高强度碳纤维增强无卤阻燃PA66复合材料及制备方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102964830 A (43)申请公布日 2013.03.13 CN 102964830 A *CN102964830A* (21)申请号 201210516061.4 (22)申请日 2012.12.05 C08L 77/06(2006.01) C08L 77/02(2006.01) C08K 13/06(2006.01) C08K 9/00(2006.01) C08K 7/06(2006.01) C08J 5/06(2006.01) (71)申请人 上海日之升新技术发展有限公司 地址 201109 上海市闵行区沪闵路 3078 号 (72)发明人 张强 郭建鹏

2、金幸 王尹杰 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 31225 代理人 蒋亮珠 (54) 发明名称 高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料 及制备方法 (57) 摘要 本发明涉及一种高强度碳纤维增强无卤阻 燃 PA66 复合材料及其制备方法， 该复合材料包括 以下组分 ： PA66 20-60、 PA6 15-50、 无卤阻燃剂 10-25、 碳纤维 10-30、 接枝型增韧改性剂 2-12、 抗氧剂 0.2-1、 润滑分散剂 0.2-1， 将上述原料除 碳纤以外放入高混机中混合 3-5min 后出料， 得 到混合物， 然后控制双螺杆挤出机的加工温度 230-250， 螺

3、杆转数180-600转/分， 将混合物置 于双螺杆挤出机， 碳纤维通过侧喂料进入， 挤出造 粒， 即得产品。 本发明是针对电器类产品对材料防 电磁屏蔽要求的抗静电及阻燃性能有特殊要求开 发， 与现有技术相比， 本发明的产品表面电阻达到 103-106， 抗电磁屏蔽， 无卤环保达到 UL-94V0 标 准， 机械强度高， 表观优良综合性能优异， 弥补了 国内这一类产品领域的空缺。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 1/2 页 2 1. 一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66

4、复合材料， 其特征在于， 该复合材料由以下组 分及重量百分含量的原料制成 ： 2. 根据权利要求 1 所述的一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料， 其特征在 于， 所述的复合材料优选以下组分及重量百分含量的原料制成 ： 3.根据权利要求1或2所述的一种高强度碳纤维增强无卤阻燃PA66复合材料， 其特征 在于， 所述的 PA66 与 PA6 都为普通注塑级树脂， PA66 的树脂粘度为 2.4-3.2， PA6 的树脂粘 度为 2.2-3.0。 4.根据权利要求1或2所述的一种高强度碳纤维增强无卤阻燃PA66复合材料， 其特征 在于， 所述的无卤阻燃剂为氮磷系复合型阻燃剂， 其中磷含

5、量 24-28。 5. 根据权利要求 4 所述的一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料， 其特征在 于， 所述的无卤阻燃剂为优选科莱恩公司的OP1240， OP1312单独或与MCA、 MPP等复配使用。 6.根据权利要求1或2所述的一种高强度碳纤维增强无卤阻燃PA66复合材料， 其特征 在于， 所述的碳纤维为经过改性的短切碳纤维， 其长度为 4-7mm。 7. 根据权利要求 6 所述的一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料， 其特征在 于， 所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维， 其拉伸强度 500kg/mm2， 拉伸模量 250GPa。 8.根据权利要求1或2所述的一种高强度

6、碳纤维增强无卤阻燃PA66复合材料， 其特征 在于， 所述的抗氧剂为抗氧剂 168 与抗氧剂 HD98 按质量比 1 1 复配的混合物。 9.根据权利要求1或2所述的一种高强度碳纤维增强无卤阻燃PA66复合材料， 其特征 在于， 所述的接枝型增韧改性剂为乙烯与辛烯接枝共聚物 ； 所述的润滑分散剂为硅酮。 10.一种如权利要求1所述的一种高强度碳纤维增强无卤阻燃PA66复合材料的制备方 法， 其特征在于， 该方法包括以下步骤 ： 权 利 要 求 书 CN 102964830 A 2 2/2 页 3 (1) 按照以下组分及重量百分比含量备料 ： (2) 将上述原料放入高混机中混合 3-5min 后

