CN115960457A - 一种阻燃半芳香族聚酰胺复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃半芳香族聚酰胺复合材料及其制备方法和应用，所述阻燃半芳香族聚酰胺复合材料按重量份计，包括以下组分：PA66/6T20‑60份；PAMXD6 5‑15份；溴系阻燃剂20‑30份；锑类协效阻燃剂4‑10份；玻璃纤维10‑35份；滑石粉0.2‑1份；聚乙烯吡咯烷酮0.2‑5份；铝酸金属盐0.2‑1份；抗氧剂0.1‑1份。本发明提供的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料具有高的热稳定性，翘曲度低，外观良好。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种阻燃半芳香族聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
半芳香族聚酰胺具有刚性高、耐热性好、尺寸稳定性优、阻燃性能好等特点，广泛应用于航空航天、新能源汽车、机械工业等领域。但是由于半芳香族尼龙成本高、加工温度高(如PA6T熔点370℃，而分解温度仅350℃)，其应用受到限制，因此将半芳香族尼龙与脂肪族尼龙PA6或者PA66共聚，既能获得芳香族尼龙的高耐热性、高尺寸稳定性、高阻燃性能，同时成本低，易加工，是一种最常见的改性方法，例如PA66/6T共聚物。
玻纤增强PA66/6T熔点高，耐热性好，但是容易出现浮纤问题，因此可以加入半结晶的半芳香族PAMXD6改善浮纤问题，PAMXD6的熔点低，玻璃化转变温度高，PAMXD6的引入会降低PA66/6T的结晶温度，从而解决浮纤问题，同时半结晶的PAMXD6也可以显著改善玻纤增强PA66/6T的翘曲问题，但是PAMXD6与PA66/6T之间也存在着强烈的酰胺交换反应，导致体系的热稳定性下降。
另外，溴系阻燃剂会促进尼龙树脂的降解，同时导致酰胺交换反应提前，因此在相同的温度下(例如300℃)，溴系阻燃PAMXD6与PA66/6T共混体系的酰胺交换比非阻燃体系更剧烈。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种阻燃半芳香族聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。具体技术方案如下：
一种阻燃半芳香族聚酰胺复合材料，按重量份计，包括以下组分：
进一步地，所述PA66/6T为无规共聚物，其中对苯二甲酸单体单元质量分数为20-60％，优选质量分数为25-40％。
进一步地，所述PAMXD6为己二酸与间苯二甲胺缩聚而成，其熔点为220-260℃，优选230-245℃。
进一步地，所述溴系阻燃剂选自溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯、十溴二苯乙烷或溴化环氧中的一种或多种。所述溴系阻燃剂的重均分子量为5000-200000，例如可以选择重均分子量为5000、8000、10000、30000、60000、100000、150000、190000等的溴系阻燃剂。
进一步地，所述锑类协效阻燃剂为锑白、锑酸钠或锑酸钾中的一种或者多种。
进一步地，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维(E玻璃纤维)、高碱玻璃纤维(A玻璃纤维)、特种玻璃纤维(S玻璃纤维)、D玻璃纤维、中碱玻璃纤维(C玻璃纤维)、石英玻璃纤维中的至少一种。优选所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维，优选无碱玻璃纤维。
进一步地，所述滑石粉的D50粒径≤7μm，优选0.5-3.5μm。滑石粉的D50粒径小于等于7μm，有利于成核，成核后材料的结晶区域增多，PA66/6T与PA6I/6T之间不容易发生酰胺交换，且材料的刚性提升。滑石粉的D50粒径大于7μm，基本没有成核作用。但是滑石粉加太多不利于分散，也会起到相反的效果。
进一步地，所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为15-120。优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为25-90。聚乙烯吡咯烷酮中有氢键，能与尼龙发生相互作用，K值太低时，相互作用弱，对增强尼龙的浮纤基本无改善效果，K值太高时，相互作用太强，PA66/6T与PA6I/6T的酰胺交换程度就会比较高，同时导致增强尼龙的力学性能下降。
其中，K值是作为分子量的尺度的数值，检测方法为：
配制1w.t.％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在25℃利用毛细管粘度计测试相对粘度ηre l，代入下式中，
可以得到k0，k0乘以1000，即为K值，式中c表示聚乙烯吡咯烷酮水溶液的浓度(g/mL)。
进一步地，所述滑石粉与聚乙烯吡咯烷酮的重量份比为1：(1-10)，优选1：(2-5)。
