热填料，极大地提高了工程塑料的导热性能，阻燃剂中协效阻燃剂和无机阻燃剂在阻燃效果上具有协同作用，能够增强树脂组合物的阻燃性能。本发明制备的导热阻燃工程塑料具有优异的导热性和阻燃性、延展性好、可重复利用、安全环保。
Description
技术领域
本发明属于工程塑料材料技术领域，涉及一种导热阻燃工程塑料的制备方法。
背景技术
工程塑料可作工程材料和代替金属制造机器零部件等的塑料，具有优良的综合性能，刚性大，蠕变小，机械强度高，电绝缘性好。与通用塑料相比，具有优良的耐热和耐寒性能，可在较苛刻的环境中使用较长时间，可替代金属作为工程结构材料使用，缺点是价格较贵，产量较小。现有的工程塑料一般导热性较差，导致工程塑料无法适用于更多的工作环境，缩小了工程塑料的适用范围，而纤维状高导热碳粉导热系数极高，沿纤维方向的导热率是铜的2-3倍，最高可达到700w/mk，同时具有良好的机械性能和优异的导热及辐射散热能力，缺点是不易与塑料混合。并且，随着工程塑料导热性能的增强，其粘度会逐渐增加，注塑成型时容易发生粘壁现象，不易清理，导致塑料工件加工难度大，降低了实用性。为了使产品达到所要求的阻燃性能或等级，传统的技术常常使用向材料体系中添加含卤素的阻燃物质，例如向体系材料中添加含溴量比较高的或含卤素量比较高的有机化学物质，虽然提高了其阻燃性，但是产品中卤素含量高也会带来一些不利的影响，有机卤素化学物质污染环境、危害人类及动物健康。
如中国专利CN 107815066 B公开的一种复合阻燃剂、阻燃树脂组合物、复合金属基板、阻燃性电子材料及阻燃性工程塑料，具有良好的耐热性、耐水性、黏结性、机械性能和电性能，但是其含溴阻燃剂为含溴的酚类化合物及其环氧树脂，在高温或燃烧时会产生难降解的有害物质，造成环境污染，对人体健康有害。
因此，制造出安全环保、导热阻燃、机械性能好的工程塑料是大势所趋。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导热阻燃工程塑料的制备方法，属于工程塑料材料技术领域。这种导热阻燃工程塑料的原料包括：60～80重量份的再生PA6树脂、10～15重量份的改良纤维状高导热碳粉、5～10重量份的协效阻燃剂、5～10重量份的无机阻燃剂、3～5重量份的抗氧化剂、3～5重量份的分散剂、5～8重量份的稳定剂和3～5重量份的抗水解剂。本发明中的改良纤维状高导热碳粉作为导热填料，极大地提高了工程塑料的导热性能，阻燃剂中协效阻燃剂和无机阻燃剂在阻燃效果上具有协同作用，能够增强树脂组合物的阻燃性能。本发明制备的导热阻燃工程塑料具有优异的导热性和阻燃性，延展性好，提高了材料的使用寿命，安全环保。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种导热阻燃工程塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取再生PA6树脂在80～120℃下干燥4～6h，得到干燥后的再生PA6树脂，称取改良纤维状高导热碳粉、协效阻燃剂、无机阻燃剂、抗氧化剂、分散剂、稳定剂和抗水解剂混合后在50～70℃温度下干燥3～5h，得到干燥后的混合原料；
S2、将干燥后的再生PA6树脂和干燥后的混合原料放入搅拌机，在100～150r/min的转速下搅拌5～10min混合均匀，得混匀后的物料；
S3、混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温挤出机200～250℃熔融共混挤出，然后经过冷却装置进行冷却，待冷却后进行风干，挤出造粒，制得工程塑料。
作为本发明的一种优选技术方案，所述导热阻燃工程塑料的原料包括60～80重量份的再生PA6树脂、10～15重量份的改良纤维状高导热碳粉、5～10重量份的协效阻燃剂、5～10重量份的无机阻燃剂、3～5重量份的抗氧化剂、3～5重量份的分散剂、5～8重量份的稳定剂和3～5重量份的抗水解剂。
作为本发明的一种优选技术方案，所述双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：
一区温度160～180℃、二区温度170～200℃、三区温度180～200℃、四区温度180～200℃、五区温度180～210℃、六区温度180～210℃、机头温度200～250℃；水槽温度20～50℃；压力10～20MPa；螺杆转速200～500rpm；切粒机转速800～1000rpm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述改良纤维状高导热碳粉的制备方法如下：
(1)将纤维状高导热碳粉加入2倍重量的质量分数为75％的浓硝酸，超声使其分散均匀后搅拌加热至60～70℃，反应6～8h，得反应液；
(2)将反应液6000～10000rpm离心得黑色碳粉，加入1倍黑色碳粉重量的去离子水超声分散，再6000～10000rpm离心，重复超声分散和离心3次，将产物烘干，获得改良纤维状高导热碳粉。
