本發(fā)明屬于復(fù)合材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚合物材料的高可燃性和高排煙性嚴(yán)重阻礙了聚合物復(fù)合材料在高性能材料領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。因此，提高阻燃抑煙性能對(duì)擴(kuò)大聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。阻燃劑是提高聚合物復(fù)合材料阻燃抑煙性能的功能性助劑，能夠賦予聚合物復(fù)合材料不易燃性、自熄性和抑煙性。

2、硅系阻燃劑作為一種創(chuàng)新的無(wú)鹵阻燃劑，不僅具有出色的成炭抑煙特性，還能有效改善聚合物的加工性能并提升其機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)成分和應(yīng)用方式，硅系阻燃劑可細(xì)分為反應(yīng)型有機(jī)硅系阻燃劑和無(wú)機(jī)硅系阻燃劑兩類。反應(yīng)型有機(jī)硅系阻燃劑和無(wú)機(jī)硅系阻燃劑常與氮磷系阻燃劑一起使用，形成p-n-si協(xié)同阻燃體系。

3、然而，使用阻燃劑的一個(gè)挑戰(zhàn)是，由于它們與聚合物基體的界面相容性差，會(huì)對(duì)聚合物的機(jī)械性能產(chǎn)生不利影響。研究人員一直在追求聚合物的機(jī)械增強(qiáng)。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑是一類具有重要應(yīng)用前景的聚合物材料改性方法。這些雜化阻燃劑結(jié)合了有機(jī)和無(wú)機(jī)組分的優(yōu)點(diǎn)，為高分子材料的阻燃性能和機(jī)械強(qiáng)度提供了新途徑。

4、本發(fā)明制備了p-n-si系協(xié)同阻燃劑即有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑（gc/sio2-g-dp），首先用9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物對(duì)無(wú)機(jī)阻燃劑sio2進(jìn)行磷酸功能化，制備了si-p系阻燃劑，后在此基礎(chǔ)上用三乙醇胺和氨基甲酸脲對(duì)其進(jìn)行氮摻雜改性，最終得到gc/sio2-g-d。經(jīng)過(guò)改性得到的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑改善了阻燃劑與基體樹脂的界面作用，增強(qiáng)了無(wú)機(jī)粒子在復(fù)合材料中的機(jī)械增強(qiáng)效果。同時(shí)，gc/sio2-g-d含磷自由基的猝滅作用和含氮元素不可燃?xì)怏w的稀釋作用以及凝聚相中碳層的阻礙作用共同促成了尼龍6復(fù)合材料優(yōu)異的阻燃性。總之，p-n-si系協(xié)同阻燃劑即有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑（gc/sio2-g-dp），不僅在阻燃性能方面表現(xiàn)出色，且對(duì)環(huán)境友好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料及其制備方法，其具有良好的阻燃性能以及力學(xué)性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料，其所用原料按重量份數(shù)計(jì)包括：有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑（gc/sio2-g-dp）3-8份，尼龍6顆92-97份。

4、其中，所述的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑（gc/sio2-g-dp），其制備包括以下步驟：

5、（1）先將sio2在100℃下干燥48?h，然后將干燥好的5?g的sio2粉末放入到500?ml乙醇溶液中（95%），往溶液中滴入1.5?ml的γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，加入乙酸將溶液的ph調(diào)整為4-5，并將混合溶液在80℃下攪拌6?h。過(guò)濾后，用乙醇和去離子水洗滌多次，在80℃下真空干燥24?h，得到環(huán)氧功能化二氧化硅（sio2-g）。將5?g的9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（dopo）加入到500?ml的三頸反應(yīng)器中，并在160℃的氮?dú)夥諊杏驮〖訜??h，使dopo慢慢融化。再將2?g的sio2-g分批次加入到三頸反應(yīng)器中（分5次加入，間隔0.5?h）?；旌霞訜釘嚢??h。在完成反應(yīng)后，使用真空抽濾的方式對(duì)混合物進(jìn)行過(guò)濾，接著用乙醇和去離子水進(jìn)行多次洗滌，目的是去除未反應(yīng)的dopo。隨后，將經(jīng)過(guò)抽濾得到的粉末置于80℃的真空環(huán)境下干燥24?h，最終得到硅-磷阻燃劑（sio2-g-dp）。

