一種阻燃玻璃纖維增強尼龍復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子復合材料【技術領域】，涉及一種玻璃纖維增強尼龍復合材料及其制備方法。該復合材料由包含以下重量份的組分制成：100份尼龍，35～50份阻燃劑，7.5～15份成炭劑，偶聯(lián)劑0.2～1.0份，0.1～0.5份抗氧劑，0.2～1.0份潤滑劑，40～100份玻璃纖維。本發(fā)明在尼龍中加入阻燃劑三聚氰胺聚磷酸鹽，可以有效地解決玻纖增強尼龍的“燭芯效應”問題，而且具有成炭能力強、無滴落、無毒、無腐蝕等特點；成炭劑的加入，與三聚氰胺聚磷酸鹽形成“協(xié)效阻燃”作用，大大改善阻燃尼龍的阻燃性能。
【專利說明】一種阻燃玻璃纖維增強尼龍復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子復合材料【技術領域】，涉及一種玻璃纖維增強尼龍復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]尼龍是一種韌性好、電性能優(yōu)異、耐油、耐磨的重要工程塑料，但純尼龍強度較差，熱變形溫度低，影響了尼龍在汽車、電子等領域的應用。目前，一般需通過玻纖(GF)增強提高其性能。玻纖增強尼龍具有強度高、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點受到廣泛的應用。而尼龍是一種可燃性塑料，其用于電子電氣、交通建筑領域的制品一般都需要進行阻燃改性，對于玻纖增強尼龍而言，玻纖的 “燭芯效應”使材料更易燃燒，所以對它的阻燃改性。
[0003]關于玻纖增強尼龍復合材料的阻燃劑大多為鹵素阻燃，但是隨著歐盟RoHS和WEEE指令的實施，以及人們環(huán)保意識的增強，玻纖增強尼龍復合材料專用無鹵阻燃劑的開發(fā)已經(jīng)成為當前研究的熱點。生產無鹵阻燃增強尼龍，目前市場常用的阻燃劑有紅磷、三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP )、有機次磷酸鹽及氫氧化鎂。其中，以紅磷為阻燃劑優(yōu)點為阻燃效率高，添加量少，從而對制品性能影響小，主要缺點是制品除外觀暗紅外，在加工和高溫高濕環(huán)境中有可能釋放有害物質，并且腐蝕制品，索尼和松下公司先后開始禁用紅磷，蘋果公司也對紅磷進行限制；以有機次磷酸鹽為阻燃劑優(yōu)點為各項性能都較好，但價格太高；以氫氧化鎂為阻燃劑需要添加量很大才阻燃，導致制品性能嚴重下降。
[0004]以氮磷阻燃劑三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)為阻燃劑，不僅可以有效地解決玻纖增強尼龍的“燭芯效應”問題，而且具有成炭能力強、無滴落、無毒、無腐蝕等特點，是玻纖增強尼龍系列的較佳阻燃劑。但是MPP對尼龍的OI (氧指數(shù))有所提高，對尼龍的垂直燃燒性能改善不大，常常需要加入成炭劑，與MPP形成“協(xié)效阻燃”作用，大大改善阻燃尼龍的阻燃性倉泛。
[0005]另外，復合材料中基體與纖維體的界面結合是影響材料性能的重要因素，偶聯(lián)劑的使用可以明顯增強基體與纖維體的界面結合作用，可以很好地提高復合材料的物理性倉泛。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種阻燃玻璃纖維增強尼龍復合材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明通過在尼龍中加入玻璃纖維和偶聯(lián)劑，制備玻璃纖維增強尼龍復合材料，可以有效地提高復合材料的力學性能，并在尼龍中加入阻燃劑和成炭劑，能夠阻燃玻璃纖維增強尼龍復合材料。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0009]一種玻璃纖維增強尼龍復合材料:由包含以下重量份的組分制成:
[0010]尼龍100 份，[0011]阻燃劑 35~50份，
[0012]成炭劑 7.5~15份，
[0013]偶聯(lián)劑 0.2~1.0份，
[0014]抗氧劑 0.1~0.5份，
[0015]潤滑劑 0.2~1.0份，
[0016]玻璃纖維40~100份。
[0017]所述的尼龍選自尼龍6或尼龍66。
[0018]所述的阻燃劑為三聚氰胺聚磷酸鹽[(C3H8N6)m(HPO3)n]，其中P2O5含量>30%，N含量>35%。
[0019]所述的成炭劑選自季戊四醇磷酸酯、季戊四醇或熱塑性酚醛樹脂。
