一种高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，具体为一种高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法。

背景技术

PA具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。虽然尼龙优点众多，但是其本身吸水率大，饱和吸水率为8％，氧指数只有24，为易燃物，在空气中燃烧，无法达到自熄效果，使用过程中，安全隐患较大，而且材料洗水后后，强度刚性会下降20％以上，限制其材料的使用范围。

聚苯醚(PPO)，是世界五大通用工程塑料之一。它具有刚性大、耐热性高、氧指数达到28，难燃，吸水率只有0.06％，强度较高电性能优良等优点。另外，PPO还具有耐磨、无毒、耐污染等优点，但是PPO流动性差，成型困难。

要想提高尼龙氧指数，传统方法方法均是加入溴锑或磷氮类阻燃剂，但是这类阻燃剂的加入会大大影响材料综合性能，导致强度，刚性，韧性下降，吸水率也无法降低，且溴锑阻燃剂加入，成本与比重均会增加，对环境有影响，大大影响企业的生产成本。

在现有技术中，申请号为CN111073307A的，名为一种无卤阻燃及组合物、无卤阻燃剂母粒及高流动高氧指数玻纤增强无卤阻燃聚酰胺，其通过加入磷氮类阻燃剂，改善聚酰胺(尼龙)的阻燃性能，提高氧指数，虽然优点突出，但是需要通过两步法，先做母粒，再生产玻纤增强无卤阻燃聚酰胺，工序繁琐，实际生产的生产周期长，效率高的同时，实际成本也较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，提供了一种不含溴锑，磷氮阻燃剂的方案，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料，按原料的重量百分比计，其中包括：20-40％PA树脂、10-20％PPO树脂、20-40％玻璃纤维、2-5％流动性改性剂、4-8％相容剂、6-10％增韧剂A、3-5％增韧剂B、0.2-0.6％复配抗氧剂、0.5-1.0％加工助剂、1-3％抑烟剂。

优选的，所述PA树脂粘度为2.4-2.8Pa.s，PPO树脂粘度为40--46Pa.s。

优选的，所述抑烟剂为10000目的煅烧高岭土。

优选的，所述增韧剂A为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐，增韧剂B为苯乙烯-乙烯-丁烯共聚物接枝马来酸酐。

本发明还提供一种高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料的制备方法，该方法具体包括如下步骤：

S1将烘干后的PA和PPO树脂在高速混拌机中预混合2min，混拌速度600转/min，再投入剩余的材料，即流动性改性剂、相容剂、增韧剂A、增韧剂B、复配抗氧剂、加工助剂和抑烟剂在高速混料机中混合搅拌，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min；

S2将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分；

S3玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内；

S4对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理；

S5包装得到成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，经相应的成分配比，通过在PA中加入适量的PPO材料，可以有效提高PA材料的氧指数，达到阻燃材料的制备效果，且不影响材料机械性能，PPO本身吸水率，很低只有0.06％，在共混体系中，能够起到隔水作用，降低尼龙的吸水率、成分比重、生产成本等，具有充分的优势，区别于现有技术，无需先制造母粒，工艺步骤较为简单，由此提高实际的生产效率，降低企业的生产成本，具有良好的经济效益，此外，本专利制备的复合材料与其他高氧指数相比，不含溴锑，不含磷氮类阻燃剂，环保无卤，机械性能优异，成本低廉。

具体实施方式

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料，按原料的重量百分比计，其中包括：20-40％PA树脂、10-20％PPO树脂、20-40％玻璃纤维、2-5％流动性改性剂、4-8％相容剂、6-10％增韧剂A、3-5％增韧剂B、0.2-0.6％复配抗氧剂、0.5-1.0％加工助剂、1-3％抑烟剂。

具体的，玻璃纤维直径11-13微米，为连续无碱玻纤，流动性改性剂为熔融指数1500-2000的聚丙烯接枝物，复配抗氧剂为1098/627A/氧化锌，加工助剂超支化树脂/硅酮/硅烷偶联剂，PA树脂粘度为2.4-2.8Pa.s，PPO树脂粘度为40--46Pa.s。

进一步的，抑烟剂为10000目的煅烧高岭土，高岭土是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩，呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。

进一步的，增韧剂A为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐，简称POE-MAH，增韧剂B为苯乙烯-乙烯-丁烯共聚物接枝马来酸酐，简称SEBS-MAH，在该复合材料的配方体系中使用了两种的基材，即PA与PPO，两种材料分子结构相差较大，单独使用一种增韧剂，对体系的韧性提高不明显，增韧剂A和增韧剂B复配使用，可以有效提高材料的整体韧性与冲击强度。