6、（2）將5?g步驟（1）制備的sio2-g-dp在去離子水中超聲分散1?h，然后加入2?g的三乙醇胺和2?g的氨基甲酸脲。然后再次超聲分散1?h，將混合液在60℃攪拌2?h。后將攪拌完成的混合液放置到帶有聚四氟乙烯襯里的高壓反應(yīng)釜中，先在90℃下反應(yīng)4?h，然后升溫到240℃再反應(yīng)12?h，在完成反應(yīng)后，使用真空抽濾的方式對(duì)混合物進(jìn)行過(guò)濾，接著用乙醇和去離子水進(jìn)行多次洗滌，目的是去除未反應(yīng)的改性劑。隨后，將經(jīng)過(guò)抽濾得到的粉末置于80℃的真空環(huán)境下干燥24?h，最終得到硅-磷-氮阻燃劑即有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑（gc/sio2-g-dp）。

7、所述高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料的制備包括以下步驟：

8、（1）將有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑和尼龍6顆粒混合均勻，將混合料在80℃下干燥24?h，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；

9、（2）將步驟（1）所制備的混合顆粒在平板硫化機(jī)上先熱壓，在轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)平板硫化機(jī)上冷壓，制成長(zhǎng)和寬為10?cm，高度為0.3?cm的高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料樣條。

10、進(jìn)一步的，所述擠出造粒中各區(qū)溫度分別為215℃/220℃/225℃/225℃/230℃/230℃/235℃，螺桿的轉(zhuǎn)速為30?r/min；熱壓模壓溫度為235℃，模壓時(shí)間為10?min，熱壓模壓壓力為10?mpa；冷壓模壓溫度為室溫（25℃），模壓時(shí)間為10?min，冷壓模壓壓力為10mpa，最終得到高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料。

11、本發(fā)明的有益效果在于：

12、（1）本發(fā)明通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)硅阻燃劑的磷酸功能化和氮摻雜改性提高了阻燃填料在基體中的分散性，其與樹脂基體間較好的相容性提升了復(fù)合材料的力學(xué)性能。同時(shí)p-n-si系協(xié)同阻燃劑能夠產(chǎn)生協(xié)同阻燃作用，提高復(fù)合材料的阻燃性能。

13、（2）本發(fā)明制備的的阻燃劑不含有鹵族元素，同時(shí)在燃燒過(guò)程中能夠減少二氧化碳和一氧化碳等有毒氣體的排放，具有環(huán)境友好的特點(diǎn)。

14、（3）本發(fā)明制備的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑，不僅具有出色的成炭抑煙特性，還能有效改善聚合物的加工性能并提升其機(jī)械強(qiáng)度。制備的新型有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑結(jié)合了有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)組分的優(yōu)點(diǎn)，為高分子材料的阻燃性能和機(jī)械強(qiáng)度提供了新途徑。

技術(shù)特征：

1.一種高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料，其特征在于：原料按重量份數(shù)計(jì)：有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑3-8份，尼龍6顆粒92-97份；所述的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑為硅-磷-氮阻燃劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料，其特征在于：所述的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑的制備包括以下步驟：

3.一種制備如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料的方法，其特征在于：包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：擠出造粒中各區(qū)溫度分別為215℃/220℃/225℃/225℃/230℃/230℃/235℃，螺桿轉(zhuǎn)速為30?r/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：熱壓模壓溫度為235℃，時(shí)間為10?min，壓力為10?mpa；冷壓模壓溫度為室溫，時(shí)間為10?min，壓力為10?mpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料加工領(lǐng)域。所述高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料由以下重量份原料制成，有機(jī)?無(wú)機(jī)雜化阻燃劑（GC/SiO2?g?DP）3?8份，尼龍6顆粒92?97份。以無(wú)機(jī)顆粒SiO2作為載體，通過(guò)磷酸功能化和氮摻雜改性，制備了硅?磷?氮阻燃劑即有機(jī)?無(wú)機(jī)雜化阻燃劑（GC/SiO2?g?DP）。GC/SiO2?g?DP表面含磷元素的自由基淬滅作用和含氮元素的氣體稀釋作用，可達(dá)到協(xié)同阻燃效果，有利于致密殘?zhí)繉拥男纬?，并且在尼?燃燒過(guò)程中GC/SiO2?g?DP降解遷移到燃燒層表面形成穩(wěn)定的SiO2結(jié)構(gòu)，增加了殘?zhí)繉拥姆€(wěn)定性。同時(shí)GC/SiO2?g?DP作為剛性介質(zhì)，提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。采用熔融共混和模壓成型的方法制備出一種高強(qiáng)度阻燃尼龍6復(fù)合材料，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭玉嬰,李謙
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10