本發明屬于(yu)復合材料(liao)(liao)加工領域，具體(ti)涉及一種(zhong)高強度(du)阻燃尼(ni)龍6復合材料(liao)(liao)及其制備(bei)方法。

背景技術：

1、聚(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)材(cai)料(liao)(liao)的(de)高(gao)(gao)可燃(ran)性和(he)(he)高(gao)(gao)排煙性嚴重阻(zu)礙了聚(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)復合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)在高(gao)(gao)性能材(cai)料(liao)(liao)領域的(de)發展和(he)(he)應用(yong)。因此(ci)，提高(gao)(gao)阻(zu)燃(ran)抑煙性能對擴大聚(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)復合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)的(de)應用(yong)具有重要的(de)現(xian)實意義(yi)。阻(zu)燃(ran)劑是提高(gao)(gao)聚(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)復合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)阻(zu)燃(ran)抑煙性能的(de)功能性助劑，能夠賦予聚(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)復合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)不易(yi)燃(ran)性、自熄性和(he)(he)抑煙性。

2、硅系阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)作為一種創新(xin)的(de)無鹵(lu)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)，不僅具(ju)有出色的(de)成炭抑煙特性(xing)，還能有效改善聚合物的(de)加工性(xing)能并提升其機械強度。根據成分和(he)應(ying)用方式，硅系阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)可細分為反(fan)應(ying)型有機硅系阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)和(he)無機硅系阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)兩類。反(fan)應(ying)型有機硅系阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)和(he)無機硅系阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)常(chang)與氮(dan)磷系阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)一起使(shi)用，形成p-n-si協同(tong)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)燃(ran)(ran)體系。

3、然而，使(shi)用阻(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)的(de)一個挑(tiao)戰是，由于它們與聚合(he)物(wu)(wu)基體的(de)界面相容性(xing)差，會(hui)對(dui)聚合(he)物(wu)(wu)的(de)機(ji)械(xie)性(xing)能產(chan)生不(bu)利影(ying)響。研究(jiu)人員一直在追求(qiu)聚合(he)物(wu)(wu)的(de)機(ji)械(xie)增(zeng)強。有機(ji)-無(wu)機(ji)雜(za)化阻(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)是一類具(ju)有重(zhong)要應用前景的(de)聚合(he)物(wu)(wu)材(cai)料(liao)改性(xing)方法。這(zhe)些雜(za)化阻(zu)燃(ran)(ran)劑(ji)結合(he)了有機(ji)和(he)(he)無(wu)機(ji)組分(fen)的(de)優點，為(wei)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)的(de)阻(zu)燃(ran)(ran)性(xing)能和(he)(he)機(ji)械(xie)強度提供(gong)了新(xin)途徑。

4、本發明制(zhi)備了p-n-si系協同(tong)(tong)阻(zu)燃(ran)劑即有機(ji)-無機(ji)雜(za)(za)化(hua)(hua)阻(zu)燃(ran)劑（gc/sio2-g-dp），首先用9,10-二氫-9-氧(yang)雜(za)(za)-10-磷雜(za)(za)菲-10-氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)對無機(ji)阻(zu)燃(ran)劑sio2進行(xing)磷酸(suan)功能化(hua)(hua)，制(zhi)備了si-p系阻(zu)燃(ran)劑，后在此基(ji)礎上用三乙醇(chun)胺(an)和氨基(ji)甲酸(suan)脲對其進行(xing)氮(dan)(dan)摻(chan)雜(za)(za)改性(xing)，最終得(de)到gc/sio2-g-d。經過(guo)改性(xing)得(de)到的有機(ji)-無機(ji)雜(za)(za)化(hua)(hua)阻(zu)燃(ran)劑改善了阻(zu)燃(ran)劑與基(ji)體樹(shu)脂的界(jie)面作(zuo)用，增強(qiang)了無機(ji)粒子在復合材(cai)料中的機(ji)械增強(qiang)效果。同(tong)(tong)時，gc/sio2-g-d含磷自由基(ji)的猝滅作(zuo)用和含氮(dan)(dan)元素不(bu)可(ke)燃(ran)氣體的稀釋作(zuo)用以及凝(ning)聚相中碳(tan)層的阻(zu)礙作(zuo)用共同(tong)(tong)促成了尼龍6復合材(cai)料優(you)異的阻(zu)燃(ran)性(xing)。總之，p-n-si系協同(tong)(tong)阻(zu)燃(ran)劑即有機(ji)-無機(ji)雜(za)(za)化(hua)(hua)阻(zu)燃(ran)劑（gc/sio2-g-dp），不(bu)僅(jin)在阻(zu)燃(ran)性(xing)能方面表現出色，且對環境友好。

