環(huán)保型阻燃增強聚酰胺66的制備及性能研究

環(huán)保型阻燃增強聚酰胺66的制備及性能研究

聚吡咯66的優(yōu)異能比汽車、電子電氣和其他行業(yè)的核電站應(yīng)用。隨著電子電氣等設(shè)備向高性能、微型化方向發(fā)展,對阻燃PA66的性能也提出了越來越高的要求。同時,隨著人類環(huán)保意識的增強,綠色環(huán)保產(chǎn)品受到普遍關(guān)注。因此,阻燃PA66的高性能化、功能化及綠色環(huán)保將成為發(fā)展方向。目前國內(nèi)阻燃增強PA66的發(fā)展已較為成熟,常采用的改性體系有玻璃纖維(GF)/十溴二苯乙烷/三氧化二銻復(fù)配體系、GF/溴化聚苯乙烯/三氧化二銻復(fù)配體系等。但這些改性體系存在阻燃劑用量較大的缺陷,雖然在一定程度上改善了材料的阻燃性、提高了材料的灼熱絲溫度,但卻造成材料的力學(xué)性能、電性能等的降低,直接影響了材料在電子電氣行業(yè)的應(yīng)用。筆者采用自制的新型綠色環(huán)保型阻燃復(fù)配體系制得阻燃增強PA66,使材料的灼熱絲溫度提高到860℃,同時達(dá)到了歐盟RoHS指令要求。所研制的阻燃GF增強PA66(PA66/GF)已被某些外資企業(yè)納入原料國產(chǎn)化計劃并使用,成功應(yīng)用于接觸器、斷路器外殼,電機碳刷架等的制備。1實驗部分1.1阻燃聚苯乙烯PA66:101F,美國杜邦公司;十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯:美國大湖公司;三氧化二銻:上海湖盟化工有限公司;GF:巨石集團(tuán)有限公司;多元復(fù)合型阻燃劑:自制;增韌劑:CMG9805,自制;其它助劑:市售。1.2儀器與檢測方法雙螺桿擠出機:SHJ-6型,南京誠盟化工機械有限公司;注塑機:HTF80X1型,寧波海天股份有限公司;萬能電子拉力試驗機:CMT6104型,深圳新三思集團(tuán)公司;懸臂梁沖擊試驗儀:XJV5.5型,承德市金建檢測儀器有限公司;垂直燃燒測定儀:CZF-3型,南京江寧分析儀器廠;灼熱絲試驗儀:5100型,無錫伯樂達(dá)試驗設(shè)備有限公司。1.3阻燃pa65粒料的制備將PA66、阻燃劑及其它助劑于高速攪拌機中充分混合,然后加入雙螺桿擠出機,連續(xù)GF經(jīng)螺桿擠出機GF口加入,擠出、冷卻、切粒得阻燃增強PA66粒料。粒料經(jīng)注塑機注塑成標(biāo)準(zhǔn)試樣。1.4性能測試方法拉伸性能按ASTMD638M-91a測試,拉伸速率5mm/min;彎曲性能按ASTMD790-92測試,測試速率2mm/min;缺口沖擊強度按ASTMD256-92測試;阻燃性能按UL94垂直燃燒法測試;灼熱絲溫度按GB/T5169.11-2006測試。2結(jié)果與討論2.1阻燃聚苯乙烯/三氧化二銻阻燃體系筆者首先比較了在相同GF含量下,不同阻燃體系對PA66/GF性能的影響,結(jié)果見表1。從表1可以看出,3種阻燃體系均對PA66/GF起到很好的阻燃效果,阻燃等級達(dá)到UL94V-0級。3種阻燃體系均能滿足歐盟RoHS指令要求,但是十溴二苯乙烷/三氧化二銻阻燃體系和溴化聚苯乙烯/三氧化二銻阻燃體系的灼熱絲溫度都達(dá)不到750℃,不能滿足電子電氣對材料的高灼熱絲溫度要求。自制多元復(fù)合型阻燃劑/三氧化二銻阻燃體系的用量及材料的綜合力學(xué)性能與前兩者相當(dāng),但體系的灼熱絲溫度達(dá)到880℃,遠(yuǎn)高于前兩者,滿足電子電氣用材料的使用要求。2.2阻燃劑/三氧化二銻體系的質(zhì)量比對表2列出自制多元復(fù)合型阻燃劑/三氧化二銻阻燃體系的用量及配比對PA66/GF性能的影響。