CN111484731A - 一种高模量阻燃增强尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高模量阻燃增强尼龙复合材料及其制备方法，该尼龙复合材料的质量份数组成如下：尼龙36.8～63.6份；玻璃纤维填充物20～30份；偶联剂：0.3～0.8份；增韧剂：5.0～10.0份；阻燃剂：15～22份；抗氧剂0.2～0.4份；润滑剂0.5～1.0份，本发明的优势在所制备的玻璃纤维增强尼龙复合材料具有高模量、高阻燃的特性，符合电子电器行业材料的要求，即能提高零部件的机械强度，也可以达到高模量、高阻燃的效果，与传统的玻璃纤维增强尼龙相比，可以达到更为理想的阻燃效果，而且制备工艺简单、成本较低，易于进行大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高模量阻燃增强尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性等特性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，使其在汽车行业、电子电气、办公设备等领域内得到了普遍的应用，玻璃纤维具有拉伸强度高、吸收冲击能力大、弹性系数、耐热性好、价格便宜等优点，常被当作增强相来制备聚合物、橡胶等复合材料，单一的尼龙树脂很难满足各种各样的要求，为了得到机械性能优异的尼龙材料，用玻璃纤维对其进行改性，使其拉伸强度、弯曲模量等力学性能得到明显提高，还可以改善其尺寸稳定性、耐热性、耐摩擦性等性能，使其在机械、仪器仪表、电子电器等领域广泛应用。
玻璃纤维增强尼龙问题主要在于：玻璃纤维填充改性尼龙提高了材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、压缩强度、耐磨性，降低吸水性、蠕变和成型收缩率等性能，尼龙具有一定的阻燃性，但却因为玻璃纤维填充物的加入，使其在尼龙树脂中产生“灯芯效应”，使其阻燃性能大大降低，限制了玻璃纤维尼龙复合材料的应用范围，因此要达到更高的阻燃等级，满足各个领域，尤其是电子电器领域对尼龙材料的要求，必须对尼龙进行阻燃改性。
综上所述，有必要开发出一种高模量阻燃增强尼龙复合材料。
发明内容
本发明克服现有技术中的不足，提供一种高模量阻燃增强尼龙复合材料。该材料具有高模量、高阻燃、高强度的特性，符合电子电器领域材料的要求，与传统的尼龙相比，可以达到更为理想的阻燃效果，而且制备工艺简单、成本较低，易于进行大规模工业化生产，本发明采用的技术方案如下：
其原料按质量分数计，详细配方如下：
尼龙：37.1～64.1份
玻璃纤维填充物：20～30份
偶联剂：0.3～0.8份
增韧剂：5.0～10.0份
阻燃剂：15～22份
抗氧剂：0.2～0.4份
润滑剂：0.5～1.0份。
1、所述的尼龙至少为一种尼龙组成。尼龙的相对粘度约为2.7。
2、所述的玻璃纤维填充物是有碱玻纤、无碱玻纤、高强度玻纤、耐化学玻纤中至少一种。
3、所述的偶联剂是由硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中至少一种组成。
4、所述的增韧剂是POE接枝马来酸酐（POE-g-MAH）、SEBS接枝马来酸酐（SEBS-g-MAH）、苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）中至少一种组成。
5、所述的阻燃剂是由有机磷系、氮系、溴系和三氧化二锑中至少一种组成。
6、所述的抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:1的比例复配组成。
7、所述的润滑剂是聚乙烯蜡、尼龙蜡、硬脂酸钙、EBS和PETS中的一种或多种。
8、所述制备过程：：将尼龙、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和阻燃剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经偶联剂处理过后的玻璃纤维则从侧位料加入，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到高模量、高阻燃、玻璃纤维增强尼龙复合材料，加工温度250～280℃，转速220-260r/min、主喂料频率18-25Hz。
9、本发明的有益效果是：
（1）本发明所制备的尼龙复合材料具有优良的力学性能、尺寸稳定性，耐气候性，优异的抗冲击性能，以及良好的阻燃性能，与传统材料相比，阻燃性能更好，刚性更为突出，解决了玻璃纤维增强尼龙抗冲击性能差，阻燃能力低的问题，
（2）制备工艺简单、成本较低，易于进行大规模工业化生产。
具体实施方式
一种高模量阻燃增强尼龙复合材料由以下质量份数组成：
尼龙：37.1～64.1份
玻璃纤维填充物：20～30份
偶联剂：0.3～0.8份
增韧剂：5.0～10.0份
阻燃剂：15～22份
抗氧剂：0.2～0.4份
润滑剂：0.5～1.0份。
1、优选的，所述的尼龙至少为一种尼龙组成。其相对粘度约为2.7。
2、优选的，所述的玻璃纤维填充物是有碱玻纤、无碱玻纤、高强度玻纤、耐化学玻纤中至少一种。进一步优选为重庆国际复合材料有限公司的短切玻璃纤维（ECS307）。
3、优选的，所述的偶联剂是由硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中至少一种组成。进一步优选为硅烷偶联剂（KH550）。
4、优选的，所述的增韧剂是POE接枝马来酸酐（POE-g-MAH）、SEBS接枝马来酸酐（SEBS-g-MAH）、苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）中至少一种组成。进一步优选为沈阳科通公司的POE-g-MAH（KT-9）。
5、优选的，阻燃剂是由有机磷系、氮系、溴系和三氧化二锑中至少一种组成。进一步优选为上海深化实业有限公司的十溴二苯乙烷（DBDPE）和三氧化二锑（Sb2O3）。
6、优选的，所述的润滑剂是聚乙烯蜡、尼龙蜡、硬脂酸钙、EBS和PETS中的一种或多种，进一步优选为适合于高温加工的季戊四醇硬脂酸酯（PETS）
7、优选的，所述的抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:1的比例复配组成，进一步优选为巴斯夫的1098与168。
