[发明专利]高CTI值无卤阻燃聚甲醛复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚甲醛复合材料，尤其是一种高CTI值无卤阻燃聚甲醛复合材料及其制备方法。

背景技术

聚甲醛（POM）分为均聚甲醛和共聚甲醛两大类，其产量在五大工程塑料中排名第三，仅次于聚酰胺和聚碳酸酯。聚甲醛综合性能优良，特别是其硬度、强度和刚性能够和金属相媲美。聚甲醛分子链柔顺，具有弱极性，链结构规整，结晶度高，赋予其独特的力学性能和良好的自润滑性。聚甲醛摩擦系数较低，不易磨损，并且耐油性、耐化学药品性、抗蠕变性以及热电性能都很好，能在较宽的温度范围内保持其所具有的力学、化学和电学性能，同时吸水率非常低。因此聚甲醛广泛的应用在汽车、纺织配件、电子电器工业、精密机械、五金建材等领域。

然而，研究发现，聚甲醛作为聚合物绝缘材料的一种，和其他聚合物材料一样具有特殊的电器破坏现象（即电痕破坏现象）。外加电压作用下的聚甲醛表面在潮湿、污秽和正负离子污染物污染的环境下将有漏电电流产生，漏掉的电能以热量的形式散发出去，致使漏电附近的表面水分被蒸发形成干燥带，在干燥带形成瞬间液膜时，场强达到放电场强致使瞬间击穿放电，在击穿放电产生的热量的作用下，聚甲醛表面产生局部碳化，碳化区域的导电率变高，电阻变小，使电场强度都集中在碳化区域，导致放电的循环发生，致使在碳化区域周围会生成更多的碳化物，由于碳化物是导电的，积累到一定程度后就会贯通导电通道，导致电路短路，产生电痕破坏。一旦电痕破坏现象发生，会出现一系列的恶化现象：导电通道的存在使碳化区域不断扩大，最终聚甲醛被击穿破坏；在导电的过程中聚甲醛表面会出现一些凹坑，最终产生电腐蚀；在导电的过程中产生大量的热量，致使聚甲醛着火产生破坏。又由于聚甲醛自身骨架为碳氧交替排列的特殊结构，其氧含量高达53wt.%，导致其氧指数极低（15vol.%左右），故聚甲醛极易燃烧，并且燃烧的时候会伴随严重的滴落现象。聚甲醛燃烧过程中释放的是可燃的甲醛气体，燃尽后几乎不存在任何残留物。再者，质子酸或Lewis酸（如甲酸、卤化氢、卤化锑等）会通过“拉链”效应催化聚甲醛解聚为甲醛单体。这些缺陷严重限制了其在潮湿环境下工作的电子电元器件、高压电器开关等对材料CTI值（相对电痕指数，comparative tracking index）和阻燃性能要求高的领域的应用，因此对聚甲醛进行高CTI值和阻燃改性是十分必要的。然而，通过传统含卤素化合物阻燃剂的加入来实现聚甲醛高CTI值和阻燃的办法是行不通的。迄今为止，人们通过使用氮磷阻燃剂或含锑化合物来阻燃聚甲醛，虽然达到了对聚甲醛阻燃的目的，但是阻燃剂的加入大幅度的降低了CTI值，同时材料的力学性能也被大大的削弱。如专利CN101508820B公开了一种环保型无卤阻燃聚甲醛复合材料的方法，其采用聚磷酸铵与三聚氰胺复配得到阻燃复配剂能把聚甲醛复合材料的阻燃性能提高到UL94 V-0级，但是其CTI值没有提高，而且力学性能下降得非常厉害。专利CN102061058A公开了一种无卤阻燃玻纤增强聚甲醛复合材料及其制备方法，其采用玻纤增强阻燃聚甲醛复合材料，能把聚甲醛的极限氧指数提高到60，力学性能较好，而CTI值非常的低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高CTI值、无卤阻燃的高CTI值无卤阻燃聚甲醛复合材料；本发明还公开了该聚甲醛复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明由下述重量份数的原料熔融而成：共聚甲醛树脂55.0～70.0份、阻燃剂14.0～23.0份、阻燃增效剂6.0～8.0份、具有阻燃协效性的无机填料10.0～20.0份、超细颗粒10.0～20.0份、增韧剂3.0～5.0份、甲醛吸收剂0.5～1.5份和抗氧化剂0.2～0.3份；所述的阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸酯、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐和三聚氰胺硼酸盐中的一种或两种；所述阻燃增效剂为三聚氰胺或双氰胺；所述的无机填料为经硅烷偶联剂表面改性的氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸镁和硼酸锌中的至少两种的混合物；所述的超细颗粒为经钛酸酯偶联剂表面改性的硅灰石、碳酸钙晶须或滑石粉。

本发明所述无机填料的改性方法为：将无机填料置于高速混合机中进行混合搅拌，将浓度为10wt%的硅烷偶联剂石油醚溶液均匀地喷淋在无机填料中，所述硅烷偶联剂石油醚溶液与无机填料的质量比为1:9，混合搅拌20～40min后，在80～120℃下干燥5～10h。所述的硅烷偶联剂为2-(3,4环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或两种混合物。