由表2可知,隨多元復(fù)合型阻燃劑用量的增加,材料的灼熱絲溫度明顯提高。當(dāng)自制多元復(fù)合型阻燃劑/三氧化二銻阻燃體系的質(zhì)量比為14∶4時,其綜合性能較佳。自制的多元復(fù)合型阻燃劑中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于22%,鹵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于25%,磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于12%。材料在燃燒過程中,自制的多元復(fù)合型阻燃劑與三氧化二銻的復(fù)配體系發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。首先,復(fù)合型阻燃劑分解產(chǎn)生的鹵元素與三氧化二銻反應(yīng)生成了具有明顯隔氧效果的物質(zhì)。其次,鹵系與磷系阻燃劑也反應(yīng)生成了偏磷酸鹽,偏磷酸鹽起到了固相隔氧的作用,同時生成了密度較大的具有隔氧效果的鹵化磷等物質(zhì)。再次,氮系阻燃劑促進(jìn)了磷系化合物的碳化,碳層覆蓋在被燃燒物表面起到隔氧的作用。2.3抗?jié)B劑的用量對抗pa66性能的影響(1)增韌劑的用量阻燃劑的加入使PA66/GF的缺口沖擊性能大幅下降,因此需要加入增韌劑進(jìn)行增韌。固定多元復(fù)合型阻燃劑/三氧化二銻的質(zhì)量比為14∶4,考察增韌劑用量對阻燃PA66/GF缺口沖擊強度的影響,結(jié)果見圖1。由圖1可知,隨增韌劑用量的增加,材料的缺口沖擊強度明顯提高。(2)材料的熱性能固定多元復(fù)合型阻燃劑/三氧化二銻的質(zhì)量比為14∶4,考察增韌劑用量對阻燃PA66/GF灼熱絲溫度的影響,結(jié)果見圖2。由圖2可以看出,材料的灼熱絲溫度隨著增韌劑用量的增加而下降,當(dāng)增韌劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于6%時,材料的灼熱絲溫度大于850℃?？紤]到材料本身的波動性及測試誤差等因素,為滿足材料的灼熱絲溫度大于850℃的要求,增韌劑的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)以5%為宜。(3)阻燃pa06/gf固定多元復(fù)合型阻燃劑/三氧化二銻的質(zhì)量比為14∶4,考察增韌劑用量對阻燃PA66/GF阻燃性能的影響,結(jié)果見表3。由表3可以看出,當(dāng)增韌劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于7%時,阻燃PA66/GF的阻燃等級都能達(dá)到UL94V-0級。綜上所述,當(dāng)多元復(fù)合型阻燃劑、三氧化二銻、增韌劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為14%、4%、5%時,材料的綜合性能最佳,此時灼熱絲溫度為860℃,缺口沖擊強度為7.2kJ/m2,阻燃等級為UL94V-0級。3電機碳刷架的制備所研制的阻燃PA66/GF已經(jīng)被一些外資企業(yè)納入原料國產(chǎn)化計劃并使用,成功應(yīng)用于接觸器、斷路器外殼,電機碳刷架等的制備。例如所研制的阻燃PA66/GF材料能夠完全達(dá)到微型電機的碳刷架對材料的要求(拉伸強度大于95MPa,彎曲強度大于135MPa,缺口沖擊強度大于5.5kJ/m2,阻燃等級為UL94V-0級,灼熱絲溫度大于850℃),而且成型、裝配都沒有問題。4阻燃pa65/gf的加熱絲溫度自制的含溴、磷、氮的多元復(fù)合型阻燃劑與三氧化二銻復(fù)配的阻燃體