进一步地，所述铝酸金属盐为铝酸碱金属盐或铝酸碱土金属盐，优选铝酸钠、铝酸钙或铝酸锶中的一种或者多种。
进一步地，所述抗氧剂选自受阻酚抗氧剂、卤化亚铜复合抗氧剂或含二本甲酮官能团化合物的抗氧剂中的一种或多种。
本发明还提供上述阻燃半芳香族聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：按照配比称取各组分，先将滑石粉与聚乙烯吡咯烷酮混合，再与除玻璃纤维以外的各组分一同混合，得到预混物，将所述预混物从挤出机的主喂料斗中加入；
S2：将玻璃纤维从侧喂料斗加入到所述挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，得到所述半芳香族聚酰胺复合材料。
进一步地，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(36-48)：1，双螺杆挤出机的螺筒温度为160-270℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为300-800rpm，机头温度为240-280℃。
本发明还提供上述阻燃半芳香族聚酰胺复合材料在制备电子电器中的应用，如制备电子电器的接线端子、连接器等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用滑石粉与聚乙烯吡咯烷酮复配，既能显著抑制PA66/6T与PAMXD6的酰胺交换反应，同时也可以降低结晶温度，在此基础上继续添加铝酸金属盐，酰胺交换反应进一步被抑制，且外观更好。酰胺交换反应被抑制后，可以提高材料的热稳定性，降低结晶温度使得产品具有更好的外观，翘曲度低可以保证材料装配时的尺寸精度。本发明制得的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料的酰胺交换程度低，在3.5-9.6℃范围之间，结晶温度在215-227℃，翘曲度为3.8-5.6mm。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
<实施例和对比例的制备>
本发明实施例和对比例所用的原材料均来源于市购，但不限于这些材料：
PA66/6T：NPD-653，其中对苯二甲酸单体单元质量分数为30％，厂家为英威达；
PAMXD6：牌号PAMXD6，熔点为240℃，厂家为上海盈固化工有限公司；
溴系阻燃剂A：聚溴化苯乙烯：PBS-64HW，重均分子量60000，厂家为Chemtura；
溴系阻燃剂B：溴化聚苯乙烯，BPS-7010，重均分子量190000、厂家为山东天一；
锑白：S-05N，厂家为常德辰州锑品有限责任公司；
玻璃纤维：ECS10-03-568H，E玻璃纤维，厂家为巨石；
滑石粉A：HTPU l tra5，D50粒径0.5μm，厂家为依米法比；
滑石粉B：HTP3，D50粒径3.5μm，厂家为依米法比；
滑石粉C：HM4，D50粒径7μm，厂家为依米法比；
滑石粉D：AH1250-N6，D50粒径12.3μm，厂家为广西龙胜华美滑石开发有限公司；
聚乙烯吡咯烷酮A：PVPK-25，K值为25，厂家为攻碧克新材料；
聚乙烯吡咯烷酮B：PVPK-90，K值为90，厂家为攻碧克新材料；
聚乙烯吡咯烷酮C：PVPK-110，K值为110，厂家为攻碧克新材料；
聚乙烯吡咯烷酮D：K值为120，PVPK-120，厂家为攻碧克新材料；
聚乙烯吡咯烷酮E：K值为15，PVPK-15,厂家为攻碧克新材料；
聚乙烯吡咯烷酮F:K值为12、PVPK-12，厂家为攻碧克新材料；
聚乙烯吡咯烷酮G:K值为150、PVPK-150，厂家为攻碧克新材料；
铝酸钠：购自阿拉丁；
铝酸钙：购自阿拉丁；
抗氧剂：受阻酚类，市售，平行实验使用同一市售产品。
本发明实施例和对比例的制备方法如下：
S1：按照表1、表3的配比称取各组分，先将滑石粉与聚乙烯吡咯烷酮于120℃充分搅拌混合30mi n，再与除玻璃纤维以外的各组分在高混机中一同混合5mi n，得到预混物，将预混物从双螺杆挤出机的主喂料斗中加入；
S2：将玻璃纤维从侧喂料斗加入到双螺杆挤出机中，进行塑化、熔融共混并挤出造粒，得到半芳香族聚酰胺复合材料。
双螺杆挤出机的螺杆长径比为40：1，双螺杆挤出机的螺杆转速为400rpm，双螺杆挤出机各段螺筒温度为160-270℃，机头温度为260℃。
<测试标准>
本发明各实施例和对比例的性能测试标准如下：
酰胺交换程度：使用差示扫描量热仪进行测试，氮气气氛中，5mg左右的样品以20℃/mi n的升温速率从30℃升至300℃，恒温2mi n消除热历史后以20℃/mi n的降温速率降至30℃，然后再以20℃/mi n的升温速率从30℃升至300℃，恒温2mi n，再次以20℃/mi n的降温速率降至30℃，最后再以20℃/mi n的升温速率从30℃升至300℃，记录第二次升温与第三次升温的熔融焓分别为ΔHm2、ΔHm3，则酰胺交换程度X可以表示为：
X值越高，表示酰胺交换程度越高，材料热稳定性越差；
结晶温度：从上述差示扫描量热法的第一次降温曲线可以得到结晶温度，对于同一类型的玻纤增强材料，结晶温度越低，其浮纤越少；
