本發(fā)明屬于工程塑料，具體涉及一種高阻燃復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚酰胺是一種在大分子主鏈重復(fù)結(jié)構(gòu)中含有酰胺基團(tuán)，并能形成一定氫鍵密度的高聚物。作為熱塑性工程塑料的聚酰胺，既可以用內(nèi)酰胺為原料經(jīng)開環(huán)的方法聚合制得，也可由二元胺與二元酸為單體經(jīng)縮聚而得到。聚酰胺制品的密度一般在1.01-1.62左右，制品質(zhì)量比金屬要輕，屬于輕質(zhì)材料，可以取代金屬滿足制品輕量化、降低成本的要求。尼龍雖然具有良好的綜合性能，但沒有一種材料是完美而不存在缺陷的。尼龍作為工程塑料存在的缺點(diǎn)有吸水性較大，這會(huì)導(dǎo)致制品尺寸和性能的變化，另外尼龍大分子主鏈上末端含有氨基和羧基活性基團(tuán)，在加工、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中難免會(huì)與氧氣等發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致性能變差。目前尼龍的品種繁多，其中脂肪族尼龍是尼龍中產(chǎn)量最大、用途最廣、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的品種，包括有尼龍6、尼龍66，占尼龍制品的85%以上；尼龍11、尼龍1111、尼龍1212、尼龍12、尼龍46、尼龍610、尼龍612、尼龍1010等品種具有很大的市場(chǎng)潛力；為滿足一些制品的耐熱性，半芳香族尼龍6t、尼龍10t、尼龍12t和特種尼龍等新品種在使用條件苛刻的場(chǎng)合發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。尤其是尼龍10t、尼龍12t等長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍，其兼具脂肪族尼龍良好的加工性能和芳香族尼龍的耐高溫性能，應(yīng)用前景廣闊。

2、雖然長(zhǎng)碳鏈半芳香族聚酰胺具有良好的力學(xué)性能，但是其耐火性能較差。長(zhǎng)碳鏈半芳香族聚酰胺具有可燃性，并且聚酰胺燃燒所形成的熔滴和揮發(fā)的毒氣體對(duì)人們的生活生產(chǎn)產(chǎn)生了非常大的危害。隨著公眾的防火意識(shí)提升和國(guó)家對(duì)各行各業(yè)消防安全的要求，越來(lái)越多的行業(yè)需要對(duì)聚酰胺材料進(jìn)行阻燃改性。

3、阻燃長(zhǎng)碳鏈半芳香族聚酰胺技術(shù)涵蓋了現(xiàn)今兩種主流方法，即反應(yīng)型阻燃與添加型阻燃。將阻燃劑與pa的主鏈或側(cè)鏈相接，成為pa本身含有的阻燃成分，這種pa材料即為反應(yīng)型阻燃pa?。反應(yīng)型阻燃pa的優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)成分較穩(wěn)定、低毒、阻燃效能維持時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)pa其它性能影響較小，其缺點(diǎn)則是工序復(fù)雜，成本高昂。將阻燃劑分散在高分子基體中，并以此提高基材阻燃性能的pa材料即為添加型阻燃pa。添加型阻燃pa加工簡(jiǎn)便，設(shè)備投資少，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了提高長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍的阻燃性能，本發(fā)明提供了一種高阻燃復(fù)合材料及其制備方法，在提高長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍復(fù)合材料阻燃性能的基礎(chǔ)上，其力學(xué)性能也得到了一定程度的提升。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種高阻燃復(fù)合材料，包含如下重量份的組分：

4、長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍?70-90份、纖維增強(qiáng)填料20-30份、增韌劑10-15份、烷基次膦酸鋁10-15份、納米蒙脫土4-12份、鋅離子離聚物2-4份、偶聯(lián)劑0-3份、潤(rùn)滑劑0-3份、抗氧劑0-3份。

5、長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍相對(duì)于脂肪族尼龍和芳香族尼龍其氧指數(shù)較低，耐火性較差。為了提高長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍的阻燃性能，本發(fā)明添加了烷基次膦酸鋁作為主阻燃劑，納米蒙脫土和鋅離子離聚物作為輔助阻燃劑。烷基次膦酸鋁具有優(yōu)異的阻燃效果，其受熱分解后，分解產(chǎn)物促使聚酰胺基體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的固體交聯(lián)層。這些致密的層狀結(jié)構(gòu)一方面能阻止熱量的傳遞，使聚合物避免進(jìn)一步熱裂解，另一方面也能阻止聚合物內(nèi)部產(chǎn)生的小分子可燃物向外逸出。但是，單一的烷基次膦酸鋁阻燃效果不佳，且存在加工過(guò)程析出的情況，影響產(chǎn)品的阻燃效果。為了解決烷基次膦酸鋁的問(wèn)題，本發(fā)明添加了一定量納米蒙脫土和鋅離子離聚物。納米蒙脫土是一種層狀鋁硅酸鹽礦物，不僅可以起到增強(qiáng)、增韌的作用；而且納米蒙脫土在長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍燃燒的過(guò)程中殘留的蒙脫土?xí)陂L(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍的表面形成一層含有硅酸鹽的炭層，它可以在表面阻斷聚合物與外界的聯(lián)系，延緩內(nèi)部因燃燒產(chǎn)生的揮發(fā)物進(jìn)一步的向燃燒面轉(zhuǎn)移，并且也可以阻隔外界氧氣進(jìn)入復(fù)合材料。此外，作為一種粘土礦物填料，納米級(jí)蒙脫土具有一定的吸附性能，可以阻止加工過(guò)程中烷基次膦酸鋁阻燃劑的析出。進(jìn)一步的，納米蒙脫土用量為6-9份；納米級(jí)的蒙脫土用料過(guò)少時(shí)，增強(qiáng)、阻燃效果有限；用量過(guò)多，不利于其自身的分散，可能發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。

