一种高性能MCA阻燃尼龙材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能MCA阻燃尼龙材料及其制备方法，由下列组分组成：PA6树脂、MCA阻燃剂、短切玻璃纤维、抗氧剂和润滑剂。本发明专利技术通过特殊挤出工艺获得的阻燃尼龙材料中短切玻璃纤维保留长度呈现双峰分布，从而使得本发明专利技术具备优异的灼热丝特性，同时兼具有更好的力学性能和耐热性能，可用于低压电器、电子电器、连接器等领域。

A high performance MCA flame retardant nylon material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高性能MCA阻燃尼龙材料及其制备方法
本专利技术属于无卤阻燃尼龙材料领域，特别涉及一种高性能MCA阻燃尼龙材料及其制备方法。
技术介绍
聚酰胺树脂具有优良的机械性能、阻隔性能、耐热性、耐磨性、耐化学腐蚀等综合性能，广泛应用于机械制造业、电动工具、电子电器及交通运输等领域。三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)含氮量高，受热分解时会产生NH3、H2O、N2、CO2、H2NCN等不燃性气体，具有吸热、降温、稀释可燃性气体和氧气浓度的作用，常用于热塑性树脂的阻燃改性剂，尤其用于阻燃尼龙体系。同时由于无卤阻燃剂MCA来源广泛，相比传统的溴-锑阻燃材料、有机磷系阻燃材料，具有更高的性价比，因此在低压电器领域，尤其是微型断路器外壳材料中被广泛使用。同时在电子电气、家用电器领域也有一定的应用空间。同行业、不同领域的产品，对灼热丝的要求也不相同，有些产品需要控制GWIT，例如IEC60335-1规定无人值守且载流大于0.2A的电子电器产品要求控制GWIT≥775℃；有些要求控制GWFI，例如在低压电器中微型断路器外壳类材料，主要控制GWFI960℃。对于玻纤增强的MCA阻燃尼龙体系，由于玻纤的“烛芯”效应，MCA阻燃增强体系的阻燃等级只能达到UL94中V-2级别，现象是燃烧时熔滴会引燃测试样条下方脱脂棉[张聪娟,刘渊,王琪,张凯.三聚氰胺氰尿酸盐阻燃玻纤增强和碳酸钙填充尼龙66,塑料，2014年43卷第1期；刘渊,王琪.改性三聚氰胺氰尿酸盐阻燃玻纤增强PA6的研究.高分子材料科学与工程,2006年第22卷第2期,170-172页.]。但对于灼热丝性能，通过合理的配方及工艺设计，可获得优异的灼热丝特性材料，即GWFI960℃测试，样品厚度可低至0.4mm。无卤阻燃尼龙材料有着非常广泛的应用，如低压电器领域，家用电器领域，连接器领域等。工程师们侧重研究两个方面：a)一是高GWIT产品的开发，主要针对目前市场上无卤阻燃尼龙材料的灼热丝起燃温度不高，难做到稳定的775℃；b)低成本的MCA阻燃尼龙产品开发。针对高GWIT产品开发，中国专利CN103602061B采用二乙基次磷酸铝阻燃剂OP1312、三聚氰胺焦/聚磷酸盐、互配阻燃剂、无碱玻璃纤维、增韧剂等制备高灼热丝起燃温度无卤阻燃增强尼龙复合材料，其3.0mm厚度样条的GWIT可达800℃以上。中国专利CN103304992B通过多元复合阻燃剂、成炭促进剂、灼热丝起燃温度增强剂等制备了一种高灼热丝起燃温度阻燃尼龙组合物，复合材料的GWIT可达850℃。针对低成本MCA阻燃尼龙产品开发，中国专利CN104693790A采用PA6树脂、短玻璃纤维、硅灰石填料、MCA无卤阻燃剂等制备了一种低成本的无卤阻燃聚酰胺材料，用于制件低压电器外壳产品，但由于硅灰石是单链硅酸盐矿物，微观形态呈片状或放射状，其长径比或径厚比通常在20以下，对材料的增强效果比较有限，材料力学性能和耐热性较低，较难满足小型化、薄壁化低压电器产品的要求。中国专利CN106349688A采用PA6树脂、埃洛石、玻璃纤维和MCA阻燃剂等制备一种高CTI阻燃尼龙材料，用于低压电子外壳材料、家庭及工业开关等领域。同样由于埃洛石无机填料的特性，复合材料的力学性能仍较低，如拉伸强度只能做到70MPa左右，无法满足更高端的低压电器外壳材料的要求。低压电器产品经过几代产品的升级与更替，目前产品朝性能优良、工作可靠、体积小、组合化、电子化、智能化、模块化、多功能化等特点发展，其中小型化、高性能对材料提出更高要求，如产品壁厚减少、尺寸缩小，对材料强度、刚性和耐热性提出更高要求。目前现有技术中对高性能MCA阻燃增强尼龙材料技术研究很少，尤其重点研究其力学性能、耐热性能和灼热丝GWFI特性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高性能MCA阻燃尼龙材料及其制备方法，该材料具备优异的灼热丝特性，同时兼具有更好的力学性能和耐热性能，可用于低压电器、电子电器、连接器等领域。本专利技术提供了一种高性能MCA阻燃尼龙材料，按重量份数，由下列组分组成：其中，通过特殊挤出工艺获得的阻燃尼龙材料中短切玻璃纤维保留长度呈现双峰分布，短切玻璃纤维保留长度较短部分的平均长度在50～140μm，短切玻璃纤维保留长度较长部分的平均长度在250～400μm；短切玻璃纤维保留长度较长部分比例不超过40wt％。