[0020]所述的偶聯(lián)劑選自3_氨丙基二乙氧基硅烷(KH550)、3_縮水甘油醚氧丙基二甲氧基硅烷(KH560)或3-(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)。
[0021]所述的抗氧劑選自四[β- (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、三[2，4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)或β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇 酯(抗氧劑1076)。
[0022]所述的潤滑劑選自硅酮粉、TAF (改性乙撐雙脂肪酸酰胺，蘇州興泰國光化學助劑有限公司)或RH-313A (季戊四醇硬脂酸酯，東莞市健行塑膠制品有限公司)中的一種。
[0023]所述的玻璃纖維為無堿短切玻璃纖維，長度為3.0~12.0mm。
[0024]一種上述玻璃纖維增強尼龍復合材料的制備方法:包括以下步驟:
[0025](I)按重量份含量將100份干燥的尼龍、阻燃劑35~50份，成炭劑7.5~15份，0.1~0.5份抗氧劑、0.2~1.0份潤滑劑混合均勻；
[0026](2)將0.2~1.0份偶聯(lián)劑溶解在無水乙醇中，配制成偶聯(lián)劑-乙醇溶液，利用噴霧法將溶液噴灑在40~100份玻璃纖維上，并將噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維在烘箱中干燥；
[0027](3)將步驟(1)中混合料經(jīng)上游喂料口，送入雙螺桿擠出機，同時將步驟(2)中40~100份玻璃纖維經(jīng)下游喂料口，送入雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒；
[0028](4)將上述粒料干燥，經(jīng)過注塑機制備標準樣條，測其物理性能。
[0029]所述的步驟(1)中尼龍的干燥條件為:90~110°C烘箱中干燥6~IOh ;
[0030]所述的步驟(1)中混合的裝置為高速混合機，混合時間為3~7min ；
[0031]所述的步驟(2)中偶聯(lián)劑-乙醇溶液的濃度為0.5~2.0wt%,噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維干燥條件為:80~120°C的烘箱中干燥30~90min。
[0032]所述的步驟(3)雙螺桿擠出機中熔融擠出溫度為220~280°C。
[0033]所述的步驟(4)中粒料干燥條件為:90~110°C烘箱中干燥6~10h，注塑機制備標準樣條的溫度為240~280°C。
[0034]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0035](I)在尼龍中加入阻燃劑三聚氰胺聚磷酸鹽，可以有效地解決玻纖增強尼龍的“燭芯效應”問題，而且具有成炭能力強、無滴落、無毒、無腐蝕等特點；成炭劑的加入，與三聚氰胺聚磷酸鹽形成“協(xié)效阻燃”作用，大大改善阻燃尼龍的阻燃性能。
[0036](2)本發(fā)明中選擇了偶聯(lián)劑對玻璃纖維表面處理，偶聯(lián)劑的使用可以明顯提高基體與纖維體的界面結合作用，可以很好地提高復合材料的沖擊性能。
[0037] (3)本發(fā)明中還使用新型潤滑劑，不僅起到了潤滑作用，還可以使短切玻璃纖維有效地分散在樹脂基體中，同時可以防止復合材料中的玻璃纖維外露。
【具體實施方式】
[0038]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0039]以下實施例中，所得產品的拉伸性能按照標準ASTM-D638測試，彎曲性能按照標準ASTM-D790測試，缺口沖擊性能按照標準ASTM-D256測試，阻燃性能按照標準UL94(1.6mm)垂直燃燒標準測試。
[0040]實施例1
[0041](1)先將尼龍6在90°C的烘箱中干燥10h，取100份干燥的尼龍6、50份阻燃劑三聚氰胺聚磷酸鹽(其中P2O5含量為38%，N含量為45%)、10份成炭劑熱塑性酚醛樹脂、0.1份抗氧劑1010和0.2份的潤滑劑硅酮粉，在高速混合機中混合3min ；
[0042](2)將0.2份的偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)溶解在無水乙醇中，配制成濃度為0.5%的偶聯(lián)劑-乙醇溶液，利用噴霧法將溶液噴灑在40份短切玻璃纖維(長度為
