一种高效阻燃导热尼龙复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高效阻燃导热尼龙复合材料及其制备方法，制备方法为：按配方比例(按重量份数计，尼龙基体20～60份，导热填料40～70份，阻燃剂3～10份，双季戊四醇0.5～3份，亚磷酸酯类抗氧剂0.1～0.5份)将各组分混合后熔融挤出制得高效阻燃导热尼龙复合材料；最终制得的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，包含尼龙基体、导热填料、阻燃剂、双季戊四醇和亚磷酸酯类抗氧剂。本发明专利技术的高效阻燃导热尼龙复合材料的制备方法，简单高效，成本较低；最终制得的高效阻燃导热尼龙复合材料，机械强度较好，阻燃性能优异，导热效率高，且长期使用热稳定性能好，特别适用于对导热及散热要求高的热接触结构部件。

A high efficient flame retardant and heat conducting nylon composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高效阻燃导热尼龙复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，涉及一种高效阻燃导热尼龙复合材料及其制备方法。
技术介绍
目前高分子材料领域中，用塑料替代金属的应用不断扩大，但金属的导热性，是普通塑料所不具备的。而目前在民用电子电器、玩具、通讯、线缆、军工等许多领域，都涉及到需要具有一定导热或散热功能的零件，同时需要具有较高的机械强度和一定的耐温能力。尼龙是应用最多的工程塑料之一，而尼龙6的导热系数一般为0.25W/(m·K)，这限制了其在散热、导热等领域的应用。现有技术中，通用的是通过在树脂基体中添加具有高导热率的填料来提升材料的导热性能，常见的导热填料有氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、碳纤维、金属纤维等；其中，尤以微米级氧化铝、硅微粉为主体，纳米氧化铝、石墨烯、氮化物作为高导热领域的填充粉体，而氧化锌大多作为导热硅脂填料用，通常这些填料成本较为昂贵，且在一些阻燃应用场景下添加量很大。中国专利201610632928.0公开了一种尼龙基导热复合材料及其制备方法，其使用包括以下组分：30～60质量份尼龙6，5～25质量份膨胀石墨，5～20质量份辅助填料，1～5质量份硅烷偶联剂，0.5～2质量份润滑剂，0.2～1质量份抗氧剂，1～10质量份弹性体增韧剂，1～20质量份阻燃剂和5～15质量份玻璃纤维，制得的尼龙基导热复合材料具有良好的导热、抗静电、阻燃功能，力学性能和加工性能好，但是该专利技术使用石墨作为导热填料，本身不绝缘，在一些用电环境使用受到限制，同时其使用溴系阻燃体系，阻燃剂添加量大，易残留游离的小分子溴，在长期热接触环境中容易加速树脂基体的降解，影响产品的使用寿命。因此，研究一种热稳定性好的高效阻燃导热尼龙复合材料及其制备方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中尼龙基阻燃导热复合材料热稳定性差的问题，提供一种高效阻燃导热尼龙复合材料及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：一种高效阻燃导热尼龙复合材料，按重量份数计，原料中各组分及其含量为：尼龙基体20～60份，导热填料40～70份，阻燃剂3～10份，双季戊四醇0.5～3份，亚磷酸酯类抗氧剂0.1～0.5份。本专利技术选取双季戊四醇作为成炭剂，其具有优异的成炭能力，不仅可以和阻燃剂进行复配从而有助于降低阻燃剂的用量，而且其和亚磷酸酯类抗氧剂复配具有特别优异的热稳定性，在长期热环境接触下能够保证复合材料具有较高力学性能和颜色保持性能，延长复合材料的使用寿命，具体机理为：双季戊四醇与亚磷酸酯类抗氧剂的相容性好，在螺杆挤出机中经混炼后，能够得到相质均一的抗热氧保护团，一端为成炭剂，在高温环境下，容易脱水碳化形成致密碳化层，可以隔绝绝大多数氧气的侵入(老化作用实际上就是材料在高温下和氧发生作用)，另一端为自由基捕捉剂，用于对已被氧气入侵反应形成的自由基(有一部分氧进入分子内部，高温下氧化反应产生自由基)捕捉剂进行封端，终止及其继续降解，因此，将一定比例的双季戊四醇和亚磷酸酯类抗氧剂进行复配，二者发挥协同作用，最终起到保护树脂使其不被氧化的作用。高效阻燃导热尼龙复合材料原料中各组分含量优选为上述范围，但不限于此，可适当调整，但是调整后各组分的含量不宜过高或过低，过高或过低对尼龙复合材料均有不同程度的不利影响，例如双季戊四醇含量过高容易析出，从而使得尼龙复合材料的机械性能变差；过低则无法形成致密的碳层结构，达不到很好的减缓老化的作用。作为优选的方案：如上所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，尼龙基体为聚酰胺6，聚酰胺6的端羧基含量为30～100μmol/g，优选为60～80μmol/g；将端羧基含量控制在该范围效果较好，当端羧基含量过低，尼龙中的可反应基团减少，产品导热性能下降(主要原因是导热填料中含有能够与聚酰胺6的端羧基反应的基团，聚酰胺6与导热填料通过化学键的方式连接，化学键较物理共混相比结合力更强，同时能够有效避免物理共混导致的分散后再次团聚的问题，保证导热填料均匀稳定地分散，进而保证复合材料的导热性能，当聚酰胺6的端羧基含量较低时，其无法充分与导热填料通过化学键连接，进而导致产品的导热性能下降)，当端羧基含量过高，意味着尼龙中小分子残留过多，会影响产品热稳定等性能。