技術實現思路

1、本發明的目的在(zai)于提供一種高強(qiang)度阻燃尼龍(long)6復合材(cai)料及其制備方法(fa)，其具有良(liang)好的阻燃性能以及力(li)學性能。

2、為實(shi)現上述目的，本發明(ming)采用如下技術(shu)方案：

3、一(yi)種高強度阻燃尼龍6復合材料(liao)，其所用原料(liao)按重量份(fen)數計包(bao)括：有機-無機雜化阻燃劑（gc/sio2-g-dp）3-8份(fen)，尼龍6顆92-97份(fen)。

4、其(qi)中，所(suo)述的(de)有(you)機-無機雜化(hua)阻燃劑(ji)（gc/sio2-g-dp），其(qi)制備包括以(yi)下步驟：

5、（1）先將(jiang)(jiang)sio2在100℃下(xia)(xia)干(gan)燥(zao)48?h，然后(hou)將(jiang)(jiang)干(gan)燥(zao)好的(de)(de)(de)5?g的(de)(de)(de)sio2粉末(mo)(mo)放入(ru)到(dao)500?ml乙醇(chun)溶(rong)液(ye)中(zhong)（95%），往溶(rong)液(ye)中(zhong)滴(di)入(ru)1.5?ml的(de)(de)(de)γ-縮水甘油(you)(you)醚氧(yang)丙基三(san)甲氧(yang)基硅(gui)烷(wan)，加(jia)入(ru)乙酸(suan)將(jiang)(jiang)溶(rong)液(ye)的(de)(de)(de)ph調整為4-5，并將(jiang)(jiang)混(hun)合溶(rong)液(ye)在80℃下(xia)(xia)攪拌(ban)6?h。過濾后(hou)，用(yong)乙醇(chun)和去(qu)離(li)子水洗滌(di)多(duo)次(ci)，在80℃下(xia)(xia)真空(kong)干(gan)燥(zao)24?h，得到(dao)環氧(yang)功能化(hua)二氧(yang)化(hua)硅(gui)（sio2-g）。將(jiang)(jiang)5?g的(de)(de)(de)9,10-二氫-9-氧(yang)雜-10-磷雜菲-10-氧(yang)化(hua)物（dopo）加(jia)入(ru)到(dao)500?ml的(de)(de)(de)三(san)頸(jing)反(fan)應器中(zhong)，并在160℃的(de)(de)(de)氮氣氛圍中(zhong)油(you)(you)浴加(jia)熱1?h，使dopo慢慢融化(hua)。再(zai)將(jiang)(jiang)2?g的(de)(de)(de)sio2-g分(fen)批次(ci)加(jia)入(ru)到(dao)三(san)頸(jing)反(fan)應器中(zhong)（分(fen)5次(ci)加(jia)入(ru)，間(jian)隔0.5?h）。混(hun)合加(jia)熱攪拌(ban)6?h。在完成反(fan)應后(hou)，使用(yong)真空(kong)抽(chou)濾的(de)(de)(de)方式對混(hun)合物進行過濾，接著用(yong)乙醇(chun)和去(qu)離(li)子水進行多(duo)次(ci)洗滌(di)，目的(de)(de)(de)是去(qu)除未反(fan)應的(de)(de)(de)dopo。隨后(hou)，將(jiang)(jiang)經過抽(chou)濾得到(dao)的(de)(de)(de)粉末(mo)(mo)置于80℃的(de)(de)(de)真空(kong)環境(jing)下(xia)(xia)干(gan)燥(zao)24?h，最終得到(dao)硅(gui)-磷阻燃劑(ji)（sio2-g-dp）。

