一种增强阻燃聚酰胺6复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及阻燃高分子材料技术领域，具体为一种增强阻燃聚酰胺6复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚酰胺6又称尼龙6，是一种工程塑料。工业生产中广泛用于制造轴承、圆齿轮、凸轮、伞齿轮、各种滚子、滑轮、泵叶轮、风扇叶片、蜗轮、推进器、螺钉、螺母、垫片、高压密封圈、耐油密封垫片、耐油容器、外壳、软管、电缆护套、剪切机滑轮套、牛头刨床滑块、电磁分配阀座、冷陈设备、衬垫、轴承保持架、汽车和拖拉机上各种输油管、活塞、绳索、传动皮带，纺织机械工业设备零雾料，以及日用品和包装薄膜等。
3.聚酰胺6作为五大通用工程塑料之一，加工性能好，应用领域广泛。然而，聚酰胺6是一种可燃材料，使用中具有可能火灾的安全隐患，且拉伸强度不高，限制了其应用范围。现有技术中通常使用卤系阻燃剂来改善聚酰胺6的阻燃性能，卤系阻燃剂虽能使聚酰胺6材料的阻燃性能达到要求，但燃烧时会产生大量有毒烟气。
4.镁盐晶须是高性能无机阻燃增强材料。在聚合物复合材料中镁盐晶须的存在能够吸收外界能量，提高产生裂纹的应力值；能加速能量的逸散并抑制裂纹的延伸，从而提高材料的拉伸强度；其在阻燃方面，可以在燃烧时发生脱水反应吸收大量的外界热能从而降低基材的温度，生成的水蒸汽不仅能稀释火焰区反应气体的浓度而且能吸收烟雾，起到消烟的作用。但是，单独使用镁盐晶须时，其添加量需要在60％以上时才具有较好的阻燃效果，这往往会不同程度地影响材料的加工性能和机械力学性能。
5.为了解决上述问题，现有技术中有再添加卤系阻燃剂的，但含卤阻燃剂与无机阻燃成分的复配起不到协效作用，反而使含卤阻燃剂的阻燃效率降低，需要加大卤系阻燃剂的添加量。
6.因此，发明一种增强阻燃聚酰胺6复合材料及其制备方法。


技术实现要素：

7.鉴于上述和/或现有一种增强阻燃聚酰胺6复合材料及其制备方法中存在的不足，提出了本发明。
8.因此，本发明的目的是提供一种增强阻燃聚酰胺6复合材料及其制备方法，能够解决上述提出现有的问题。
9.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
10.一种增强阻燃聚酰胺6复合材料，其包括原料，所述原料(按份量计)包括：聚酰胺6：100份、2-羧基苯基磷酸酯：3-5份、羧基硅树脂：1-2份、镁盐晶须：20-25份。
11.作为本发明所述的一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的一种优选方案，其中：所述镁盐晶须为碱式硫酸镁晶须、氧化镁晶须和硼酸镁晶须中的其中一种或多种混合物。
12.一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法，包括具体步骤如下：
13.步骤一：将聚酰胺6、2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂混合后挤出造粒，得到粒料；
14.步骤二：将所述粒料与镁盐晶须混合后挤出造粒，得到增强阻燃聚酰胺6复合材料。
15.作为本发明所述的一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤一中，挤出造粒的温度为175-240℃，混合的温度为25-50℃，混合的时间为10-15min。
16.作为本发明所述的一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤一中，挤出造粒过程在长径比为40，分六区控温的双螺杆挤出机中进行，挤出造粒过程中的螺杆转速为150-300r/min，挤出造粒过程中的切粒速度为300-600r/min。
17.作为本发明所述的一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤一中，挤出造粒过程可以将阻燃剂2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂结合到聚酰胺6大分子链上。
18.作为本发明所述的一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤二中，粒料均为烘干后的，挤出造粒的温度为175-240℃，混合的温度为25-50℃，混合的时间为10-15min。
19.作为本发明所述的一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤二中，粒料与镁盐晶须的混合物挤出造粒过程在长径比为40，分六区控温的双螺杆挤出机中进行。
20.作为本发明所述的一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤二中，粒料与镁盐晶须的混合物挤出造粒过程中的螺杆转速为150-300r/min。
21.作为本发明所述的一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤二中，粒料与镁盐晶须的混合物挤出造粒过程中的切粒速度为300-600r/min。
