本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料及其制备方法和应用。
背景技术：
导热塑料具有金属和陶瓷的高热传导性能，同时还保留了普通塑料在设计、性能和成本方面的优点，广泛应用于led照明行业。随着led照明灯具的功率越来越大，散热已成为影响其使用寿命的重要因素，急需研制高可靠性、高导热综合性能优异的导热高分子材料。
为满足led照明灯具使用安全的要求，一般要求塑料外壳材料阻燃级别达到ul94v-0级别，目前通常的做法是往材料内添加溴系阻燃剂、三氧化二锑、红磷等阻燃剂，溴系阻燃剂燃烧可能产生有害物质，它本身也可能从材料中释放，进入生态环境和食物链。红磷阻燃剂存在晰出及加工过程气味偏大问题。
技术实现要素：
为解决上述提到的现有技术中存在的不足和问题，本发明提供一种阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料及其制备方法和应用，其中本发明提供的新材料在具备高导热系数的同时保持良好的机械性能、加工性能、阻燃、低气味，且其制备简单，可操作性强，易于实施。
本发明提供的一种阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料，按照重量配比的成分包括：
进一步地，按照重量配比的成分包括：
进一步地，所述pa6树脂选用粘度为2.0-2.4pa·s；所述pps树脂选用熔融指数为500-1000g/min。
进一步地，所述石墨烯微片选用片层直径7-10μm，厚度小于100nm。
进一步地，所述沥青基碳纤维选用短切碳纤维，纤维直径7μm，短切长度4.5-6mm，拉伸强度2.0-5gpa，导热系数500-700w/(m.k)。
进一步地，所述二乙基次膦酸铝其分子式为al(po2c4h10)3，外观呈白色粉末状，平均粒径15-20μm。
进一步地，所述抗氧剂选用受阻酚类抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)与亚磷酸酯类抗氧剂168(三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)复配，为1:1的1010/168。
进一步地，所述润滑剂为科莱恩的e蜡和蒙旦蜡的一种或两种；所述黑色母选用pa载体，炭黑含量30％-40％。
本发明还提供一种上述的阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将按照一定重量配比的pa6树脂、pps树脂、石墨烯微片、抗氧剂、润滑剂、二乙基次膦酸铝加入混料机中混合5-10min，得到预混合物料；
步骤二、将预混合物料通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，将沥青基碳纤维从侧喂料口加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融挤出；
步骤三、采用水冷拉条切粒方式，再经过筛分脱水制得阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料。
本发明还提供根据上述任一阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料或上述方法制备的阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料在led照明产品方面的应用。
本发明通过添加石墨烯、二乙基次膦酸铝、pps复配，互相协同作用，使材料达到阻燃v-0级别，复配体系可减少加工、使用及发生火灾燃烧过程中的气味。
其中，石墨烯本身高导热意味着局部的热量被传导到其余的材料中并分散，使得火势难以传播。且燃烧时石墨烯将残留在材料燃烧前沿产生迷宫效应，其中热量和燃烧气体必须遵循通向燃料的曲折路径，并且这有效地防止了火焰的蔓延。
添加的碳纤维会起反作用，破坏碳层的封闭且纤维会引起烛芯效应，即类似于蜡烛的烛芯，因为表面张力的作用将燃料源源不断的迁移到燃烧前沿，添加二乙基次膦酸铝的目的在于使聚合物碳化，破坏聚合物迁移的通道，同时二乙基次膦酸铝催化聚合物的成碳与石墨烯一起作用封闭碳层、隔离氧气。二乙基次膦酸铝也去除燃烧的高能量区的自由基起气相阻燃的作用。除了阻燃效果，石墨烯和二乙基次膦酸铝相互作用，促进聚合物成碳与石墨烯结合，发泡的碳层具有非常高的表面积，这可以吸附易燃有机挥发物，并阻止其在燃烧过程中的释放和扩散、降低燃烧过程的气味和毒性。