6、（2）將5?g步(bu)驟（1）制備的(de)sio2-g-dp在去離子(zi)水中超聲(sheng)分(fen)(fen)散1?h，然后(hou)(hou)加入2?g的(de)三乙(yi)醇(chun)(chun)胺和(he)2?g的(de)氨(an)基甲酸(suan)脲。然后(hou)(hou)再次超聲(sheng)分(fen)(fen)散1?h，將混(hun)合(he)液在60℃攪拌2?h。后(hou)(hou)將攪拌完成的(de)混(hun)合(he)液放置到(dao)帶有聚四氟乙(yi)烯襯(chen)里的(de)高(gao)壓反(fan)應釜(fu)中，先在90℃下(xia)反(fan)應4?h，然后(hou)(hou)升溫到(dao)240℃再反(fan)應12?h，在完成反(fan)應后(hou)(hou)，使用真空(kong)抽濾(lv)的(de)方(fang)式(shi)對(dui)混(hun)合(he)物(wu)進(jin)行過濾(lv)，接著用乙(yi)醇(chun)(chun)和(he)去離子(zi)水進(jin)行多次洗滌(di)，目的(de)是去除未反(fan)應的(de)改性劑(ji)。隨后(hou)(hou)，將經(jing)過抽濾(lv)得到(dao)的(de)粉末(mo)置于80℃的(de)真空(kong)環境下(xia)干燥24?h，最終得到(dao)硅(gui)-磷-氮阻燃(ran)劑(ji)即有機-無機雜(za)化阻燃(ran)劑(ji)（gc/sio2-g-dp）。

7、所述高強度(du)阻燃尼龍6復合材料的制備包括以下步驟：

8、（1）將有機-無機雜(za)化(hua)阻燃劑和(he)尼龍6顆粒混(hun)合(he)均勻(yun)，將混(hun)合(he)料在(zai)80℃下干燥(zao)24?h，然后(hou)經雙螺桿擠出(chu)機擠出(chu)造(zao)粒；

9、（2）將步驟（1）所制備的(de)(de)混合顆(ke)粒(li)在(zai)平板(ban)硫(liu)化(hua)機上先熱壓(ya)，在(zai)轉移到另一臺(tai)平板(ban)硫(liu)化(hua)機上冷壓(ya)，制成長和寬(kuan)為10?cm，高度為0.3?cm的(de)(de)高強(qiang)度阻燃尼(ni)龍(long)6復合材料樣條。

10、進一步的(de)，所述擠出造粒中(zhong)各區溫度分別為215℃/220℃/225℃/225℃/230℃/230℃/235℃，螺桿的(de)轉速為30?r/min；熱(re)壓(ya)(ya)模(mo)壓(ya)(ya)溫度為235℃，模(mo)壓(ya)(ya)時間為10?min，熱(re)壓(ya)(ya)模(mo)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)力(li)為10?mpa；冷(leng)壓(ya)(ya)模(mo)壓(ya)(ya)溫度為室溫（25℃），模(mo)壓(ya)(ya)時間為10?min，冷(leng)壓(ya)(ya)模(mo)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)力(li)為10mpa，最終得到高強(qiang)度阻燃(ran)尼龍6復合材料(liao)。

11、本發明的有(you)益效果在于：

12、（1）本發明(ming)通過對無機硅阻(zu)(zu)燃劑的(de)磷酸(suan)功(gong)能化和氮摻雜改性(xing)提高(gao)了阻(zu)(zu)燃填料在(zai)基體中的(de)分(fen)散性(xing)，其與樹脂基體間較好的(de)相容性(xing)提升了復合(he)材料的(de)力學性(xing)能。同(tong)時p-n-si系協(xie)同(tong)阻(zu)(zu)燃劑能夠產生(sheng)協(xie)同(tong)阻(zu)(zu)燃作用，提高(gao)復合(he)材料的(de)阻(zu)(zu)燃性(xing)能。

