無機(jī)亞磷酸鹽應(yīng)用于聚酰胺復(fù)合材料的性能研究

林經(jīng)萍，楊海明，王宏

無機(jī)亞磷酸鹽應(yīng)用于聚酰胺復(fù)合材料的性能研究

林經(jīng)萍，楊海明，王宏

（廣東聚石化學(xué)股份有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

對(duì)聚酰胺復(fù)合材料阻燃劑進(jìn)行了介紹，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，對(duì)無機(jī)亞磷酸鹽表面包覆技術(shù)與有機(jī)次磷酸鹽阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)、硅酮母料與多元防腐劑的協(xié)同作用展開了研究，通過對(duì)微孔結(jié)構(gòu)的亞磷酸鋁進(jìn)行表面包覆處理，能有效提高亞磷酸鋁的高溫穩(wěn)定性，與有機(jī)次磷酸鹽產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)，具有優(yōu)異的阻燃性能，此外，加入多元防腐體系與抗物理磨腐的硅酮母料，可以有效解決阻燃增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的物理化學(xué)腐蝕的問題，獲得聚酰胺復(fù)合材料阻燃性能高、穩(wěn)定性好，具有良好的機(jī)械性能及電性能，耐腐耐磨性能優(yōu)異，應(yīng)用前景廣闊。

無機(jī)亞磷酸鹽； 表面包覆；協(xié)同效應(yīng)

聚酰胺復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子電器、航天航空等各領(lǐng)域[1-3]，但由于易燃特性，其使用存在了潛在的危險(xiǎn)。隨著社會(huì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，對(duì)聚酰胺復(fù)合材料的阻燃性提出了更高的要 求[4-8]。作為主流的無鹵阻燃劑，有機(jī)次磷酸鹽在聚酰胺中具有很好的阻燃效果[9-12]，但在后續(xù)加工過程中容易對(duì)加工機(jī)器產(chǎn)生腐蝕性磨損。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文對(duì)無機(jī)亞磷酸鹽表面包覆技術(shù)展開了研究，并對(duì)其與有機(jī)次磷酸鹽阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)、硅酮母料與多元防腐劑的協(xié)同作用展開了研究[13]，制備獲得聚酰胺復(fù)合材料，并對(duì)樣品與對(duì)比樣品進(jìn)行性能測(cè)試。

1 高阻燃性能聚酰胺復(fù)合材料的制備研究

1.1 主要原料

PA66聚酰胺樹脂，Ultramid?A27，巴斯夫；PPA聚酰胺樹脂，Veseamid?HT plusM1000，贏創(chuàng)；有機(jī)次磷酸鹽，OP1230，德國(guó)科萊恩；三聚氰胺聚磷酸鹽MPP，Melapur?200，巴斯夫；硼酸鋅，F(xiàn)irebrake?500，美國(guó)三象；錫酸鋅，F(xiàn)lamtard?s，威姆萊；酯化多元醇，PLENLIZERHC-103S，日本味之素；硅酮母料，相對(duì)分子質(zhì)量120萬，杭州凱杰；抗氧劑1790，工業(yè)純，氰特公司；抗氧劑P-EPQ，工業(yè)純，科萊恩；穩(wěn)定劑H3336，工業(yè)純，布呂曼；潤(rùn)滑劑PETS，工業(yè)純，科萊恩；亞磷酸鋁，非微孔型和微孔型，純度≥95%，南開大學(xué)。

1.2 微孔型Al2(HPO3)3的表面處理

將微孔型Al2(HPO3)3加入攪拌器中，加熱升溫到65 ℃。一邊攪拌一邊加入霧化的環(huán)氧樹脂，其中Al2(HPO3)3與環(huán)氧樹脂質(zhì)量比為100∶5。環(huán)氧樹脂加入完成后，持續(xù)攪拌15 min。將微孔型Al2(HPO3)3與環(huán)氧樹脂混合后的物料升溫至95 ℃，并在此溫度下攪拌2 h，獲得表面包覆的微孔型Al2(HPO3)3。

1.3 聚酰胺復(fù)合材料的制備

1）分別稱取聚酰胺樹脂、有機(jī)次磷酸鹽、表面包覆的微孔型無機(jī)亞磷酸鹽、防腐蝕劑、硅酮母料、纖維、添加劑，質(zhì)量比為35～60∶12～15∶2～4∶1.2～2.0∶1.5～2.0∶25～40∶1.0～1.2。其中添加劑包括主抗氧劑、輔抗氧劑、穩(wěn)定劑及潤(rùn)滑劑，其質(zhì)量比為1∶1.5～2.5∶0.5～1.5∶4～6。聚酰胺符合材料的原料配比如表1所示。

2）將上述稱量的PPA/PA66、防腐蝕劑、硅酮母料攪拌，充分混合后獲得混合物，于雙螺桿擠出機(jī)的主喂料口加入此混合物。

3）將經(jīng)過環(huán)氧樹脂表面處理的微孔型Al2(HPO3)3與OP1230混合均勻，通過第一階側(cè)進(jìn)料口投料。

4）通過第二階側(cè)進(jìn)料口加入短切玻璃纖維。

5）在雙螺桿擠出機(jī)充分混料，在240～310 ℃溫度下熔融混煉，擠出造粒，獲得高阻燃性能聚酰胺復(fù)合材料。其中，同向擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比不低于44倍，螺桿轉(zhuǎn)速為220～400 r·min-1。