pps树脂具有极高的极限氧指数，可以从整体上提高材料的难燃程度。本发明还通过添加聚苯硫醚材料，良好的解决了材料无法良好包覆石墨烯微片造成石墨烯易从材料表面剥离、材料偏脆的请况。因石墨烯片层间的作用力非常小，当石墨烯没有被塑料包覆时，石墨烯很容易剥离，类似于使用铅笔在纸上划痕，本发明使用pps为利用低分子量，高流动的pps对石墨烯进行包覆，改善这种情况，同时提高材料的冲击强度。
本发明阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料的制备方法，其制备简单，可操作性强，易于实施，可借助于现有的成熟技术双螺杆挤出机即可实现大规模工业化生产，具有非常广阔的应用前景。
本发明提供的根据阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料在led照明产品方面的应用，通过添加碳纤维和石墨烯，降低了材料的收缩率及翘曲。目前led行业普通采用塑料外壳包裹铝基板的形式实现散热设计，当塑料材料的收缩率与铝基板收缩率差异较大及发生翘曲时，铝基板易与塑料分离，导致散热不良，针状碳纤维的加入可以减少塑料的收缩率，而因为注塑过程针状纤维的取向作用，导致流动方向和垂直于流动方向的收缩率不一致，引发翘曲变形，片状石墨烯材料的加入，可同时抑制两个方向的变形，降低翘曲，提高整体平整度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的根据阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料如表1的实施例1-4(各组分按照重量配比)：
表1
为了便于比较证明本发明提供的组分之间的协调作用，本发明还提供如表2的对比例1-4(各组分按照重量配比)：
表2
以下为上述实施例和对比例的制备方法(按表1和表2的重量百分比称取各实施例的组分)：
第一步、将pa6树脂、pps树脂在110℃条件下，烘干3h，然后将烘干后的pa6树脂、pps树脂和石墨烯微片、二乙基次膦酸铝、黑色母、抗氧剂、润滑剂加入到高速混合机中混合5min，混合机的转速为300r/min，在混料机中混合均匀得到预混合物料；
第二步、将预混合物料从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，沥青基碳纤维从侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融挤出；
第三步、采用水冷拉条切粒方式，再经过筛分脱水制得阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料。
其中，步骤二中将沥青基碳纤维通过侧向喂料系统，在双螺杆挤出机机筒的第五至第六节加入，使其直接与已融化的塑料混合，以便提高纤维最终在材料中的保留强度。
具体地，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，主机转速为400r/min，双螺杆挤出机中从进料段到机头的各反应段温度分别为250℃、260℃、270℃、280℃、280℃、280℃、280℃、270℃、275℃、280℃，模头温度为280℃。
将实施例1-4、对比例1-4制备的阻燃尼龙/聚苯硫醚合金材料在270℃-300℃注塑成型温度下注塑得到测试样条，测试样条的相关性能测试和测试方法详见表3和表4。
表3：实施例1-4的测试数据
表4：对比例1-4的测试数据
上述实验数据表明：通过在石墨烯导热尼龙中合理添加沥青基碳纤维可以替代部分石墨烯，减少高导热塑料中石墨烯的添加量，同时提高材料的机械强度，高流动pps的加工，可以提高材料熔融指数，改善加工，同时提高材料的冲击强度；添加石墨烯与沥青基碳纤维配合使用，可以在降低流向收缩率的同时，降低横向流向收缩率，提高材料与铝基板贴合的能力，保证led散热器整体散热均匀。
添加二乙基次膦酸铝可以有效保证材料的阻燃级别在v-0级别。黑色母加入的意义在于保证材料颜色的一致性，不因配方组分的波动而波动。
此外，发明人将实施例1-4在制备方法也做了实验对比，一种是将沥青基碳纤维直接和其他组分直接从主喂料口加入到双螺杆挤出机(制备方法a)；另一种是将沥青基碳纤维通过侧向喂料系统，在双螺杆挤出机机筒的第五至第六节加入到预混合物料(制备方法b)。实验结果表明，采用制备方法a的冲击强度性能指数平均值是4.8kj/m2，采用制备方法b的冲击强度性能指数平均值是3.3kj/m2，由此可见，发明人采用的制备方法a有效提高了纤维最终在材料中的保留强度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。