耐漏电玻纤增强无卤阻燃PA66的制备及其性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ghost_lovelove
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近年来,随着我国工业的迅速发展,工程塑料的需求日益增长。特别是在高温高电流的苛刻环境下使用时,为了防止构件燃烧或发生漏电起痕,材料应该具有优良的阻燃性能和耐漏电起痕性能。尼龙66(PA66)具有良好的力学性能、耐热性能、加工性能和电气性能等,被广泛应用于汽车工业、机械设备和电子电气等领域。但PA66以及玻纤增强PA66复合材料的阻燃性能较差,限制了其在电子电气领域的进一步应用,因此需要对其进行阻燃改性。传统的卤素阻燃剂虽然技术成熟,但会降低PA66材料的相对漏电起痕指数(CTI),也会在材料燃烧过程中释放有毒气体,无法满足环保需求。次膦酸盐阻燃剂虽然可以同时提高材料的阻燃性能与CTI,但价格昂贵,限制了其大规模应用。因此,亟需研发一种低成本、环保、能够同时改善PA66阻燃性能和耐漏电起痕性能的新型阻燃体系。聚磷酸三聚氰胺(MPP)是一种环保、价格低廉的膨胀型阻燃剂,常用于PA66的阻燃改性,但单独使用时阻燃效率较低,且会对PA66的耐漏电起痕性产生负面影响。硼酸锌(ZB)是一种环保的无卤阻燃剂,在高于300℃时会释放出结晶水,吸收大量的热,并生成三氧化二硼(B2O3)玻璃状薄膜,具有阻燃抑烟和防止熔体滴落等作用。滑石粉(Talc)是一种廉价的无机增强填料,在高温下会释放出结晶水,吸收热量,而且规整薄片状的Talc可以增强炭层,改善材料的阻燃性能。本论文将MPP分别与ZB、Talc复配,研究该复配体系对玻纤增强PA66复合材料的阻燃性能和耐漏电起痕性能的影响,制备了一种低成本、环保、能够同时改善PA66阻燃性能和耐漏电起痕性能的新型阻燃体系。最后,使用实验室自制的含硅氟的低表面能分散剂(Si-DPF),对所制备的阻燃玻纤增强PA66复合材料进行进一步改性,旨在制备一种具有高CTI、良好阻燃性能、力学性能和成型加工性能的玻纤增强PA66复合材料,扩大PA66在电子电气领域的应用。(1)分别研究不同含量的MPP、ZB、Talc和GF等组分对PA66阻燃性能、耐漏电起痕性能、加工性能和力学性能等的影响。研究结果表明,单独使用ZB或Talc不能改善PA66的阻燃性能,ZB/PA66和Talc/PA66复合材料没有达到UL-94 V-2@3.2 mm阻燃等级。单独使用MPP可以改善PA66的阻燃性能,但阻燃效率较低。当MPP添加量在20 wt%以上时,MPP/PA66复合材料达到UL-94 V-0@3.2 mm阻燃等级。ZB、Talc和GF可以使PA66的CTI值维持在600 V。MPP具有催化PA66成炭的作用,会降低PA66的CTI值,当MPP添加量为10 wt%时,MPP/PA66复合材料的CTI从600 V降低至300V。而当MPP添加量继续升高至30 wt%时,阻燃性能与CTI同时达到了较高水平。(2)使用挤出熔融共混法,制备阻燃玻纤增强PA66复合材料。研究不同复配比例的MPP与ZB、MPP与Talc阻燃体系对30 wt%玻纤增强PA66复合材料阻燃性能、耐漏电起痕性能和力学性能的影响。当MPP添加量为15 wt%时,GF/MPP/PA66的CTI为250V,当15 wt%的MPP与5 wt%的无机填料复配时,GF/MPP/Talc/PA66的CTI为300 V,GF/MPP/ZB/PA66的CTI为600 V。三者的力学性能均为同系列复合材料的较优者,阻燃等级均达到UL-94 V-1@3.2 mm。在CTI测试过程中,GF/15-MPP/5-ZB/PA66最初始的干带放电没有造成样品表面炭化,因此初始泄露电流的波形更接近陶瓷绝缘材料。随着测试的进行,炭痕逐渐发展,电流持续时间延长。GF/15-MPP/PA66和GF/15-MPP/5-Talc/PA66两者表面的泄漏电流波形类似,但在发生燃烧之后,GF/15-MPP/PA66表面的泄漏电流增长更快。三者炭痕的拉曼光谱和扫描电镜测试结果表明,GF/15-MPP/5-ZB/PA66复合材料表面的石墨化炭层较少。热重-红外光谱联用测试结果表明,GF/15-MPP/PA66和GF/15-MPP/5-Talc/PA66的降解要比GF/15-MPP/5-ZB/PA66更为剧烈。说明ZB可以增强炭层的绝缘程度,提高材料的耐漏电起痕性。(3)使用实验室自制的Si-DPF分散剂,对所制备的玻纤增强无卤阻燃PA66复合材料进行进一步改性。研究结果表明,添加3 wt%的Si-DPF,可以提高PA66复合材料的阻燃性能和耐漏电起痕性能,改善了复合材料的熔体流动性能、力学性能和结晶性能。添加3 wt%的Si-DPF,GF/15-MPP/5-ZB/PA66复合材料中PA66的结晶度从21.2%提高到23.9%,熔体平衡扭矩从2.1 N·m降低至1.4 N·m,降幅为33.3%,拉伸强度和弯曲强度提高了9.1%和8.4%,分别达到了139.0 MPa和215.0 MPa,燃烧时间缩短至7 s阻燃等级达到UL-94 V-0@3.2 mm,CTI维持在600 V。
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