3.0mm)上，并將噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維在120°C烘箱中干燥30min ；
[0043](3)將上述(I)中混合料經(jīng)上游喂料口，送入雙螺桿擠出機，同時將上述(2)中40份玻璃纖維經(jīng)下游喂料口，送入雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，擠出機各段溫度為:一區(qū)220°C，二區(qū) 235°C，三區(qū) 245°C，四區(qū) 245°C，五區(qū) 240°C，機頭溫度為 230°C ；
[0044](4)將上述粒料在90°C的烘箱中干燥10h，再經(jīng)過注塑機制備標準樣條，測其性能，詳見表1，其中注塑機各段溫度為:第一段240°C、第二段245°C、第三段240°C。
[0045]實施例2
[0046](I)先將尼龍6在100°C的烘箱中干燥8h，取100份干燥的尼龍6、46.2份阻燃劑三聚氰胺聚磷酸鹽(其中P2O5含量為34%，N含量為40%)、13.4份成炭劑季戊四醇磷酸酯、0.2份的抗氧劑168和0.4份的潤滑劑TAF (改性乙撐雙脂肪酸酰胺，蘇州興泰國光化學助劑有限公司)在高速混合機中混合4min ；
[0047](2)將0.4份的偶聯(lián)劑3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)溶解在無水乙醇中，配制成濃度為1.0%的偶聯(lián)劑-乙醇溶液，利用噴霧法將溶液噴灑在53.3份短切玻璃纖維(長度為4.5mm)上，并將噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維在110°C烘箱中干燥45min ；
[0048](3)將上述(I)中混合料經(jīng)上游喂料口，送入雙螺桿擠出機，同時將上述(2)中53.3份玻璃纖維經(jīng)下游喂料口，送入雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，擠出機各段溫度為:一區(qū)220°C，二區(qū)235°C，三區(qū)245°C，四區(qū)245°C，五區(qū)240°C，機頭溫度為230°C ；
[0049](4)將上述粒料在100°C的烘箱中干燥8h，再經(jīng)過注塑機制備標準樣條，測其性能，詳見表1，其中注塑機各段溫度為:第一段240°C、第二段245°C、第三段240°C。
[0050]實施例3
[0051](I)先將尼龍6在110°C的烘箱中干燥6h，取100份干燥的尼龍6、44.5份阻燃劑三聚氰胺聚磷酸鹽(其中P2O5含量為33%，N含量為39%)、11.1份成炭劑季戊四醇、0.25份的抗氧劑1076和0.6份的潤滑劑RH-313A (東莞市健行塑膠制品有限公司)在高速混合機中混合5min ；[0052](2)將0.6份的偶聯(lián)劑3_(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)溶解在無水乙醇中，配制成濃度為1.25%的偶聯(lián)劑-乙醇溶液，利用噴霧法將溶液噴灑在70.0份短切玻璃纖維(長度為6.0mm)上，并將噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維在100°C烘箱中干燥60min ；
[0053](3)將上述(I)中混合料經(jīng)上游喂料口，送入雙螺桿擠出機，同時將上述(2)中66.7份玻璃纖維經(jīng)下游喂料口，送入雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，擠出機各段溫度為:一區(qū)220°C，二區(qū)235°C，三區(qū)245°C，四區(qū)245°C，五區(qū)240°C，機頭溫度為230°C ；
[0054](4)將上述粒料在110°C的烘箱中干燥6h，再經(jīng)過注塑機制備標準樣條，測其性能，詳見表1，其中注塑機各段溫度為:第一段240°C、第二段245°C、第三段240°C。
[0055]實施例4
[0056](I)先將尼龍66在90°C的烘箱中干燥10h，取100份干燥的尼龍66、42.5份阻燃劑三聚氰胺聚磷酸鹽(其中P2O5含量為32%，N含量為38%)、7.5份成炭劑熱塑性酚醛樹脂、0.3份抗氧劑1076和0.8份的潤滑劑硅酮粉，在高速混合機中混合6min ；