22.与现有技术相比：
23.本发明提供的增强阻燃聚酰胺6复合材料在保证了较高力学性能的前提下，明显的提高了复合材料的阻燃性能，本发明可以使2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂与镁盐晶须起到协效作用，在保证复合材料力学性能的同时，提高了材料的阻燃性能，由实施例结果可知，增强阻燃聚酰胺6复合材料的拉伸强度大于90mpa，冲击强度大于4.0kj
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，阻燃性能达到v0级；
24.具体说来，本发明的有益性在于：
25.1、2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂均含有羧基，能与聚酰胺6分子主链的胺基发生反应而结合；
26.2、本发明提供的增强阻燃聚酰胺6复合材料中的2-羧基苯基磷酸酯的表面活性较高有利于镁盐晶须的分散，可以改善镁盐晶须与聚酰胺6的相容性，在使镁盐晶须充分、均匀的分散在聚酰胺6复合材料中，可以有效发挥镁盐晶须的阻燃作用和增强作用；
27.3、羧基硅树脂的协效作用降低了2-羧基苯基磷酸酯的使用量；
28.4、2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂的协效作用降低了镁盐晶须的使用量；
29.5、镁盐晶须在阻燃过程中由于结晶水的存在会生成水蒸汽，该水蒸汽不仅能稀释
火焰区反应气体的浓度还能吸收烟雾，起到消烟的作用，环境友好；
30.6、由于镁盐晶须为碱性填料，通过两步法可避免2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂中的羧基提前为镁盐晶须所消耗。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
32.本发明提供一种增强阻燃聚酰胺6复合材料，包括原料，原料(按份量计)包括：聚酰胺6：100份、2-羧基苯基磷酸酯：3-5份、羧基硅树脂：1-2份、镁盐晶须：20-25份；
33.在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员所熟知的市售产品，且聚酰胺6的聚合度无特殊的限定，选用本领域技术人员熟知的能够实施的聚合度即可；
34.镁盐晶须为碱式硫酸镁晶须、氧化镁晶须和硼酸镁晶须中的其中一种或多种混合物；当镁盐晶须为上述具体选择中的两种以上时，各物质的比例没有特殊的限定，可按任意比例混合，本发明对镁盐晶须的尺寸无特殊的限定，选用市售产品的常规尺寸即可；镁盐晶须可以与2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂协同提高聚酰胺6复合材料的阻燃性能，还可以提高聚酰胺6复合材料的力学性能。
35.一种增强阻燃聚酰胺6复合材料的制备方法，包括具体步骤如下：
36.步骤一：将聚酰胺6、2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂混合后挤出造粒，得到粒料；
37.其中：混合的温度为25-50℃，优选为30-45℃，最优选为38-42℃；
38.混合的时间为10-15min，优选为11-14min，最优选为12-13min；
39.混合的过程优选在搅拌条件下进行，且本发明对搅拌的速率没有特殊的限定，能够使混合物中的各组分充分混合即可；
40.挤出造粒过程在长径比为40，分六区控温的双螺杆挤出机中进行；
41.挤出造粒过程中的螺杆转速为150-300r/min，优选为160-190r/min，最优选为170-180r/min；
42.挤出造粒过程中的挤出温度为175-240℃，优选六区控温，六区温度优选依次为175-180℃，195-200℃，210-215℃，220-230℃，235-240℃，230-235℃，在本发明中，六区温度可以具体为175℃、195℃、215℃、220℃、235℃、230℃；175℃、195℃、215℃、225℃、240℃、235℃；180℃、200℃、215℃、230℃、240℃、235℃；
43.挤出造粒过程中的切粒速度为300-600r/min，优选为350-550r/min，最优选为400-500r/min；
44.挤出造粒过程可以将阻燃剂2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂结合到聚酰胺6大分子链上；
45.步骤二：将粒料与镁盐晶须混合后挤出造粒，得到增强阻燃聚酰胺6复合材料；
46.其中：粒料均为烘干后的，且烘干过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的烘干过程达到将粒料烘干的目的即可；
47.混合的温度为25-50℃，优选为30-45℃，最优选为38-42℃；
48.混合的时间为10-15min，优选为11-14min，最优选为12-13min；