表1 聚酰胺復(fù)合材料樣品1至樣品6的原料配比

高阻燃性能聚酰胺復(fù)合材料的制備工藝流程如圖1所示。

圖1 聚酰胺復(fù)合材料的制備工藝流程圖

1.4 聚酰胺復(fù)合材料對(duì)比例樣品的制備

為了考察無機(jī)亞磷酸鹽表面包覆處理對(duì)復(fù)合材料的影響，無機(jī)亞磷酸鹽與有機(jī)次磷酸鹽的協(xié)同效應(yīng)以及硅酮母料與多元防腐劑之間的協(xié)同作用，在相同的制備條件下，制備了樣品8及對(duì)比例1～12，其原料配比如表2、表3所示。

表2 聚酰胺復(fù)合材料對(duì)比例1～6的原料配比

表3 聚酰胺復(fù)合材料樣品7與對(duì)比例8～12的原料配比

2 聚酰胺復(fù)合材料的性能評(píng)估

對(duì)獲得的聚酰胺復(fù)合材料實(shí)施例與對(duì)比例分別進(jìn)行性能測(cè)試評(píng)估，開展耐腐蝕性、拉伸強(qiáng)度、漏電起痕指數(shù)、阻燃測(cè)試、高溫高濕評(píng)估、連續(xù)加工性能、色差值性能測(cè)試，結(jié)果見表4、表5、表6。

表4 樣品1至樣品6的聚酰胺復(fù)合材料性能測(cè)試結(jié)果

表5 對(duì)比例1～6的聚酰胺復(fù)合材料性能測(cè)試結(jié)果

表6 實(shí)施例8與對(duì)比例8～12的聚酰胺復(fù)合材料性能測(cè)試結(jié)果

從上述測(cè)試結(jié)果可以看出：采用經(jīng)過環(huán)氧樹脂包覆處理后的Al2(HPO3)3，高溫注塑時(shí)的穩(wěn)定性提高了20 ℃，其與有機(jī)次磷酸鹽產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，獲得的聚酰胺復(fù)合材料具有優(yōu)異的阻燃性能、高耐腐耐磨性；從對(duì)比例1～5可以看出，對(duì)比使用微孔結(jié)構(gòu)的Al2(HPO3)3，要求加入更高比例的非微孔結(jié)構(gòu)Al2(HPO3)3，獲得的復(fù)合材料其阻燃性才符合標(biāo)準(zhǔn)要求；通過對(duì)比例6可得知，MPP與機(jī)次磷酸鹽的相互作用，獲得的對(duì)比例復(fù)合材料耐磨耐腐效果不如亞磷酸鹽，且MPP存在析出的風(fēng)險(xiǎn)；硅酮母料與以B2O6Zn3或Zn2SnO4搭配酯化多元醇組成多元防腐劑體系協(xié)同性，可有效提高防腐性能及耐磨性能。

3 結(jié) 論

本文通過對(duì)微孔結(jié)構(gòu)的Al2(HPO3)3進(jìn)行表面包覆處理，能有效提高Al2(HPO3)3的高溫穩(wěn)定性，與有機(jī)次磷酸鹽阻燃劑作為主要原料，解決了傳統(tǒng)微孔結(jié)構(gòu)Al2(HPO3)3協(xié)同效率低、添加量多的缺點(diǎn)，兩者產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)，具有優(yōu)異的阻燃性能。此外，加入多元防腐體系與抗物理磨腐的硅酮母料，可以有效解決阻燃增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的物理化學(xué)腐蝕的問題。獲得聚酰胺復(fù)合材料阻燃性能高、穩(wěn)定性好，具有良好的機(jī)械性能及電性能，耐腐耐磨性能優(yōu)異，應(yīng)用前景廣闊。

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Study on Properties of Inorganic Phosphite Used in Polyamide Composites

（Polyrocks Chemical Co., Ltd., Qingyuan Guangdong 511540, China）

Flame retardants for polyamide composites wereintroduced. Aiming at the shortcomings of existing technologies, the surface coating technology of inorganic phosphite was studied,as well as the synergistic effect of inorganic phosphite and organic phosphite flame retardants, and the synergistic effect of silicone masterbatch and multi-component preservatives. Through the surface coating treatment of aluminum phosphite with microporous structure, the high temperature stability of aluminum phosphite was effectively improved. It had synergistic effect with organic hypophosphite and had excellent flame retardancy. In addition, the addition of multi-component anti-corrosion system and physical abrasion resistant silicone masterbatch effectively solved the problem of physical and chemical corrosion of flame retardant reinforced polyamide composites. Polyamide composites have high flame retardancy, good stability, good mechanical and electrical properties, excellent corrosion resistance and wear resistance, and broad application prospects.

Organic phosphite; Surface coating; Synergistic effect

TQ050.4+3

A

1004-0935（2023）09-1286-04

2022-09-27

林經(jīng)萍（1985-），男，江西省萍鄉(xiāng)市人，工程師，碩士研究生，2015年畢業(yè)于中南大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè)專業(yè)，研究方向：改性塑料。