翘曲度：注塑100mm*100mm*2mm的方板，置于水平桌面上，固定方板的一个角，测试离桌面最远的距离。
表1.实施例1-14配方(重量份)
表2.实施例1-14的性能测试结果
表3.对比例1-7配方(重量份)
| 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | 对比例7 | |
| PA66/6T | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 |
| PAMXD6 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 溴系阻燃剂A | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| 锑白 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 玻璃纤维 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| 滑石粉A | 0.5 | 0.1 | 2 | 0.5 | 0.5 | ||
| 聚乙烯吡咯烷酮B | 2 | 2 | 2 | 6 | 0.1 | ||
| 铝酸钠 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 抗氧剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
表4.对比例1-7的性能测试结果
| 测试项目 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | 对比例7 |
| 酰胺交换程度(℃) | 18 | 11 | 17 | 15 | 10 | 16 | 10 |
| 结晶温度(℃) | 229 | 231 | 217 | 219 | 224 | 218 | 228 |
| 翘曲度(mm) | 6.6 | 7.5 | 5 | 5.4 | 6.3 | 6 | 7.2 |
对比例1与实施例2相比，没有添加滑石粉和聚乙烯吡咯烷酮，对比例1的酰胺交换程度升高，结晶温度升高，翘曲度变大。
对比例2、3与实施例2相比，没有使用滑石粉和聚乙烯吡咯烷酮复配，导致酰胺交换程度增大，结晶温度升高，材料外观的翘曲度变大。
对比例4、5与实施例2相比，滑石粉的用量超范围，也会影响材料的酰胺交换程度、结晶温度和翘曲度。
对比例6、7与实施例2相比，聚乙烯吡咯烷酮的用量不合适，影响了材料的酰胺交换程度、结晶温度和翘曲度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种阻燃半芳香族聚酰胺复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料，其特征在于，所述溴系阻燃剂选自溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯、十溴二苯乙烷或溴化环氧中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料，其特征在于，所述锑类协效阻燃剂为锑白、锑酸钠或锑酸钾中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料，其特征在于，所述滑石粉的D50粒径≤7μm，优选0.5-3.5μm。
5.根据权利要求1所述的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为15-120。
6.根据权利要求1所述的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为25-90。
7.根据权利要求1所述的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料，其特征在于，所述铝酸金属盐为铝酸碱金属盐或铝酸碱土金属盐。
8.根据权利要求1所述的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自受阻酚抗氧剂、卤化亚铜复合抗氧剂或含二本甲酮官能团化合物的抗氧剂中的一种或多种。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的阻燃半芳香族聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照配比称取各组分，先将滑石粉与聚乙烯吡咯烷酮混合，再与除玻璃纤维以外的各组分一同混合，得到预混物，将所述预混物从挤出机的主喂料斗中加入；
S2：将玻璃纤维从侧喂料斗加入到所述挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，得到所述半芳香族聚酰胺复合材料。
10.根据权利要求1-8任一项所述阻燃半芳香族聚酰胺复合材料在制备电子电器中的应用。
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