CN102108208B - 一种高强度阻燃聚酰胺复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度阻燃聚酰胺复合材料及制备方法，该复合材料包括以下组分及重量份含量：聚酰胺切片20-40、无碱玻璃纤维10-20、氢氧化镁50-60、抗氧剂0.1-0.5、润滑剂0.1-1，将氢氧化镁粉末放入高速搅拌机中加入偶联剂进行表面处理后加入其它原料混合，然后与无碱玻璃纤维一起放入螺杆机中挤出造粒得到产品。与现有技术相比，本发明采用聚酰胺为基础树脂，制得一种具有高强度，改善冲击性的无卤无磷阻燃聚酰胺复合材料，该组合物可应用于电子电器行业，很好的解决了现有的高填充量使得材料的力学性能下降以及冲击性能下降等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚酰胺复合材料及制备方法，尤其是涉及一种高强度阻燃聚酰胺复合材料及制备方法。
背景技术
聚酰胺，俗称尼龙，具有优良的力学性能，耐磨、耐油、耐溶剂、自润性，是用途广泛的工程塑料之一，广泛应用于电子、电器部件等领域，而这类产品对于材料的阻燃性能的要求很高。目前，尼龙中使用的阻燃剂80％都是卤系阻燃剂，但是此种阻燃剂在燃烧时会产生大量有害气体，严重危害人类健康和环境的安全。而磷系阻燃剂对于模具的强腐蚀性极大限制了其广泛应用，并且红磷阻燃剂的聚酰胺制品通常不能得到浅色制品。含氮阻燃剂，如三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)和三聚氰胺的衍生物等三嗪衍生物对聚酰胺树脂也有好的阻燃效果，但体系的力学性能会受到一定的影响。
面对越来越严格的环保、安全要求，对无卤、低烟、低毒阻燃材料的要求更加迫切。特别是在2006年7月1日正式实施的欧盟RoHS指令，《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》，对无卤阻燃材料的研究得到了各国的高度重视。
无机阻燃剂具有热稳定好、不挥发、低毒、低腐蚀、低烟或抑烟、高效等优点。这类阻燃级主要包括氢氧化铝和氢氧化镁。但是由于氢氧化镁的热稳定性远远优于氢氧化铝，前者更适合用于加工温度较高的尼龙中。
当氢氧化镁的含量到40％以上时，复合材料具备阻燃性，并且发烟量少，提高氢氧化镁的含量，材料的阻燃等级也相应提高，但是大量的无机物添加量，对材料的物理力学性能影响和破坏较大。通过选取适合的氢氧化镁并对其表面处理可以提高填料和树脂基体之间的相互作用力，获得较好力学性能的复合材料，但是往往其冲击性能还是很差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高强度，改善冲击性的高强度阻燃聚酰胺复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高强度阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下组分及重量份含量：
聚酰胺切片 20-40；
无碱玻璃纤维 10-20；
氢氧化镁 50-60；
抗氧剂 0.1-0.5；
润滑剂 0.1-1.0；
所述的无碱玻璃纤维用第一偶联剂进行表面处理，所述的氢氧化镁经高温高速混合干燥后用第二偶联剂及白油进行表面处理。
所述的聚酰胺切片选自聚内酰胺类聚酰胺、二元羧酸与二元胺缩合而成的聚酰胺或共聚酰胺类聚酰胺中的一种或几种，所述的聚内酰胺类聚酰胺包括聚酰胺6、聚酰胺11或聚酰胺12，所述的二元羧酸与二元胺缩合而成的聚酰胺包括聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺614或聚酰胺46，所述的共聚酰胺类聚酰胺包括聚酰胺6/66或聚酰胺6/12。
所述的第一偶联剂选自N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或N-(N-(β-氨基乙基)-β-氨基乙基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
所述的第二偶联剂选自硅氧烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂或硬酯酸类偶联剂中的一种或几种，所述的硅氧烷类偶联剂包括N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或N-(N-(β-氨基乙基)-β-氨基乙基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种，所述的钛酸酯类偶联剂包括异丙基二(甲基丙烯酰胺)异硬酯酰基钛酸酯，所述的硬酯酸类偶联剂包括硬酯酸钙或硬酯酸钠中的一种或几种。
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂以任意重量比复配，所述的为受阻酚类抗氧剂包括市售抗氧剂1098，所述的亚磷酸酯类抗氧剂包括市售抗氧剂168。
所述的润滑剂包括硬脂酸金属皂类或脂肪胺的一种或几种，所述的硬脂酸金属皂类包括硬脂酸钙或硬脂酸钠。
一种高强度阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量准备原料：
聚酰胺切片 20-40，
无碱玻璃纤维 10-20，
氢氧化镁 50-60，
抗氧剂 0.1-0.5，
润滑剂 0.1-1.0；
(2)将氢氧化镁粉末放入高速搅拌机中，将高速搅拌机的温度设置在90-110℃，高速搅拌5-10min，停机，将第二偶联剂与白油按重量比1∶1混合后均匀喷洒在氢氧化镁表面，再开启高速搅拌机，继续混合5-20min；
(3)无碱玻璃纤维用第一偶联剂进行表面处理；
(4)将聚酰胺切片、经表面处理的氢氧化镁、抗氧剂、润滑剂放入高混机中混合2-5min，然后与经表面处理的无碱玻璃纤维一起放入螺杆挤出机中挤出造粒，控制转速为180-600rpm，温度为160-270℃，进行挤出造粒，即得产品。
所述步骤(2)中第二偶联剂的加入量为氢氧化镁的1wt％。
所述步骤(3)中第一偶联剂的加入量为无碱玻璃纤维的3-5wt％。