13、（2）本發明制備(bei)的(de)(de)的(de)(de)阻(zu)燃(ran)劑不含(han)有(you)(you)鹵(lu)族元素，同(tong)時(shi)在燃(ran)燒過程中能夠(gou)減少二(er)氧化碳(tan)和一氧化碳(tan)等有(you)(you)毒氣(qi)體的(de)(de)排放(fang)，具(ju)有(you)(you)環境友好的(de)(de)特點。

14、（3）本發明制(zhi)備(bei)的(de)有(you)機(ji)(ji)-無(wu)機(ji)(ji)雜化阻(zu)燃(ran)劑，不(bu)僅(jin)具有(you)出(chu)色的(de)成(cheng)炭(tan)抑煙特性，還能有(you)效改善聚合物的(de)加工(gong)性能并提升其機(ji)(ji)械(xie)強度(du)。制(zhi)備(bei)的(de)新型有(you)機(ji)(ji)-無(wu)機(ji)(ji)雜化阻(zu)燃(ran)劑結合了有(you)機(ji)(ji)阻(zu)燃(ran)劑和無(wu)機(ji)(ji)組分(fen)的(de)優點，為高分(fen)子材料(liao)的(de)阻(zu)燃(ran)性能和機(ji)(ji)械(xie)強度(du)提供了新途徑。

技術特征：

1.一種(zhong)高(gao)強度阻(zu)燃(ran)尼龍(long)6復合(he)材料，其特征(zheng)在于(yu)：原(yuan)料按重量份(fen)數(shu)計：有(you)機-無機雜(za)化阻(zu)燃(ran)劑(ji)3-8份(fen)，尼龍(long)6顆粒(li)92-97份(fen)；所(suo)述的有(you)機-無機雜(za)化阻(zu)燃(ran)劑(ji)為硅(gui)-磷-氮阻(zu)燃(ran)劑(ji)。

2.根據權(quan)利要求(qiu)1所(suo)述(shu)的高強度阻燃(ran)尼龍6復合材(cai)料，其特征在于(yu)：所(suo)述(shu)的有機-無(wu)機雜化阻燃(ran)劑的制備(bei)包括以下(xia)步驟(zou)：

3.一種制(zhi)備(bei)如權利(li)要求1所述的(de)高強度阻燃尼龍6復合(he)材料的(de)方法，其特征在于：包括以(yi)下步(bu)驟：

4.根(gen)據權利要求3所述(shu)的(de)方法，其(qi)特征(zheng)在于：擠出(chu)造(zao)粒中各區溫(wen)度分別為(wei)215℃/220℃/225℃/225℃/230℃/230℃/235℃，螺桿轉(zhuan)速為(wei)30?r/min。

5.根據權利要(yao)求3所述的(de)方(fang)法，其特(te)征在于：熱壓(ya)模壓(ya)溫度(du)為(wei)235℃，時間為(wei)10?min，壓(ya)力為(wei)10?mpa；冷壓(ya)模壓(ya)溫度(du)為(wei)室(shi)溫，時間為(wei)10?min，壓(ya)力為(wei)10?mpa。

技術總結
本發明公開了一種高強度阻燃尼龍6復合材料及其制備方法，屬于復合材料加工領域。所述高強度阻燃尼龍6復合材料由以下重量份原料制成，有機?無機雜化阻燃劑（GC/SiO2?g?DP）3?8份，尼龍6顆粒92?97份。以無機顆粒SiO2作為載體，通過磷酸功能化和氮摻雜改性，制備了硅?磷?氮阻燃劑即有機?無機雜化阻燃劑（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，可達到協同阻燃效果，有利于致密殘炭層的形成，并且在尼龍6燃燒過程中GC/SiO2?g?DP降解遷移到燃燒層表面形成穩定的SiO2結構，增加了殘炭層的穩定性。同時GC/SiO2?g?DP作為剛性介質，提高了復合材料的力學性能。采用熔融共混和模壓成型的方法制備出一種高強度阻燃尼龍6復合材料，應用前景廣闊。

技術研發人員：鄭玉嬰,李謙
受保護的技術使用者：福州大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/10