作为本发明的一种优选技术方案，所述协效阻燃剂为纳米粘土。
作为本发明的一种优选技术方案，所述无机阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或两种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述抗氧化剂为亚磷酸酯、丁基羟基茴香醚和丁基羟基甲苯中的一种或几种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺和单硬脂酸甘油酯的混合物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述稳定剂为二氧化钛和高岭土中的一种或两种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述抗水解剂为聚碳化二亚胺。
本发明的有益效果：
1)本发明所述导热阻燃工程塑料具有良好的耐热性、耐水性、黏结性和机械性能，是一种环保友好型的阻燃组合物。本发明中的改良纤维状高导热碳粉作为导热填料，极大地提高了工程塑料的导热性能。阻燃剂中协效阻燃剂和无机阻燃剂在阻燃效果上具有协同作用，能够增强树脂组合物的阻燃性能。
2)本发明的阻燃剂中不含卤素元素，使用的是协效阻燃剂和无机阻燃剂。增强了阻燃性能，减少了环境的污染，保护了人体健康，安全又环保。改良纤维状高导热碳粉导热系数极高，沿纤维方向的导热率是铜的2-3倍，最高可达到700w/mk，同时具有良好的机械性能和优异的导热及辐射散热能力，经过酸化改性，制备得到的改良纤维状高导热碳粉能均匀分散在塑料材料中，同时，添加了分散剂，使工程塑料在提高导热性能的同时，不会使粘度有明显的增加，保证工程塑料导热性能的同时，易注塑，降低了塑件的加工难度，提高了实用性。
3)本发明操作简单，实用性高，可重复利用，用途广泛。本发明的所有原料相互配合相互作用，体现出一加一大于二的效果，不仅可以为工程塑料增加使用范围，在一定程度上还起到了性能改善的作用。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
一种导热阻燃工程塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取再生PA6树脂在100℃下干燥6h，得到干燥后的再生PA6树脂，称取改良纤维状高导热碳粉、协效阻燃剂、无机阻燃剂、抗氧化剂、分散剂、稳定剂和抗水解剂混合后在60℃温度下干燥3h，得到干燥后的混合原料；
S2、将干燥后的再生PA6树脂和干燥后的混合原料放入搅拌机，在100r/min的转速下搅拌10min混合均匀，得混匀后的物料；
S3、混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温挤出机200℃熔融共混挤出，然后经过冷却装置进行冷却，待冷却后进行风干，挤出造粒，制得工程塑料。
其中导热阻燃工程塑料的原料包括60重量份的再生PA6树脂、10重量份的改良纤维状高导热碳粉、10重量份的协效阻燃剂、10重量份的无机阻燃剂、5重量份的抗氧化剂、5重量份的分散剂、5重量份的稳定剂和3重量份的抗水解剂。
其中双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：
一区温度160℃、二区温度170℃、三区温度180℃、四区温度180℃、五区温度200℃、六区温度210℃、机头温度220℃；水槽温度30℃；压力15MPa；螺杆转速300rpm；切粒机转速800rpm。
其中改良纤维状高导热碳粉的制备方法如下：
(1)将纤维状高导热碳粉加入2倍重量的质量分数为75％的浓硝酸，超声使其分散均匀后搅拌加热至60℃，反应6h，得反应液；
(2)将反应液8000rpm离心得黑色碳粉，加入1倍黑色碳粉重量的去离子水超声分散，再8000rpm离心，重复超声分散和离心3次，将产物烘干，获得改良纤维状高导热碳粉。
其中协效阻燃剂为纳米粘土。
其中无机阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁各1重量份。
其中抗氧化剂为亚磷酸酯、丁基羟基茴香醚和丁基羟基甲苯各1重量份。
其中分散剂为1重量份的乙烯基双硬脂酰胺和2重量份的单硬脂酸甘油酯。
其中稳定剂为1重量份的和3重量份的高岭土。
其中抗水解剂为聚碳化二亚胺。
对比例1
一种导热阻燃工程塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取再生PA6树脂在100℃下干燥6h，得到干燥后的再生PA6树脂，称取协效阻燃剂、无机阻燃剂、抗氧化剂、分散剂、稳定剂和抗水解剂混合后在60℃温度下干燥3h，得到干燥后的混合原料；