49.混合的过程优选在搅拌条件下进行，且本发明对搅拌的速率没有特殊的限定，能够使混合物中的各组分充分混合即可；
50.粒料与镁盐晶须的混合物挤出造粒过程在长径比为40，分六区控温的双螺杆挤出机中进行；
51.粒料与镁盐晶须的混合物挤出造粒过程中的螺杆转速为150-300r/min，优选为160-190r/min，最优选为170-180r/min；
52.粒料与镁盐晶须的混合物挤出造粒过程中的挤出温度为175-240℃，优选六区控温，六区温度优选依次为175-180℃，195-200℃，210-215℃，220-230℃，235-240℃，230-235℃，在本发明中，所述六区温度可以具体为175℃、195℃、215℃、220℃、235℃、230℃；175℃、195℃、215℃、225℃、240℃、235℃；180℃、200℃、215℃、230℃、240℃、235℃；
53.粒料与镁盐晶须的混合物挤出造粒过程中的切粒速度为300-600r/min，优选为350-550r/min，最优选为400-500r/min。
54.下面结合实施例对本发明提供的增强阻燃聚酰胺6复合材料进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
55.实施例1
56.将聚酰胺6 100份、2-羧基苯基磷酸酯3份、羧基硅树脂1份预混合15min，预混料在长径比为40，分六区控温的双螺杆挤出机中进行反应性挤出造粒，一至六区加工温度依次为：175℃、195℃、215℃、220℃、235℃、230℃，机头温度220℃，螺杆转速为180r/min，切粒速度为400r/min；
57.将造好的粒料烘干后与碱式硫酸镁晶须25份混合，然后经过双螺杆挤出机进行混合塑化并造粒，挤出造粒工艺与前面相同，制备得到本发明的增强阻燃聚酰胺6复合材料。
58.实施例2
59.将聚酰胺6 100份、2-羧基苯基磷酸酯4份、羧基硅树脂1.5份预混合，预混料后在长径比为40，分六区控温的双螺杆挤出机中进行反应性挤出造粒，一至六区加工温度依次为：175℃、195℃、215℃、225℃、240℃、235℃，机头温度225℃，螺杆转速为210r/min，切粒速度为420r/min；
60.将造好的粒料烘干后与氧化镁晶须22份混合，然后经过双螺杆挤出机进行混合塑化并造粒，挤出造粒工艺与前面相同，制备得到本发明的增强阻燃聚酰胺6复合材料。
61.实施例3
62.将聚酰胺6 100份、2-羧基苯基磷酸酯5份、羧基硅树脂2份预混合，原料预混后在长径比为40，分六区控温的双螺杆挤出机中进行反应性挤出造粒，一至六区加工温度依次为：180℃、200℃、215℃、230℃、240℃、235℃，机头温度230℃，螺杆转速为230r/min，切粒速度为430r/min；
63.将造好的粒料烘干后与硼酸镁晶须20份混合，然后经过双螺杆挤出机进行混合塑化并造粒，挤出造粒工艺与前面相同，制备得到本发明的增强阻燃聚酰胺6复合材料。
64.对比例1
65.将聚酰胺6 100份、2-羧基苯基磷酸酯5份、羧基硅树脂2份、硼酸镁晶须20份预混合15分钟，预混料在长径比为40，分六区控温的双螺杆挤出机中进行反应性挤出造粒，一至六区加工温度依次为：180℃、200℃、215℃、230℃、240℃、235℃，机头温度230℃，螺杆转速
为180r/min，切粒速度为350r/min，制备得到聚丙烯复合材料。
66.对比例2
67.将聚酰胺6 100份、2-羧基苯基磷酸酯5份预混合，原料预混后在长径比为40，分六区控温的双螺杆挤出机中进行反应性挤出造粒，一至六区加工温度依次为：180℃、200℃、215℃、230℃、240℃、235℃，机头温度230℃，螺杆转速为230r/min，切粒速度为430r/min；
68.将造好的粒料烘干后与硼酸镁晶须20份混合，然后经过双螺杆挤出机进行混合塑化并造粒，挤出造粒工艺与前面相同，制备得到本发明的增强阻燃聚酰胺6复合材料。
69.试验结果：
70.将以上根据实施例1-3以及对比例1-2制备得到的产品制备成标准样条进行测试。
71.具体的性能检测如下：
72.1、拉伸强度：按照gb/t1040.1检测；
73.2、冲击强度：按照gb/t1843检测；
74.3、阻燃性能：按照ul-94检测。
75.样品性能见表1：
76.实施例1-3以及对比例1-2制得的样品性能
77.实例序号拉伸强度/mpa冲击强度/kj.m-2
ul-94192.34.1v0291.64.9v0390.45.8v0对比例189.12.8v1对比例293.13.1v2
78.表1
79.由表1数据可见，增强阻燃聚酰胺6复合材料的拉伸强度大于90mpa，冲击强度大于4.0kj
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，阻燃性能达到v0级，由此可见，本发明增强阻燃聚酰胺6复合材料在保证了较高力学性能的前提下，明显的提高了复合材料的阻燃性能，本发明可以使2-羧基苯基磷酸酯、羧基硅树脂与镁盐晶须起到协效作用，在保证复合材料力学性能的同时，提高了材料的阻燃性能。
80.虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。