[发明专利]连续玄武岩纤维增强无卤阻燃尼龙材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维增强聚合物材料及其制备方法，尤其涉及一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃尼龙材料及其制备方法，属于改性尼龙复合材料技术领域。

背景技术

玄武岩作为一种火山岩，它是在地球深处经过高温高压和漫长的历史演变而成的。玄武岩通过浇铸工艺制成瓦及板用于建筑市场已有多年历史，浇铸的玄武岩钢管内衬有很高的耐磨性，广泛应用于工业生产中，此外玄武岩在粉碎状态下还可以用作混凝土的集料。

采用天然耐火玄武岩挤出的连续纤维，在几乎所有的用途方面都可以用来替代石棉纤维。近十年来，玄武岩纤维已成为增强复合材料的竞争性材料，其与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维的高强度和高模量的特点外，还具有耐高温性佳、抗氧化好、抗辐射好、绝热隔音效果佳、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新型基础材料和高技术纤维。

聚酰胺俗称尼龙（PA），是四大工程塑料之一，其具有高强度、高耐磨性、耐油、耐弱酸、自润滑、绝缘性及易加工等优良性能，广泛应用于汽车、机械、电动工具、交通、建筑等多个行业。尤其随着目前节能环保理念的深入人心，以塑代钢成为一个越发明显的趋势，特别是经过增强的尼龙材料，其耐磨性、比强度（即强度与密度之比）均有良好的表现，甚至优于普通的钢材。但在应用于某些领域如电子电器及矿山、传送设备时，尼龙材料的阻燃性能需要得到提高，达到UL94-V0级别，以保证一定的安全级别。目前常用阻燃尼龙材料不仅韧性低且使用的阻燃原料通常为含卤素的，其在阻燃过程中会产生不利于人体和环境的有害气体，因此研究无卤阻燃尼龙复合材料，尤其是以玄武岩纤维增强的无卤阻燃复合材料具有重大的现实意义及必要性。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃尼龙材料及其制备方法，该方法采用混合法生产出的材料综合力学性能有优异、环保可靠，且方法高效简便、成本低廉、易于控制。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃尼龙材料，其主要由连续玄武岩纤维增强尼龙母粒和无卤阻燃母粒掺混而成，其中所述连续玄武岩纤维增强尼龙母粒主要由连续玄武岩纤维、尼龙树脂和硅烷偶联剂组成，所述无卤阻燃母粒主要由聚烯烃树脂、无卤阻燃剂和阻燃协效剂组成。

其进一步的技术方案是：

所述连续玄武岩纤维增强无卤阻燃尼龙材料还包括调节量的尼龙树脂。

所述尼龙树脂为尼龙6、尼龙1010、尼龙66和尼龙46中一种或两种的混合物，优选为尼龙6和尼龙66。

所述连续玄武岩纤维增强尼龙母粒和所述无卤阻燃母粒中均还包括适用量的热稳定剂和润滑剂。

所述连续玄武岩纤维增强尼龙母粒中连续玄武岩纤维的含量为40~60%，尼龙树脂的含量为35~58%，硅烷偶联剂的含量为2~5%，上述百分比均为各组分占连续玄武岩纤维增强尼龙母粒总重量的百分比。

所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

所述无卤阻燃母粒中聚烯烃树脂的含量为15~40%，无卤阻燃剂的含量为50~75%，阻燃协效剂的含量为9~15%，上述百分比均为各组分占无卤阻燃母粒总重量的百分比。

所述无卤阻燃母粒中的聚烯烃树脂为在2.16kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚丙烯、在1.90 kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚乙烯、和分子量分布曲线呈现不少于两峰的聚乙烯中的至少一种。

所述无卤阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐、红磷、季戊四醇磷酸酯中的至少一种，所述阻燃协效剂为硼酸锌、二氧化钛和水滑石中的至少一种。

本发明还提供了一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃尼龙材料的制备方法，该方法主要包括以下步骤：

（1）制备连续玄武岩纤维增强尼龙母粒：将使用量的尼龙树脂、使用量的硅烷偶联剂、调节量的尼龙树脂、适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂从双螺杆挤出机模头中加入，进行充分熔融并混合均匀，然后将使用量的连续玄武岩纤维从专用模头中拉出，将该拉出的连续玄武岩纤维依次经过水冷、切粒，得到长度为5~12mm的连续玄武岩纤维增强尼龙母粒；