S2、将干燥后的再生PA6树脂和干燥后的混合原料放入搅拌机，在100r/min的转速下搅拌10min混合均匀，得混匀后的物料；
S3、混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温挤出机200℃熔融共混挤出，然后经过冷却装置进行冷却，待冷却后进行风干，挤出造粒，制得工程塑料。
其中导热阻燃工程塑料的原料包括60重量份的再生PA6树脂、15重量份的协效阻燃剂、15重量份的无机阻燃剂、5重量份的抗氧化剂、5重量份的分散剂、5重量份的稳定剂和3重量份的抗水解剂。
其中双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：
一区温度160℃、二区温度170℃、三区温度180℃、四区温度180℃、五区温度200℃、六区温度210℃、机头温度220℃；水槽温度30℃；压力15MPa；螺杆转速300rpm；切粒机转速800rpm。
其中协效阻燃剂为纳米粘土。
其中无机阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁各1重量份。
其中抗氧化剂为亚磷酸酯、丁基羟基茴香醚和丁基羟基甲苯各1重量份。
其中分散剂为1重量份的乙烯基双硬脂酰胺和2重量份的单硬脂酸甘油酯。
其中稳定剂为1重量份的和3重量份的高岭土。
其中抗水解剂为聚碳化二亚胺。
对比例2
一种导热阻燃工程塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取再生PA6树脂在100℃下干燥6h，得到干燥后的再生PA6树脂，称取改良纤维状高导热碳粉、无机阻燃剂、抗氧化剂、分散剂、稳定剂和抗水解剂混合后在60℃温度下干燥3h，得到干燥后的混合原料；
S2、将干燥后的再生PA6树脂和干燥后的混合原料放入搅拌机，在100r/min的转速下搅拌10min混合均匀，得混匀后的物料；
S3、混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温挤出机200℃熔融共混挤出，然后经过冷却装置进行冷却，待冷却后进行风干，挤出造粒，制得工程塑料。
其中导热阻燃工程塑料的原料包括60重量份的再生PA6树脂、10重量份的改良纤维状高导热碳粉、20重量份的无机阻燃剂、5重量份的抗氧化剂、5重量份的分散剂、5重量份的稳定剂和3重量份的抗水解剂。
其中双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：
一区温度160℃、二区温度170℃、三区温度180℃、四区温度180℃、五区温度200℃、六区温度210℃、机头温度220℃；水槽温度30℃；压力15MPa；螺杆转速300rpm；切粒机转速800rpm。
其中改良纤维状高导热碳粉的制备方法如下：
(1)将纤维状高导热碳粉加入2倍重量的质量分数为75％的浓硝酸，超声使其分散均匀后搅拌加热至60℃，反应6h，得反应液；
(2)将反应液8000rpm离心得黑色碳粉，加入1倍黑色碳粉重量的去离子水超声分散，再8000rpm离心，重复超声分散和离心3次，将产物烘干，获得改良纤维状高导热碳粉。
其中无机阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁各1重量份。
其中抗氧化剂为亚磷酸酯、丁基羟基茴香醚和丁基羟基甲苯各1重量份。
其中分散剂为1重量份的乙烯基双硬脂酰胺和2重量份的单硬脂酸甘油酯。
其中稳定剂为1重量份的和3重量份的高岭土。
其中抗水解剂为聚碳化二亚胺。
对比例3
一种导热阻燃工程塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取再生PA6树脂在100℃下干燥6h，得到干燥后的再生PA6树脂，称取改良纤维状高导热碳粉、协效阻燃剂、抗氧化剂、分散剂、稳定剂和抗水解剂混合后在60℃温度下干燥3h，得到干燥后的混合原料；
S2、将干燥后的再生PA6树脂和干燥后的混合原料放入搅拌机，在100r/min的转速下搅拌10min混合均匀，得混匀后的物料；
S3、混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温挤出机200℃熔融共混挤出，然后经过冷却装置进行冷却，待冷却后进行风干，挤出造粒，制得工程塑料。
其中导热阻燃工程塑料的原料包括60重量份的再生PA6树脂、10重量份的改良纤维状高导热碳粉、20重量份的协效阻燃剂、5重量份的抗氧化剂、5重量份的分散剂、5重量份的稳定剂和3重量份的抗水解剂。
其中双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：