6、鋅離子離聚物相對(duì)于其他聚合物具有更高的熔體粘度。鋅離子離聚物相對(duì)于烷基次膦酸鋁和納米蒙脫土更易于在長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍樹脂基體中分散，其含有的離子基團(tuán)可以與烷基次膦酸鋁以及納米蒙脫土中的離子發(fā)生離子交聯(lián)作用，不僅提高了填料的分散均勻性和復(fù)合材料的力學(xué)、熱穩(wěn)定性能，而且提高了熔體粘度，防止燃燒時(shí)熔滴現(xiàn)象的發(fā)生。此外，鋅離子離聚物中的鋅和烷基次膦酸鋁中的鋁在燃燒過(guò)程中，生成相應(yīng)的金屬氧化物，不同結(jié)構(gòu)的金屬氧化物的形成提高了炭層的致密度，可以有效隔斷氧氣以及防止燃燒產(chǎn)生的熱氣的擴(kuò)散，提高阻燃效果。

7、進(jìn)一步的，所述長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍為pa9t、pa9i、pa10t、pa10i、pa11t、pa12t、pa14t中的至少一種。進(jìn)一步的，長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍為75-85份，適量的尼龍樹脂可以起到充分粘結(jié)填料的作用，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。采用長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍作為基體樹脂，相對(duì)于短鏈尼龍，其中的長(zhǎng)碳鏈結(jié)構(gòu)可以有效分散酰胺鍵，防止加工過(guò)程中極性基團(tuán)與離聚物過(guò)多交聯(lián)，不利于離聚物的分散。

8、進(jìn)一步的，所述纖維增強(qiáng)填料為玻璃纖維、碳纖維、晶須中的至少一種。

9、進(jìn)一步的，所述增韌劑為pp-g-mah、pe-g-mah、poe-g-mah、epdm-g-mah中的至少一種。

10、進(jìn)一步的，所述烷基次膦酸鋁為二乙基次膦酸鋁。納米蒙脫土平均粒徑為50-100nm。

11、進(jìn)一步的，所述鋅離子離聚物為沙林樹脂9320。

12、進(jìn)一步的，所述偶聯(lián)劑為kh550、kh560、kh570、a-174中的至少一種。

13、進(jìn)一步的，所述潤(rùn)滑劑為硅酮粉、滑石粉、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇中的至少一種；所述抗氧劑為受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑、芳香胺類抗氧劑中的至少一種。

14、另一方面，本發(fā)明還提供了一種高阻燃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

15、（1）將長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍、增韌劑、烷基次膦酸鋁、納米蒙脫土、鋅離子離聚物、偶聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、抗氧劑混合均勻，得到預(yù)混料；

16、（2）將預(yù)混料從主喂料口加入雙螺桿擠出機(jī)，纖維增強(qiáng)填料從側(cè)喂料口加入到雙螺桿擠出機(jī)，擠出造粒，得到高阻燃復(fù)合材料。

17、進(jìn)一步的，雙螺桿擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速500-600r/min，擠出溫度為300-340℃。

18、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

19、1、本發(fā)明一種高阻燃復(fù)合材料，以烷基次膦酸鋁作為主阻燃劑，納米蒙脫土和鋅離子離聚物作為輔助阻燃劑。納米級(jí)蒙脫土具有一定的吸附性能，可以阻止加工過(guò)程中烷基次膦酸鋁阻燃劑的析出。鋅離子離聚物相對(duì)于烷基次膦酸鋁和納米蒙脫土更易于在長(zhǎng)碳鏈半芳香尼龍樹脂基體中分散，其含有的離子基團(tuán)可以與烷基次膦酸鋁以及納米蒙脫土中的離子發(fā)生離子交聯(lián)作用，不僅提高了填料的分散均勻性和復(fù)合材料的力學(xué)、熱穩(wěn)定性，而且提高了熔體粘度，防止燃燒時(shí)熔滴現(xiàn)象的發(fā)生。

20、2、本發(fā)明制備的高阻燃復(fù)合材料能夠同時(shí)具有高阻燃等級(jí)、高拉伸強(qiáng)度和沖擊韌性三種性能優(yōu)勢(shì)，并且主阻燃劑烷基次膦酸鋁加工過(guò)程中不易析出，對(duì)環(huán)境友好且符合環(huán)保要求，可適用于各種有阻燃耐高溫需求的領(lǐng)域中。