7、出料， 得到混合物， 碳纤维从侧喂料口加 入， 然后控制双螺杆挤出机的加工温度230-250， 螺杆转数180-600转/分， 将混合物置于 双螺杆挤出机挤出造粒， 即得产品。 权 利 要 求 书 CN 102964830 A 3 1/6 页 4 高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料及制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种无卤阻燃增强尼龙复合材料的制备， 尤其是涉及一种高强度碳纤 维增强无卤阻燃 PA66 复合材料及其制备方法。 背景技术 0002 聚酰胺具有很好的机械强度和刚度， 耐磨损特性好等优点被广泛用于汽车部件， 机械部件， 电子电气领域等， 成为五大工程塑料用量之首，

8、在很多应用上代替传统的金属材 料。 尼龙材料抗静电改性方面， 添加低分子量抗静电剂是最常见的抗静电措施， 这种改性材 料主要是利用抗静电剂在材料表面吸附的水分降低表面电阻率， 因此耐久性差， 不耐洗， 对 环境湿度的依赖性大， 国外有学者在含有醚键的聚合物内复合一定分量的金属盐溶胶， 金 属离子和聚醚嵌段物的醚键配合， 在其内部形成离子导电网络， 提高导电率， 增强聚合物的 导电能力， 这两种方法对材料的耐热温度和表面特性都有不同程度下降， 不适用与增强增 强材料。而经炭黑、 金属填料改性的聚合物， 虽能获得比较好的永久性抗静电性能， 但往往 添加量大， 性能破坏大且加工困难。 0003 碳纤

9、维具有质轻、 拉伸强度高、 耐磨损、 耐腐蚀、 抗蠕变、 导电、 传热等特点， 与玻璃 纤维相比， 模量高 3 5 倍， 是一种获得高刚性和高强度尼龙材料的优良增强材料。根据 碳纤维长度、 表面处理方式及用量的不同， 可以制备综合性能优异、 导电性能各异的导电材 料， 碳纤维增强尼龙材料近年来发展很快， 强度与刚性比未增强的尼龙高很多， 高温蠕变 小， 热稳定性显著提高， 尺寸精度好， 耐磨， 阻尼性优良， 与玻纤增强尼龙相比有更好的综合 性能， 针对电子电气领域的抗电磁屏蔽要求， 碳纤维增强改性尼龙具有独特的优势。 同时在 阻燃改性方面， 逐渐的对材料的无卤化提出了更高的要求， 本发明摒弃红

10、磷增强尼龙可能 因阻燃剂析出造成制件腐蚀破坏的风险， 具有广泛的竞争优势和市场前景。 发明内容 0004 本发明的目的就是针对电子电气领域对材料抗静电和无卤阻燃要求等， 而提供一 种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料及其制备方法。 0005 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现 ： 一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料， 其特征在于， 该复合材料由以下组分及重量百分含量的原料制成 ： 0006 说 明 书 CN 102964830 A 4 2/6 页 5 0007 所述的复合材料优选以下组分及重量百分含量的原料制成 ： 0008 0009 所述的 PA66 与 PA6

11、都为普通注塑级树脂， PA66 的树脂粘度为 2.4-3.2， PA6 的树 脂粘度为 2.2-3.0。 0010 所述的无卤阻燃剂为氮磷系复合型阻燃剂， 其中磷含量 24-28。 0011 所述的无卤阻燃剂优选科莱恩公司的OP1240， OP1312单独或与MCA、 MPP等复配使 用。 0012 所述的碳纤维为经过改性的短切碳纤维， 其长度为 4-7mm。 0013 所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维， 其拉伸强度 500kg/mm2， 拉伸模量 250GPa。 0014 所述的抗氧剂为抗氧剂 168 与抗氧剂 HD98 按质量比 1 1 复配的混合物。 0015 所述的接枝型增韧改性剂为乙烯