8、优选的，所述制备过程：：将尼龙、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和阻燃剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经偶联剂处理过后的玻璃纤维则从侧位料加入，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到高模量、高阻燃、玻璃纤维增强尼龙复合材料，加工温度250～280℃，转速220-260r/min、主喂料频率18-25Hz。
以下通过具体的实施例本本发明的内容作进一步的说明。
实施例和对比例的配方组成见表1
表1实施例和对比例的配方组成（质量百分比）
| 原料 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 |
| 尼龙 | 58.8 | 50.8 | 41.6 | 36.8 | 40.8 | 63.6 |
| 玻璃纤维 | 20 | 25 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 偶联剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.8 | 0.5 |
| 增韧剂 | 5.0 | 5.0 | 7.0 | 10.0 | 7.0 | 5.0 |
| 阻燃剂 | 15 | 18 | 20 | 22 | 20 | 0 |
| 抗氧剂 | 0.2 | 0.2 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
| 润滑剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 1.0 | 0.5 |
表1中所使用的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯（PETS），玻璃纤维为无碱短玻纤，直径为13μm，长度3mm，阻燃剂为十溴二苯乙烷（DBDPE）和三氧化二锑配比为3：1，所使用的抗氧剂为1098和168配比为1:1。
将上述原料按照所述配比称量后，加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，玻璃纤维则从侧位料加入，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到高阻燃、高模量、高强度尼龙复合材料，加工温度250～280℃。
将加工后得到的复合材料通过表2所示的测试标准进行检测，表3为相应实施例和对比例的测试结果。
通过表3可见，随着玻璃纤维填充物含量的增加，体系材料弯曲模量逐渐提升，同时增韧剂的添加量与体系总体的灰分相匹配，使体系的缺口冲击强度基本不变，使该尼龙复合材料在对缺口不敏感的前提下大大提高了其模量，拓宽了其应用范围；实施例1-5较对比例1，无论从模量和阻燃性能都有一定的提升，且当阻燃剂达到15份以上时，体系材料的阻燃等级均可达到V-0。
以上所述，仅是本发明的部分实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明技术方案范围内，对技术内容进行些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种高模量阻燃增强尼龙复合材料，其特征在于：是由以下质量份数的原料组成：
尼龙：37.1～64.1份
玻璃纤维填充物：20～30份
偶联剂：0.3～0.8份
增韧剂：5.0～10.0份
阻燃剂：15～22份
抗氧剂：0.2～0.4份
润滑剂：0.5～1.0份。
2.根据权利要求1所述的一种高模量阻燃增强尼龙复合材料，其特征在于：尼龙的相对粘度约为2.7。
3.根据权利要求1所述的一种高模量阻燃增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维填充物是有碱玻纤、无碱玻纤、高强度玻纤、耐化学玻纤中至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高模量阻燃增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的偶联剂是由硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中至少一种组成。
5.根据权利要求1所述的一种高模量阻燃增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的增韧剂是POE接枝马来酸酐（POE-g-MAH）、SEBS接枝马来酸酐（SEBS-g-MAH）、苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）中至少一种组成。
6.根据权利要求1所述的一种高模量阻燃增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂是由有机磷系、氮系、溴系和三氧化二锑中至少一种组成。
7.根据权利要求1所述的一种高模量阻燃增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:1的比例复配组成。
8.根据权利要求1所述的一种高模量阻燃增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的润滑剂是聚乙烯蜡、尼龙蜡、硬脂酸钙、EBS和PETS中的一种或多种。
9.权利要求1～8中任意一项所述的一种高模量阻燃增强尼龙复合材料，其特征在于，包括以下制备过程：将尼龙、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和阻燃剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经偶联剂处理过后的玻璃纤维则从侧位料加入，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到高模量、高阻燃、玻璃纤维增强尼龙复合材料，加工温度250～280℃，转速220-260r/min、主喂料频率18-25Hz。
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