本发明中高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

S1将烘干后的PA和PPO树脂在高速混拌机中预混合2min，混拌速度600转/min，再投入剩余的材料，即流动性改性剂、相容剂、增韧剂A、增韧剂B、复配抗氧剂、加工助剂和抑烟剂在高速混料机中混合搅拌，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，在高速混料机的基础上，可适当降低速度，防止内热太高，造成物料结块的不良现象发生；

S2将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分；

S3玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内；

S4对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理；

S5包装得到成品。

针对本发明中高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料的原料各组分百分比不同，进行7组实施例的同时，进行了3组对比例实验。

实施例1

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的40％PA树脂、20％PPO树脂、3％流动性改性剂、5％相容剂、6％增韧剂A、3％增韧剂B、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂、1.5％抑烟剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将20％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

实施例2

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的30％PA树脂、20％PPO树脂、3％流动性改性剂、5％相容剂、6％增韧剂A、3％增韧剂B、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂、1.5％抑烟剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将30％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

实施例3

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的20％PA树脂、20％PPO树脂、3％流动性改性剂、5％相容剂、6％增韧剂A、3％增韧剂B、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂、1.5％抑烟剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将40％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

实施例4

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的35％PA树脂、15％PPO树脂、3％流动性改性剂、5％相容剂、6％增韧剂A、3％增韧剂B、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂、1.5％抑烟剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将30％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

实施例5

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的40％PA树脂、10％PPO树脂、3％流动性改性剂、5％相容剂、6％增韧剂A、3％增韧剂B、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂、1.5％抑烟剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将30％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

实施例6

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的26％PA树脂、20％PPO树脂、3％流动性改性剂、5％相容剂、8％增韧剂A、5％增韧剂B、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂、1.5％抑烟剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将30％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

实施例7

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的29％PA树脂、20％PPO树脂、3％流动性改性剂、5％相容剂、6％增韧剂A、3％增韧剂B、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂、2.5％抑烟剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将30％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

对比例1

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的35％PA树脂、20％PPO树脂、3％流动性改性剂、6％增韧剂A、3％增韧剂B、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂、1.5％抑烟剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将30％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

对比例2

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的31.5％PA树脂、20％PPO树脂、3％流动性改性剂、5％相容剂、6％增韧剂A、3％增韧剂B、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将30％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

对比例3

本实施例高氧指数玻纤增强PA/PPO复合材料及其制备方法，按照重量百分比计，其中，将烘干后的59.5％PA树脂、3％流动性改性剂、6％增韧剂A、0.5％复配抗氧剂、1％加工助剂在高速混料机中混合，充分搅拌分散均匀，高混机转速300转/分～400转/分，搅拌时间3-5min，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在260℃～300℃，螺杆转速为300转/分～500转/分,随后将30％玻璃纤维侧边喂料加入挤出机内，对挤出的物料进行冷却、风干、切粒和过强磁处理、包装得到成品。

综上所述，将实施例1-7和对比例1-3的实验数据统一组合，并以重量百分比计，得到如下表1：

表1实验数据分列表

针对实施例1-7和对比例1-3的实验，性能测试标准与得到的数据如下表2所示：

表2实验性能测试结果数据对比表

可以得知，在PA树脂中添加10-20％PPO树脂后，所得复合材料的氧指数皆高于24，其中，实施例2、3、4、6、7的数据结果中，可以得知，氧指数皆大于26，氧指数越高，材料越难燃烧，氧指数26以上是难燃材料，26以下是易燃材料，由此当实施例2、3、4、6、7结果数据中氧指数大于26之后，所得的复合材料为难燃材料；由实施例1-7和对比例3可以看出，PPO的加入可以有效改善材料吸水率，吸水率降低到1.5％以内，此外，实施例1-7中得到的实验数据，特别是物理强度上的数据基本与对比例1-3得到的数据较为接近，如实施例5中得到的拉伸强度151.4MPa和断裂伸长率4.6％皆比对比例1-2中的拉伸强度都大，而实施例5中的复合材料总体上，在PA树脂中添加10-20％PPO树脂，可提高实际复合材料氧指数的同时，对复合材料的机械性能影响不大，还可以降低尼龙的吸水率、成分比重、生产成本等，具有充分的优势，降低企业的生产成本，具有良好的经济效益，不含溴锑，不含磷氮类阻燃剂，环保无卤，成本低廉，更适用于创造实际经济价值。

需要说明的是,在本文中，尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。