与现有技术相比，本发明采用聚酰胺为基础树脂，制得一种具有高强度，改善冲击性的无卤无磷阻燃聚酰胺复合材料，该组合物可应用于电子电器行业，很好的解决了现有的高填充量使得材料的力学性能下降以及冲击性能下降等问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种高强度阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量准备原料：39.5kg尼龙6切片、10kg无碱玻璃纤维、50kg氢氧化镁、0.4kg抗氧剂、0.1kg硬脂酸钙，其中无碱玻璃纤维用N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷进行了表面处理，N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷的加入量为无碱玻璃纤维的4wt％；抗氧剂为市售抗氧剂168与抗氧剂1098按重量比为1∶1混合复配。
(2)将氢氧化镁粉末放入高速搅拌机中，将高速搅拌机的温度设置在90℃，高速搅拌5min，停机，将氢氧化镁1wt％的偶联剂N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷与白油按重量比1∶1混合后均匀喷洒在氢氧化镁表面，开启高速搅拌机，继续混合5min。
(3)将聚酰胺切片、经表面处理的氢氧化镁、抗氧剂、润滑剂放入高混机中混合3min，然后与经表面处理的无碱玻璃纤维一起放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为180-600rpm，温度为160-250℃，进行挤出造粒，即得产品。
实施例2
一种高强度阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量准备原料：34.5kg尼龙6切片、10kg无碱玻璃纤维、55kg氢氧化镁、0.4kg抗氧剂、0.1kg硬脂酸钙，其中无碱玻璃纤维用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷进行了表面处理，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的加入量为无碱玻璃纤维的4wt％；抗氧剂为市售抗氧剂168与抗氧剂1098按重量比为1∶1混合复配。
(2)将氢氧化镁粉末放入高速搅拌机中，将高速搅拌机的温度设置在100℃，高速搅拌10min，停机，将氢氧化镁1wt％的偶联剂N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷与白油按重量比1∶1混合后均匀喷洒在氢氧化镁表面，开启高速搅拌机，继续混合5min。
(3)将聚酰胺切片、经表面处理的氢氧化镁、抗氧剂、润滑剂放入高混机中混合3min，然后与经表面处理的无碱玻璃纤维一起放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为180-600rpm，温度为220-270℃，进行挤出造粒，即得产品。
实施例3
一种高强度阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量准备原料：24.5kg尼龙6切片、15kg无碱玻璃纤维、60kg氢氧化镁、0.4kg抗氧剂、0.1kg硬脂酸钙，其中无碱玻璃纤维用N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷进行了表面处理，N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷的加入量为无碱玻璃纤维的4wt％；抗氧剂为市售抗氧剂168与抗氧剂1098按重量比为1∶1混合复配。
(2)将氢氧化镁粉末放入高速搅拌机中，将高速搅拌机的温度设置在110℃，高速搅拌5min，停机，将氢氧化镁1wt％的偶联剂N-(N-(β-氨基乙基)-β-氨基乙基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷与白油按重量比1∶1混合后均匀喷洒在氢氧化镁表面，开启高速搅拌机，继续混合15min。
(3)将聚酰胺切片、经表面处理的氢氧化镁、抗氧剂、润滑剂放入高混机中混合3min，然后与经表面处理的无碱玻璃纤维一起放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为180-600rpm，温度为160-250℃，进行挤出造粒，即得产品。
实施例1、2、3的性能测试结果见表3
表3
| 测试项目 | 测试标准 | 单位 | 例1 | 例2 | 例3 |
| 拉伸强度 | ASTM D638 | MPa | 95 | 98 | 95 |
| 弯曲强度 | ASTM D790 | MPa | 142 | 160 | 142 |
| 弯曲模量 | ASTM D790 | MPa | 9000 | 10000 | 9000 |
| 简支梁无缺口冲击强度 | ASTM D6110 | kJ/m2 | 39 | 37 | 39 |
| 简支梁缺口冲击强度 | ASTM D6110 | kJ/m2 | 8 | 7 | 6 |
| 阻燃性 | UL 94 | 级 | V-1 | V-1 | V-0 |
| 表面电阻率 | GB/T 1410 | Ω | 109 | 108 | 108 |
实施例4
一种高强度阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量准备原料：20kg聚酰胺6/66切片、20kg无碱玻璃纤维、50kg氢氧化镁、0.1kg抗氧剂、1kg润滑剂。其中无碱玻璃纤维用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷进行了表面处理，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的加入量为无碱玻璃纤维的3wt％，抗氧剂为市售抗氧剂168与抗氧剂1098按重量比为2∶1混合复配，润滑剂为脂肪胺。
(2)将氢氧化镁粉末放入高速搅拌机中，将高速搅拌机的温度设置在110℃，高速搅拌5min，停机，将氢氧化镁1wt％的偶联剂异丙基二(甲基丙烯酰胺)异硬酯酰基钛酸酯与白油按重量比1∶1混合后均匀喷洒在氢氧化镁表面，开启高速搅拌机，继续混合20min。
(3)将聚酰胺切片、经表面处理的氢氧化镁、抗氧剂、润滑剂放入高混机中混合3min，然后与经表面处理的无碱玻璃纤维一起放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为180rpm，温度为270℃，进行挤出造粒，即得产品。
实施例5