如上所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，导热填料为D50粒径为0.7～1.5μm的氨基硅烷改性γ晶相勃姆石，其是采用将原料氨基硅烷与γ晶相勃姆石低速混合的方法制备获得的，具体步骤为：1)称取质量比为0.5:95.5的氨基硅烷与γ晶相勃姆石；2)按比例导入混料机，混料工艺为：50～80转/min(避免高速破坏γ晶相勃姆石)，转1min，停2min，以此重复四到六次(避免持续转动，使得剪切热过高，而破坏γ晶相勃姆石)。勃姆石作为导热填料，其不仅具有优异，具有一定的阻燃效果，本专利技术选用的导热填料是γ晶相的勃姆石，其较一般勃姆石材料具有更好的热稳定性能，同时利用氨基硅烷对其进行极性表面处理，并控制粒径在一定范围内，有效提升了加工过程中的耐剪切性能(具体机理为：经氨基硅烷包覆后的γ晶相勃姆石，相当于给坚硬的晶相披了一层柔性层，在加工过程中氨基硅烷吸收了剪切能，保护了γ晶相勃姆石，进而提高了γ晶相勃姆石的耐剪切性能)，同时其在树脂中能够更好的分散，形成的导热效果，而且来源丰富、价格低廉，此外，其分子结构中含有水，在高温下分解可以大大降低热量，形成更好的导热网链，导热性能和阻燃效果大大提升。如上所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，阻燃剂为三聚氰胺或其盐化合物；三聚氰胺类阻燃剂除了具有优异的阻燃效果外，其本身还具有优异的自润滑效果，从而可以降低加工过程的剪切热，而且本身白度高，可以做成各种颜色的产品。如上所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，双季戊四醇的纯度≥95％，即反应副产物质量含量≤5％，其中，反应副产物单季戊四醇的质量含量<1％。如上所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，亚磷酸酯类抗氧剂为双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或抗氧剂168。如上所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，高效阻燃导热尼龙复合材料的拉伸强度为38～56MPa，老化后拉伸强度保持率为68～86％，导热系数为0.51～1.25，GWIT为850～875℃。本专利技术还提供了制备如上任一项所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料的方法，按配方比例将各组分混合后熔融挤出制得高效阻燃导热尼龙复合材料。作为优选的方案：如上所述的方法，混合是指在高混机中混合3～5min，熔融挤出采用双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的加工温度为180～250℃，螺杆转速为180～600转/分。有益效果：(1)本专利技术的一种高效阻燃导热尼龙复合材料的制备方法，简单高效，成本较低，适合规模化生产；(2)本专利技术的高效阻燃导热尼龙复合材料，机械强度较好，阻燃性能优异，导热效率高，且长期使用热稳定性能好，特别适用于对导热及散热要求高的热接触结构部件。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效阻燃导热尼龙复合材料，其特征是，按重量份数计，原料中各组分及其含量为：尼龙基体20～60份，导热填料40～70份，阻燃剂3～10份，双季戊四醇0.5～3份，亚磷酸酯类抗氧剂0.1～0.5份。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效阻燃导热尼龙复合材料，其特征是，按重量份数计，原料中各组分及其含量为：尼龙基体20～60份，导热填料40～70份，阻燃剂3～10份，双季戊四醇0.5～3份，亚磷酸酯类抗氧剂0.1～0.5份。


2.根据权利要求1所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，其特征在于，尼龙基体为聚酰胺6，聚酰胺6的端羧基含量为30～100μmol/g。


3.根据权利要求1所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，其特征在于，导热填料为D50粒径为0.7～1.5μm的氨基硅烷改性γ晶相勃姆石。


4.根据权利要求1所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，其特征在于，阻燃剂为三聚氰胺或其盐化合物。


5.根据权利要求1所述的一种高效阻燃导热尼龙复合材料，其特征在于，双季戊四醇的纯度≥95％，其中，反应副产物单季戊四醇的质量含量&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，陈晓东，娄小安，陈光伟，孟成铭，徐冬冬，陈东，
申请(专利权)人：上海日之升科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31