[0057](2)將0.8份的偶聯(lián)劑3_(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)溶解在無水乙醇中，配制成濃度為1.75%的偶聯(lián)劑-乙醇溶液，利用噴霧法將溶液噴灑在83.3份短切玻璃纖維(長度為7.5mm)上，并將噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維在90°C烘箱中干燥75min ；
[0058](3)將上述(I)中混合料經(jīng)上游喂料口，送入雙螺桿擠出機，同時將上述(2)中83.3份玻璃纖維經(jīng)下游喂料口，送入雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，擠出機各段溫度為:一區(qū)250°C，二區(qū)270°C，三區(qū)280°C，四區(qū)280°C，五區(qū)275°C，機頭溫度為270°C ；
[0059](4)將上述粒料在90°C的烘箱中干燥10h，再經(jīng)過注塑機制備標準樣條，測其性能，詳見表1，其中注塑機各段溫度為:第一段275°C、第二段280°C、第三段275°C。
[0060]實施例5
[0061](I)先將尼龍66在100°C的烘箱中干燥8h，取100份干燥的尼龍66、38.75份阻燃劑三聚氰胺聚磷酸鹽(其中P2O5含量為31%，N含量為37%)、11.25份成炭劑季戊四醇、0.4份的抗氧劑168和1.0份的潤滑劑TAF(改性乙撐雙脂肪酸酰胺，蘇州興泰國光化學助劑有限公司)在高速混合機中混合7min ；
[0062](2)將1.0份的偶聯(lián)劑3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)溶解在無水乙醇中，配制成濃度為2.0%的偶聯(lián)劑-乙醇溶液，利用噴霧法將溶液噴灑在100份短切玻璃纖維(長度為9.0mm)上，并將噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維在80°C烘箱中干燥90min ；
[0063](3)將上述(I)中混合料經(jīng)上游喂料口，送入雙螺桿擠出機，同時將上述(2)中100份玻璃纖維經(jīng)下游喂料口，送入雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，擠出機各段溫度為:一區(qū)250°C，二區(qū)270°C，三區(qū)280°C，四區(qū)280°C，五區(qū)275°C，機頭溫度為270°C ；
[0064](4)將上述粒料在100°C的烘箱中干燥8h，再經(jīng)過注塑機制備標準樣條，測其性能，詳見表1，其中注塑機各段溫度為:第一段275°C、第二段280°C、第三段275°C。
[0065]實施例6
[0066](I)先將尼龍66在110°C的烘箱中干燥6h，取100份干燥的尼龍66、35份阻燃劑三聚氰胺聚磷酸鹽(其中P2O5含量為30.4%，N含量為36%)、15份成炭劑季戊四醇磷酸酯、
0.5份抗氧劑1010和1.0份的潤滑劑RH-313A (東莞市健行塑膠制品有限公司)在高速混合機中混合7min ；
[0067](2)將1.0份的偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)溶解在無水乙醇中，配制成濃度為2.0%的偶聯(lián)劑-乙醇溶液，利用噴霧法將溶液噴灑在100份短切玻璃纖維(長度為12.0mm)上，并將噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維在100°C烘箱中干燥60min ；
[0068](3)將上述(I)中混合料經(jīng)上游喂料口，送入雙螺桿擠出機，同時將上述(2)中100份玻璃纖維經(jīng)下游喂料口，送入雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，擠出機各段溫度為:一區(qū)250°C，二區(qū)270°C，三區(qū)280°C，四區(qū)280°C，五區(qū)275°C，機頭溫度為270°C ；
[0069](4)將上述粒料在110°C的烘箱中干燥6h，再經(jīng)過注塑機制備標準樣條，測其性能，詳見表1，其中注塑機各段溫度為:第一段275°C、第二段280°C、第三段275°C。
[0070]表1阻燃玻璃纖維增強尼龍復合材料性能
[0071]
【權利要求】