所述特殊挤出工艺为：所述短切玻璃纤维按不同比例从不同的螺筒位置加入，而且不同加入位置间间隔至少为螺筒内径的8倍。例如一台常用规格的双螺杆挤出机长度与螺筒直径比为40:1，每节螺筒的长度与直径比为4:1，整个挤出机共有10节螺筒，玻璃纤维加入位置可以在第1节螺筒与第4节螺筒、第5节螺筒、第6节螺筒等进匹配；或者在第2节螺筒与第5节螺筒、第6节螺筒、第7节螺筒等匹配，又或者在第3节螺筒与第6节螺筒、第7节螺筒等进行匹配；又或者其他更多可能的方式进行组合。所述PA6树脂是通过内酰胺的开环聚合得到的聚酰胺树脂，树脂相对粘度在2.0～3.2，优选控制范围在2.2～2.8之间。粘数范围控制在130ml/g～220ml/g，依据ISO307-2007标准测定。所述MCA阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐，阻燃剂中残余三聚氰胺含量小于0.04wt％，残余氰尿酸含量为0.01～0.3％，且该MCA的pH值为5.0～7.0。所述的短切玻璃纤维具有典型长度在1.5mm至6.0mm范围内，而且磨制玻璃纤维直接优选为7～16μm，更优选8～12μm。同时磨制玻璃纤维原丝包括原丝A-、E-、C-、D-、S-和R-玻璃纤维，纤维截面具有圆形、椭圆形或方形等其他截面形状。所述抗氧剂为受阻酚类、胺类、磷酸酯类中的一种或几种。所述润滑剂为硬脂酸酰胺类、硬脂酸醇酯类、硬脂酸盐类中的一种或几种。本专利技术还提供了一种高性能MCA阻燃尼龙材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按比例称取PA6树脂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂，将上述各组分投入混合机中进行共混直至均匀，得到预混物，投入到第一计量称中；(2)将部分短切玻璃纤维投入到第二计量称中，单独计量下料，其下料设定比例占玻璃纤维总量的60wt％以上；(3)将其余的短切玻璃纤维投入到第三计量称中，单独计量下料，其下料设定比例占玻璃纤维总量的40wt％及以下；(4)将步骤(1)中所得预混物投入双螺杆挤出机中主下料口，将步骤(2)中短切玻璃纤维从第二节螺筒加入，将步骤(3)中玻璃纤维从第五节螺筒加入；或者步骤(2)中短切玻璃纤维从第三节螺筒加入，将步骤(3)中短切玻璃纤维从第六节螺筒加入；或者将步骤(2)中短切玻璃纤维和步骤(3)中短切玻璃纤维通过其他组合的方式加入；最后在双螺杆挤出机中进行熔融混合，并挤出造粒，得到高性能MCA阻燃尼龙材料。所述步骤(4)中双螺杆挤出机的螺杆长径比为(40～48):1，螺筒温度为230～260℃，螺杆转速为300～450rpm。有益效果本专利技术通过独特的双螺杆挤出加工工艺，控制玻璃纤维在复合材料中的分布形态，低玻璃纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能MCA阻燃尼龙材料，其特征在于：按重量份数，由下列组分组成：/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能MCA阻燃尼龙材料，其特征在于：按重量份数，由下列组分组成：



璃纤维保留长度呈现双峰分布，短切玻璃纤维保留长度较短部分的平均长度在50～140μm，短切玻璃纤维保留长度较长部分的平均长度在250～400μm；短切玻璃纤维保留长度较长部分比例不超过40wt％。


2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述特殊挤出工艺为：所述短切玻璃纤维按不同比例从不同的螺筒位置加入，而且不同加入位置间间隔至少为螺筒内径的8倍。


3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述PA6树脂是通过内酰胺的开环聚合得到的聚酰胺树脂，树脂相对粘度在2.0～3.2。


4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述MCA阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐，阻燃剂中残余三聚氰胺含量小于0.04wt％，残余氰尿酸含量为0.01～0.3％，且该MCA的pH值为5.0～7.0。


5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类、胺类、磷酸酯类中的一种或几种。


6.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸酰胺类、硬脂酸醇酯类、硬脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：易新，张永，吴长波，周华龙，黄牧，丁超，袁绍彦，
申请(专利权)人：上海金发科技发展有限公司，江苏金发科技新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31