阻燃pa6gf复合材料的制备及性能研究

阻燃pa6gf复合材料的制备及性能研究

聚酰胺（pa）6是一个透明或不透明、带有乳白色的半晶聚合物。它具有耐耐热性好、磨损系数低、耐磨损、自润滑性好、耐油性好等优点。广泛应用于电子、汽车、机械等领域。各领域对PA的阻燃性、灼热丝引燃温度以及漏电起痕指数有着更苛刻的要求。目前,一般的阻燃玻璃纤维(GF)增强PA6(PA6/GF)复合材料的灼热丝引燃温度达不到750℃,只能通过改性的方法来提高。将PA与其他工程塑料制成合金的灼热丝引燃温度可达850℃,这既增加成本,也增加注塑成型难度。2010年10月启用的AS/NZS60335.2.30—2009要求非金属材料须通过850℃灼热丝测试,测试条件为:与灼热丝接触30s,然后移开,试样不可被点燃,滴落物不可引燃绢纸。目前,市场上存在的具有高灼热丝引燃温度的阻燃PA/GF的漏电起痕指数相对较低,一般不超过400V。这些都限制了PA在电子电器领域的使用,因此,本工作通过共混改性来提高阻燃PA6/GF复合材料的灼热丝引燃温度、漏电起痕指数,进一步开阔PA在电子电器领域的应用。1实验部分1.1聚苯乙烯及其他双硬脂酰胺ebsPA6,YH800,湖南岳化化工股份有限公司生产。磷-氮系阻燃剂,自制。十溴二苯乙烷,泰州百力化学有限公司生产。溴化聚苯乙烯,7010,美国雅宝化工有限公司生产。复合锑,南通开美化学科技有限公司生产。GF,EPR14-1000-988A,巨石集团有限公司生产。填充物BaSO4,广东成吉化工有限公司生产。增韧剂4700,阿科玛化学有限公司生产。抗氧剂1010,168,金海雅宝化工有限公司生产。润滑剂乙撑双硬脂酰胺(EBS),上海环绮化工有限公司生产。其他助剂,市售。1.2试验设备TE-35型双螺杆挤出机,深圳市科耀技术有限公司生产。HD80型注塑机,宁波市海达塑料机械有限公司生产。TY8000型万能试验机,江苏天源试验设备有限公司生产。ZBC1251A型悬臂梁冲击试验机,美特斯工业系统(中国)有限公司生产。RL-1181型熔体流动速率仪,上海思尔达科学仪器有限公司生产。ZRS-2型灼热丝试验仪,上海埃微电子科技有限公司生产。LDQ-JT型漏电起痕试验仪,HVR-JT型水平-垂直燃烧试验仪,均为上海竞田测试设备有限公司生产。1.3试验测试和温度拉伸性能按ISO527:2012测试,拉伸速度20mm/min;弯曲性能按ISO178:2010测试;悬臂梁冲击强度按ISO179:2010测试;灼热丝引燃温度按GB/T5169.13—2006测试;漏电起痕指数按IEC60112—1979测试;阻燃性能按UL94测试,样条厚1.6mm。1.4挤出造粒的制备将在90℃条件下干燥4~8h的PA6与占PA6质量0.1%~0.3%的白油于高速混合机中共混1~2min,然后按照表1的配方将其他组分加入到高速混合机再混合2~5min出料,最后经双螺杆挤出机熔融挤出造粒。GF由侧喂料口加入,螺杆转速为360r/min,双螺杆挤出机1~10段温度分别为210,215,220,220,225,230,230,240,240,235℃,机头温度为235℃,最后将阻燃PA6/GF复合材料于220~240℃条件下注塑成标准样条。2结果与讨论2.1配方对产品电化学起痕指数的影响配方1~配方5的阻燃PA6/GF复合材料的漏电起痕指数分别为350,350,400,375,425V。设定总灰分质量分数均为30%时,与配方2和配方4相比,w(BaSO4)为7%的配方3和配方5的复合材料的漏电起痕指数均增加50V。这是因为加入BaSO4有利于改善复合材料的流动性,也有利于改善制品的外观,良好的制品外观有助于漏电起痕指数的提高。随磷-氮系阻燃剂的增加,配方2较配方4、配方3较配方5的复合材料的漏电起痕指数均提高25V。这是因为随磷-氮系阻燃剂的增加,复合材料中复合锑的含量相对降低,而复合锑中的Sb2O3不利于漏电起痕指数的提高。与配方2相比,虽然配方1中复合锑的用量相对较少,但所制复合材料的漏电起痕指数并不比配方2的高。这是因为国产十溴二苯乙烷中含有较多的游离溴,且溴化聚苯乙烯的电性能要好于十溴二苯乙烷。2.2磷-氮系阻燃剂对阻燃pa6/gf复合材料热性能的影响配方1~配方5的2.0mm厚的复合材料的灼热丝引燃温度(t2.0)分别达到800,800,800,850,850℃。通常,w(GF)为30%的阻燃PA6/GF复合材料的t2.0达不到750℃,配方1~配方3的阻燃PA6/GF复合材料中添加了磷-氮系阻燃剂后,t2.0都达到800℃;随着磷-氮系阻燃剂用量的进一步增加,配方4与配方5的复合材料的t2.0均达到850℃,可见磷-氮系阻燃剂对提高阻燃PA6/GF复合材料的灼热丝引燃温度起显著作用。这是因为灼热丝与测试样条接触的过程中,磷-氮系阻燃剂可产生大量气体从而带走热量,并且在灼热丝周围迅速形成炭化层,包附在灼热丝周围,从而阻止样条燃烧。不同配方的阻燃PA6/GF复合材料的阻燃等级均可以达到UL94V-0级。2.3阻燃pa6/gf复合材料力学性能对比配方2与配方3或配方4与配方5,从表2可以看出:BaSO4的加入不仅降低了阻燃PA6/GF复合材料的冲击强度,也降低了其拉伸强度和弯曲强度。这是因为GF能有效提高阻燃PA6/GF复合材料的力学性能,但BaSO4则会降低复合材料的冲击强度。磷-氮系阻燃剂用量增加,复合材料的冲击强度下降,是因为磷-氮系阻燃剂相当于填充物,与PA6的相容性不好,从而损害阻燃PA6/GF复合材料的力学性能。3阻燃pa6/gf复合材料a)加入BaSO4可改善阻燃PA6/GF复合材料的漏电起痕指数,磷-氮系阻燃剂能有效改善复合材料的灼热丝引燃温度,对提升漏电起痕指数也有一定帮助;当PA6为32.0phr,磷-氮系阻燃剂为20.0phr,溴化聚苯乙烯为10.6phr,复合锑为3.4phr,GF为23.0phr,BaSO4为7.0phr,增韧剂为3.0phr时,阻燃PA6/GF复合材料的t2.0可达850℃、漏电起痕指数达425V、阻燃等级达到UL94V-0级。b)加入BaSO4和磷-氮系阻燃剂均