12、与辛烯接枝共聚物 ： 所述的润滑分散剂为硅 酮。 0016 一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料的制备方法， 其特征在于， 该方法 包括以下步骤 ： 0017 (1) 按照以下组分及重量百分比含量备料 ： 0018 说 明 书 CN 102964830 A 5 3/6 页 6 0019 (2) 将上述原料放入高混机中混合 3-5min 后出料， 得到混合物， 碳纤维从侧喂料 口加入， 然后控制双螺杆挤出机的加工温度230-250， 螺杆转数180-600转/分， 将混合物 置于双螺杆挤出机挤出造粒， 即得产品。 0020 与现有技术相比， 本发明采用复配的高效无卤阻燃剂， 达到 U

13、L-94V0 等级性能最 大保持， 属于环境友好型产品， 符合环保法规出口要求， 本发明制得的产品机械性能高， 表 面电阻 103-106， 外观优良， 综合性能高， 弥补了国内这一产品领域的空白。 具体实施方式 0021 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。 0022 实施例 1-4 0023 一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料的制备方法， 包括以下步骤 ： 0024 (1) 按照表 1 中的组分及含量进行备料， PA66 的树脂粘度为 27， PA6 的树脂粘度 为 2.4、 无卤阻燃剂为氮磷系复合型阻燃剂， 其中磷含量 24-28。碳纤维为聚丙烯腈基碳 纤维， 其拉伸强

14、度 500kg/mm2， 拉伸模量 250GPa、 接枝型增韧改性剂为乙烯 - 辛烯接 枝共聚物。抗氧剂为 HD98 与 168 按重量比 1 1 复配而成、 润滑分散剂为硅酮。 0025 (2) 将上述原料放入高混机中混合 3-5min 后出料， 得到混合物， 然后控制双螺杆 挤出机的加工温度230-250， 螺杆转数180-600转/分， 将混合物置于双螺杆 挤出机挤出 造粒， 即得产品。 0026 表 1 0027 原料 /wt实施例 1 实施例 2 实施例 3 实施例 4 尼龙 6642.139.131.119.1 尼龙 620202040 主阻燃剂25181625 碳纤维102030

15、20 增韧改性剂2224 抗氧剂0.40.40.40.4 润滑分散剂0.50.50.50.5 0028 根据实施例1-6制得的样品1-6， 进行性能测试对比， 采用ISO标准， 测试性能对比 如表 2 所示。 0029 表 2 0030 说 明 书 CN 102964830 A 6 4/6 页 7 项目样品 1 样品 2 样品 3 样品 4 拉伸强度 /MPa125145160135 弯曲强度 /MPa180220245210 弯曲模量 /MPa7000900011000 9500 缺口冲击强度 KJ/m24.56.06.57.2 阻燃性 (UL 94)/1.6mmV0V0V0V0 表面电阻1

16、06104103104。 0031 实施例 5 0032 一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料的制备方法， 该方法包括以下步 骤 ： 0033 (1) 按照以下组分及重量百分比含量备料 ： 0034 0035 0036 (2) 将上述原料放入高混机中混合 3-5min 后出料， 得到混合物， 碳纤维从侧喂料 口加入， 然后控制双螺杆挤出机的加工温度230-250， 螺杆转数180-600转/分， 将混合物 置于双螺杆挤出机挤出造粒， 即得产品。 0037 所述的 PA66 与 PA6 都为普通注塑级树脂， PA66 的树脂粘度为 2.4-3.2， PA6 的树 脂粘度为 2.2-3

17、.0。所述的无卤阻燃剂为 OP1312 与 MPP 复配的氮磷系复合型阻燃剂， 其中 磷含量 24-28。所述的碳纤维为经过改性的短切碳纤维， 其长度为 4-7mm。所述的碳纤维 为聚丙烯腈基碳纤维， 其拉伸强度 500kg/mm2， 拉伸模量 250GPa。所述的抗氧剂为抗 氧剂 168 与抗氧剂 HD98 按质量比 1 1 复配的混合物。所述的接枝型增韧改性剂为乙烯 与辛烯接枝共聚物 ； 所述的润滑分散剂为硅酮。 0038 实施例 6 0039 一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料的制备方法， 该方法包括以下步 骤 ： 0040 (1) 按照以下组分及重量百分比含量备料 ： 0

