无卤阻燃抗静电PA6／GF 复合材料的研制

无卤阻燃抗静电PA6／GF 复合材料的研制

徐久升

摘要：以尼龙6／玻璃纤维(PA6／GF) 为基体材料，加入抗静电剂、无卤阻燃剂二乙基次膦酸铝(ADP) 制备了矿用PA6／GF 复合材料，考察了复合材料的抗静电性能和阻燃性能，以及ADP 加入对复合材料抗静电性能、力学性能和热稳定性能的影响。结果表明，抗静电剂163 及抗静电剂190 的加入能提高PA6／GF 复合材料的抗静电性能，当两者复配使用且质量比为1∶2 时，材料表面电阻率降低至9.7×107 Ω ；阻燃剂ADP 的加入能提高抗静电PA6／GF复合材料的阻燃性能，当阻燃剂质量分数达到15% 时，复合材料阻燃等级达到UL94 V–0 级；此外，无卤阻燃抗静电PA6／GF 复合材料的综合性能优异，复合材料的抗静电性能、力学性能以及热稳定性能均能保持较好水平。

关键词：PA6 ；玻璃纤维；矿用；无卤阻燃；抗静电；热稳定性能

 

Preparation of Halogen-Free Flame Retarded Antistatic Glass Fiber Reinforced

Nylon 6 Composite

Xu Jiusheng

Abstract ：The PA6／GF composite was prepared by adding the antistatic agents and halogen-free flame retardant aluminum diethylphosphinate(ADP). The antistatic property and flame retardancy of the mine-used PA6／GF were studied and the effect of antistatic property，flame retardancy and thermal degradation behavior of the composite after adding ADP were also investigated.The results show that the addition of antistatic agent 163 and antistatic agent 190 improve the antistatic properties of the PA6／GF composite and the surface resistivity reduced to 9.7×107 Ω when the mass ratio of the two agents was 1∶2. The addition ofADP improve the flame retardancy and when ADP content is 15%, the composite achieves UL 94 V–0 rating. Moreover, the flameretarded antistatic composites exhibit excellent comprehensive performance. Compared to the virgin PA6／GF system, the antistaticproperties, mechanical properties and thermal stability of the composites are also on a very good level.

Keywords ：PA6 ； GF ； mine-used ； halogen-free flame retarded ； antistatic ； thermal stability

 

尼龙(PA)6 具有优异的力学性能、韧性、电气性能, 耐溶剂且易于成型加工，广泛用于交通运输、电子电气、仪器仪表、家用电器及办公仪器等领域。玻璃纤维(GF) 增强PA6(PA6／GF) 是以PA6 为基体，以GF 为增强材料而制成的复合材料。GF 的加入，有利于提高复合材料的强度、热变形温度、耐腐蚀性，同时能改善复合材料的吸水性及成型收缩率，提高性能的同时能降低材料的成本。

近年来，随着塑料应用领域的不断扩大，PA6／GF 复合材料逐渐代替传统的钢材，广泛应用于煤矿电子电器领域，如矿用线圈盒、矿用电力通讯器材、矿用电动工具外壳等。但是，PA6 表面电阻率高，达到1×1014～1×1015 Ω，极易造成表面静电积聚，容易因表面放电引起火灾或爆炸。PA6／GF 复合材料属于易燃材料，燃烧速度快，放热量大，GF 的加入导致“灯芯”效应，会进一步降低材料的阻燃性能。所以PA6／GF 复合材料作为矿用材料使用时，必须进行阻燃抗静电处理。PA6／GF 复合材料传统的阻燃方式为卤系阻燃体系，如多溴联苯醚、多溴联苯、溴代苯乙烯等。但含卤阻燃体系在燃烧时产生有毒烟气，严重危害人类健康及造成环境污染，特别是当其应用于煤矿矿井这种封闭环境，其内部地形复杂、环境恶劣且富含腐蚀性气体和爆炸性气体，更容易造成“二次灾害”。因此，矿用材料的“无卤环保化”呼声日益增高。近年来，次膦酸类阻燃剂得到人们青睐，其阻燃产品密度低，阻燃剂用量少，燃烧时烟密度小，色泽较佳，电性能好，并且符合现行环保法规的相关要求。笔者研究了不同抗静电剂对PA6／GF 复合材料的抗静电性能，同时研究无卤阻燃剂二乙基次膦酸铝(ADP) 的阻燃性能，及其对材料的抗静电性能、力学性能及热稳定性能的影响，研制出无卤阻燃抗静电且热稳定性能优异的矿用材料。

1　实验部分

1．1　原材料PA6 ：牌号M2400，广东新会美达锦纶股份有限公司；

二乙基次膦酸铝(ADP) ：科莱恩化工有限公司；

GF ：ER5301HP–2200，重庆国际复合材料有限公司；抗静电剂163、抗静电剂190 ：市售。

1．2　仪器及设备

电子万能试验机：CMT4204 型，深圳新三思材料检测有限公司；

悬臂梁冲击试验机：ZBC1400–B 型，深圳新三思材料检测有限公司；

绝缘电阻测试仪：YD2683 型，常州市扬子电子有限公司；

垂直燃烧仪：CZF–2 型，南京江宁分析仪器有限公司；

热重(TG) 分析仪：TG 209 F1 型，德国Netzsch公司；

同向双螺杆挤出机：TE–65 型，江苏科亚化工装备有限公司；

高速混合机：SHR–200 型，张家港亿利机械有限公司；

干燥机：SD–9 型，广州佳银塑机公司；

注塑机：SZ–90 型，广东东华塑料机械公司。

1．3　试样制备

按配方将PA6、阻燃剂、抗静电剂及加工助剂加入到高速混合机中，预先混合均匀，再通过双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机各区段温度控制在200～230℃，主机转速300 r／min。挤出加工后得到的物料经冷却干燥后，经注塑机注射成标准试样。

2结论

(1) 抗静电剂163 与抗静电剂190 具有一定的协同作用，当其质量比为1 ∶2 组成复合抗静电剂时，PA6／GF 复合材料抗静电性能优异。

(2) 无卤阻燃剂ADP 对抗静电PA6／GF 复合材料具有较好的阻燃效果，当阻燃剂质量分数达15% 时，阻燃抗静电PA6／GF 复合材料的阻燃等级达到UL94 V–0 级。

(3) 无卤阻燃剂ADP 的加入对复合材料的抗静电性能、力学性能及热稳定性能的影响都很小，可以制备出综合性能优异的矿用PA6／GF 复合材料。