1.一種玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于:由包含以下重量份的組分制成: 尼龍 100份， 阻燃劑 35~50份， 成炭劑 7.5~15份， 偶聯(lián)劑 0.2~1.0份， 抗氧劑 0.1~0.5份， 潤滑劑 0.2~1.0份， 玻璃纖維40~100份。
2.根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于:所述的尼龍選自尼龍6或尼龍66。
3.根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于:所述的阻燃劑為三聚氰胺聚磷酸鹽[(C3H8N6)m(HPO3)n]，其中P2O5含量>30%，N含量>35%。
4.根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于:所述的成炭劑選自季戊四醇磷酸酯、季戊四醇或熱塑性酚醛樹脂。
5.根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于:所述的偶聯(lián)劑選自3-氨丙基二乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧丙基二甲氧基硅烷或3-(異丁烯酸氧)丙基二甲氧基硅烷。
6.根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于:所述的抗氧劑選自四[β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2，4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯或(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
7.根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于:所述的潤滑劑選自硅酮粉、改性乙撐雙脂肪酸酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。
8.根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于:所述的玻璃纖維為無堿短切玻璃纖維，長度為3.0~12.0mm。
9.一種權利要求1~8中任一所述的玻璃纖維增強尼龍復合材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)按重量份含量將100份干燥的尼龍、阻燃劑35~50份，成炭劑7.5~15份，0.1~0.5份抗氧劑、0.2~1.0份潤滑劑混合均勻； (2)將0.2~1.0份偶聯(lián)劑溶解在無水乙醇中，配制成偶聯(lián)劑-乙醇溶液，利用噴霧法將溶液噴灑在40~100份玻璃纖維上，并將噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維在烘箱中干燥； (3)將步驟(1)中混合料經(jīng)上游喂料口，送入雙螺桿擠出機，同時將步驟(2)中40~100份玻璃纖維經(jīng)下游喂料口，送入雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒； (4)將上述粒料干燥，經(jīng)過注塑機制備標準樣條，測其物理性能。
10.根據(jù)權利要求9所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(1)中尼龍的干燥條件為:90~110°C烘箱中干燥6~IOh ; 或所述的步驟(1)中混合的裝置為高速混合機，混合時間為3~7min ； 或所述的步驟(2)中偶聯(lián)劑-乙醇溶液的濃度為0.5~2.0wt%,噴有偶聯(lián)劑溶液的玻璃纖維干燥條件為:80~120°C的烘箱中干燥30~90min ； 或所述的步驟(3)雙螺桿擠出機中熔融擠出溫度為220~280°C ；或所述的步驟(4)中粒料干燥條件為:90~110°C烘箱中干燥6~10h，注塑機制備標準樣條的溫度為240 ~280°C。
【文檔編號】C08K5/3492GK103937229SQ201310016634
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月17日 優(yōu)先權日:2013年1月17日
【發(fā)明者】楊桂生, 劉明昌 申請人:上海杰事杰新材料(集團)股份有限公司