一区温度160℃、二区温度170℃、三区温度180℃、四区温度180℃、五区温度200℃、六区温度210℃、机头温度220℃；水槽温度30℃；压力15MPa；螺杆转速300rpm；切粒机转速800rpm。
其中改良纤维状高导热碳粉的制备方法如下：
(1)将纤维状高导热碳粉加入2倍重量的质量分数为75％的浓硝酸，超声使其分散均匀后搅拌加热至60℃，反应6h，得反应液；
(2)将反应液8000rpm离心得黑色碳粉，加入1倍黑色碳粉重量的去离子水超声分散，再8000rpm离心，重复超声分散和离心3次，将产物烘干，获得改良纤维状高导热碳粉。
其中协效阻燃剂为纳米粘土。
其中抗氧化剂为亚磷酸酯、丁基羟基茴香醚和丁基羟基甲苯各1重量份。
其中分散剂为1重量份的乙烯基双硬脂酰胺和2重量份的单硬脂酸甘油酯。
其中稳定剂为1重量份的和3重量份的高岭土。
其中抗水解剂为聚碳化二亚胺。
将实施例1与对比例1～3制得的导热阻燃工程塑料进行性能测试。
导热系数按ASTM E1461-07的测试方法进行检验，阻燃性按UL94标准进行检验。结果见表1。
表1
由表1中的测试结果可知，实施例1的导热性和阻燃性都优于对比例1～3。由于对比例2和3只各自使用了一种阻燃剂，阻燃效果相对较差，说明本发明中的协效阻燃剂和无机阻燃剂具有协同性，能协同增加阻燃性。本发明中的改良纤维状高导热碳粉作为导热填料，提高了工程塑料的导热性能，阻燃剂中协效阻燃剂和无机阻燃剂协同增效，能够增强阻燃性能。总的来说，实施例1的导热性和阻燃性能都比较优越，用途范围更广。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取再生PA6树脂在80～120℃下干燥4～6h，得到干燥后的再生PA6树脂，称取改良纤维状高导热碳粉、协效阻燃剂、无机阻燃剂、抗氧化剂、分散剂、稳定剂和抗水解剂混合后在50～70℃温度下干燥3～5h，得到干燥后的混合原料；
S2、将干燥后的再生PA6树脂和干燥后的混合原料放入搅拌机，在100～150r/min的转速下搅拌5～10min混合均匀，得混匀后的物料；
S3、混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温挤出机200～250℃熔融共混挤出，然后经过冷却装置进行冷却，待冷却后进行风干，制得工程塑料。
2.根据权利要求1所述的一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，所述导热阻燃工程塑料的原料包括60～80重量份的再生PA6树脂、10～15重量份的改良纤维状高导热碳粉、5～10重量份的协效阻燃剂、5～10重量份的无机阻燃剂、3～5重量份的抗氧化剂、3～5重量份的分散剂、5～8重量份的稳定剂和3～5重量份的抗水解剂。
3.根据权利要求1所述的一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：
一区温度160～180℃、二区温度170～200℃、三区温度180～200℃、四区温度180～200℃、五区温度180～210℃、六区温度180～210℃、机头温度200～250℃；水槽温度20～50℃；压力10～20MPa；螺杆转速200～500rpm；切粒机转速800～1000rpm。
4.根据权利要求1所述的一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，所述改良纤维状高导热碳粉的制备方法如下：
(1)将纤维状高导热碳粉加入2倍重量的质量分数为75％的浓硝酸中，超声使其分散均匀后搅拌加热至60～70℃，反应6～8h，得反应液；
(2)将反应液6000～10000rpm离心得黑色碳粉，加入1倍黑色碳粉重量的去离子水超声分散，再6000～10000rpm离心，重复超声分散和离心3次，将产物烘干，获得改良纤维状高导热碳粉。
5.根据权利要求1所述的一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，所述协效阻燃剂为纳米粘土。
6.根据权利要求1所述的一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，所述无机阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂为亚磷酸酯、丁基羟基茴香醚和丁基羟基甲苯中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺和单硬脂酸甘油酯的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为二氧化钛和高岭土中的一种或两种。
10.根据权利要求1所述的一种导热阻燃工程塑料的制备方法，其特征在于，所述抗水解剂为聚碳化二亚胺。
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