18、041 说 明 书 CN 102964830 A 7 5/6 页 8 0042 (2) 将上述原料放入高混机中混合 3-5min 后出料， 得到混合物， 碳纤维从侧喂料 口加入， 然后控制双螺杆挤出机的加工温度230-250， 螺杆转数180-600转/分， 将混合物 置于双螺杆挤出机挤出造粒， 即得产品。 0043 所述的 PA66 与 PA6 都为普通注塑级树脂， PA66 的树脂粘度为 2.4-3.2， PA6 的树 脂粘度为 2.2-3.0。所述的无卤阻燃剂为莱恩公司的 OP1240 氮磷系复合型阻燃剂， 其中磷 含量 24-28。所述的碳纤维为经过改性的短切碳纤维， 其长度为 4-7

19、mm。 所述的碳纤维 为聚丙烯腈基碳纤维， 其拉伸强度 500kg/mm2， 拉伸模量 250GPa。所述的抗氧剂为抗 氧剂 168 与抗氧剂 HD98 按质量比 1 1 复配的混合物。所述的接枝型增韧改性剂为乙烯 与辛烯接枝共聚物 ； 所述的润滑分散剂为硅酮。 0044 实施例 7 0045 一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料的制备方法， 该方法包括以下步 骤 ： 0046 (1) 按照以下组分及重量百分比含量备料 ： 0047 0048 (2) 将上述原料放入高混机中混合 3-5min 后出料， 得到混合物， 碳纤维从侧喂料 口加入， 然后控制双螺杆挤出机的加工温度230-2

20、50， 螺杆转数180-600转/分， 将混合物 置于双螺杆挤出机挤出造粒， 即得产品。 0049 所述的 PA66 与 PA6 都为普通注塑级树脂， PA66 的树脂粘度为 2.4-3.2， PA6 的树 脂粘度为 2.2-3.0。所述的无卤阻燃剂为科莱恩公司的 OP1312 氮磷系复合型阻燃剂， 其中 磷含量 24-28。所述的碳纤维为经过改性的短切碳纤维， 其长度为 4-7mm。所述的碳纤维 为聚丙烯腈基碳纤维， 其拉伸强度 500kg/mm2， 拉伸模量 250GPa。所述的抗氧剂为抗 说 明 书 CN 102964830 A 8 6/6 页 9 氧剂 168 与抗氧剂 HD98 按质

21、量比 1 1 复配的混合物。所述的接枝型增韧改性剂为乙烯 与辛烯接枝共聚物 ； 所述的润滑分散剂为硅酮。 0050 实施例 8 0051 一种高强度碳纤维增强无卤阻燃 PA66 复合材料的制备方法， 该方法包括以下步 骤 ： 0052 (1) 按照以下组分及重量百分比含量备料 ： 0053 0054 0055 (2) 将上述原料放入高混机中混合 3-5min 后出料， 得到混合物， 碳纤维从侧喂料 口加入， 然后控制双螺杆挤出机的加工温度230-250， 螺杆转数180-600转/分， 将混合物 置于双螺杆挤出机挤出造粒， 即得产品。 0056 所述的 PA66 与 PA6 都为普通注塑级树脂， PA66 的树脂粘度为 2.4-3.2， PA6 的树 脂粘度为 2.2-3.0。所述的无卤阻燃剂为科莱恩公司的 OP1240 与 MCA 复配的氮磷系复合 型阻燃剂， 其中磷含量 24-28。所述的碳纤维为经过改性的短切碳纤维， 其长度为 4-7mm。 所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维， 其拉伸强度 500kg/mm2， 拉伸模量 250GPa。所述 的抗氧剂为抗氧剂 168 与抗氧剂 HD98 按质量比 1 1 复配的混合物。所述的接枝型增韧 改性剂为乙烯与辛烯接枝共聚物 ； 所述的润滑分散剂为硅酮。 说 明 书 CN 102964830 A 9