一种高强度阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及含量准备原料：40kg聚酰胺610切片、10kg无碱玻璃纤维、60kg氢氧化镁、0.5kg抗氧剂、0.1kg润滑剂。其中无碱玻璃纤维用N-(N-(β-氨基乙基)-β-氨基乙基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷进行了表面处理，N-(N-(β-氨基乙基)-β-氨基乙基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷的加入量为无碱玻璃纤维的5wt％，抗氧剂为市售抗氧剂168与抗氧剂1098按重量比为2∶1混合复配，润滑剂为硬脂酸钠。
(2)将氢氧化镁粉末放入高速搅拌机中，将高速搅拌机的温度设置在100℃，高速搅拌8min，停机，将氢氧化镁1wt％的偶联剂硬酯酸钠与白油按重量比1∶1混合后均匀喷洒在氢氧化镁表面，开启高速搅拌机，继续混合15min。
(3)将聚酰胺切片、经表面处理的氢氧化镁、抗氧剂、润滑剂放入高混机中混合5min，然后与经表面处理的无碱玻璃纤维一起放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为1600rpm，温度为160℃，进行挤出造粒，即得产品。
Claims (8)
1.一种高强度阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下组分及重量份含量：
所述的无碱玻璃纤维用第一偶联剂进行表面处理，所述的氢氧化镁经高温高速混合干燥后用第二偶联剂及白油进行表面处理；
所述的第一偶联剂选自N-（β-氨基乙基）-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；所述的第二偶联剂选自硅氧烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂或硬酯酸类偶联剂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的聚酰胺切片选自聚内酰胺类聚酰胺、二元羧酸与二元胺缩合而成的聚酰胺或共聚酰胺类聚酰胺中的一种或几种，所述的聚内酰胺类聚酰胺包括聚酰胺6、聚酰胺11或聚酰胺12，所述的二元羧酸与二元胺缩合而成的聚酰胺包括聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺614或聚酰胺46，所述的共聚酰胺类聚酰胺包括聚酰胺6/66或聚酰胺6/12。
3.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的硅氧烷类偶联剂包括N-（β-氨基乙基）-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种，所述的钛酸酯类偶联剂包括异丙基二（甲基丙烯酰基）异硬酯酰基钛酸酯，所述的硬酯酸类偶联剂包括硬酯酸钙或硬酯酸钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂以任意重量比复配，所述的受阻酚类抗氧剂包括市售抗氧剂1098，所述的亚磷酸酯类抗氧剂包括市售抗氧剂168。
5.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的润滑剂包括硬脂酸金属皂类或脂肪胺的一种或几种，所述的硬脂酸金属皂类包括硬脂酸钙或硬脂酸钠。
6.一种高强度阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）按照以下组分及重量份含量准备原料：
（2）将氢氧化镁粉末放入高速搅拌机中，将高速搅拌机的温度设置在90-110℃，高速搅拌5-10min，停机，将第二偶联剂与白油按重量比1∶1混合后均匀喷洒在氢氧化镁表面，再开启高速搅拌机，继续混合5-20min；
（3）无碱玻璃纤维用第一偶联剂进行表面处理；
（4）将聚酰胺切片、经表面处理的氢氧化镁、抗氧剂、润滑剂放入高混机中混合2-5min，然后与经表面处理的无碱玻璃纤维一起放入螺杆挤出机中挤出造粒，控制转速为180-600rpm，温度为160-270℃，进行挤出造粒，即得产品；
所述的第一偶联剂选自N-（β-氨基乙基）-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；所述的第二偶联剂选自硅氧烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂或硬酯酸类偶联剂中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的一种高强度阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中第二偶联剂的加入量为氢氧化镁的1wt%。
8.根据权利要求6所述的一种高强度阻燃聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中第一偶联剂的加入量为无碱玻璃纤维的3-5wt%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: High-strength flame-retardant polyamide composite material and preparation method Effective date of registration: 20150810 Granted publication date: 20130320 Pledgee: Hefei Xingtai financing Company limited by guarantee Pledgor: Hefei Genius New Materials Co., Ltd. Registration number: 2015340000014 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20161121 Granted publication date: 20130320 Pledgee: Hefei Xingtai financing Company limited by guarantee Pledgor: Hefei Genius New Materials Co., Ltd. Registration number: 2015340000014 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model |