一种连续玻纤增强阻燃尼龙复合板材及其制造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种连续玻纤增强阻燃尼龙复合板材及其制造工艺。
【背景技术】
[0002] 连续玻纤增强热塑性复合材料是近几年发展起来的新型材料。最早是由美国PPG、 Ticona、德国Dieffenbacher、W.P等公司提出来的。目前，已商品化的主要长玻纤增强PP、 长玻纤增强尼龙6 (PA6)、长玻纤增强尼龙66 (PA66)粒料以及长玻纤增强PP片材。Ticona 成功开发出长玻纤增强？466，并用于汽车发动机周边部件；016€€6油&(*6^1.?公司先后 开发出长玻纤增强PA66、PA6,并用于汽车发动机底座防护板；广州金发科技开发了长玻纤 增强PP，用于汽车、家电部件。上述长玻纤增强复合材料主要用于注塑成型各种零部件，该 长玻纤增强材料较短玻纤增强材料的力学性能高50%以上，特别适用于注射成型汽车、机 械的结构部件，但是，由于玻纤长度较长，材料的加工流动性较短玻纤增强材料小，同时，现 有注塑机结构及模具不适合此类材料的加工，必须使用螺槽深螺距大的注塑机，模具流道 要宽，否则，成品性能差体现不了长玻纤增强的性能优势。
[0003]继PPG公司开发出连续玻纤增强聚丙烯片材后，国内上海杰事杰新材料于2008年 开发出长玻纤增强聚丙烯（PP)板材，用于冷藏箱内衬板；浙江双鱼公司2011年开发出PP/ 玻纤片材，用于游艇、管道骨架等。在已开发的连续玻纤增强热塑性复合材料中，大多是PP/ GF(玻纤）复合材料及PP/GF片材。其中，PP/GF复合材料制造技术日趋成熟，但是，PP/GF 片材仍有一些技术需要解决，如片材宽幅仅能制造I. 2m宽的材料，牵伸速度仅为20m/min， 大宽幅片材的工程化还存在技术难题，究其主要原因是，树脂熔体快速分散与玻纤纱均匀 包覆困难。
[0004] 现有技术中，在采用玻纤纱连续浸润包覆工艺时，玻纤纱如何分散成单纤进入浸 润包覆模头，以及玻纤经过模头过程中如何保持连续不断，分散排列均一的问题，均未得到 有效解决。
[0005]从产品结构上看，连续长玻纤复合材料主要是PP/GF复合材料，PA/GF复合材料及 其板材，商品化产品较少，其主要原因是，人们未找到高融指即高流动性尼龙树脂。普通树 脂难以在短时间内浸润包覆玻纤纱，由于玻纤包覆不好，造成牵引困难，严重影响复合材料 力学性能，进而导致片材性能差。
[0006]CN102732005A公开了一种阻燃玻纤增强PA6/PA11合金组合物及其制备方法。该 方法采用PA6、PAll为基料，添加阻燃母粒以及玻璃纤维、抗氧剂、分散剂，经双螺杆熔融挤 出造料，制备出一种高CTI值、低阻燃剂析出、无卤环保、综合性能均衡的复合材料，可用于 电子电器领域。
[0007]CN103665837A公开了一种由PA6为基体树脂，次膦酯盐为阻燃剂，玻纤为增强剂， 添加部分相容剂、润滑剂和抗氧剂制备无卤阻燃PA6的方法。该方法制备的复合材料力学 性能好，颜色稳定，环境友好。
[0008] CN103709743A公开了一种无卤阻燃玻纤增强尼龙66的制备方法。该方法以PA66 为基料、E型玻纤为增强剂，有机次磷酸酯类为阻燃剂，并添加其它助剂，制备出了环保性和 力学性能较高的材料，用于电子电器领域。
[0009] CN104559151A公开了一种以PA6为基料，水滑石和红磷复配作阻燃剂，玻纤为增 强剂，并添加部分其它助剂制备无卤阻燃增强尼龙的方法。该方法制备的材料机械性能优 异，热变形温度高，成本较低。
[0010] CN102492295B公开了以尼龙为基料，添加超细化红磷母粒、协效剂、玻纤以及其它 助剂，制备了一种超细化、低析出红磷玻纤增强的尼龙复合材料。
[0011] 以上专利文献报道的技术方案，所采用的玻纤为非连续纤维，所制造的阻燃防火 复合材料为颗粒材料，仅适合制造注射成型加工领域，不适合制造板材。且制造复合材料的 工艺为双螺杆共混挤出工艺，这种工艺制造的复合材料的力学性能远不如连续玻纤增强复 合片材高。
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有高 强度、阻燃防火、耐低温等优异性能，板材宽幅多1500mm的连续玻纤增强阻燃尼龙复合板 材。
[0013] 本发明进一步要解决的技术问题，是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种玻 纤分散均匀，具有低粘度高流动树脂复合体系、宽幅度的连续玻纤增强阻燃尼龙复合板材 的制造工艺。
[0014] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种连续玻纤增强阻燃尼龙复合 板材，采用双螺杆挤出机连续共混挤出阻燃尼龙树脂熔体，浸润、包覆玻纤布所得；所述阻 燃尼龙树脂与玻纤布的质量比为35~50:65~50(优选38~45:62~55)。
[0015] 进一步，所述阻燃尼龙树脂由以下组分及重量份组成：星型尼龙6 :100份，长碳链 尼龙：0~15份，阻燃剂：8~20份，抗氧剂：0. 2~I. 0份(优选0. 3~0. 5份)。
[0016] 进一步，所述星型结构尼龙6为主体基料，其熔融指数为25~70g/10min(优选 40~50g/10min)。所述星型结构尼龙6在加热熔融状况下，表现出极低的熔体粘度，近似 于水溶液，因此，能够迅速浸润并包覆玻纤布。
[0017] 进一步，所述长碳链尼龙为辅助基料，包括尼龙11、尼龙12、尼龙1212或尼龙1313 等，熔融指数为15~30g/10min。所述长碳链尼龙具有极好的耐低温性能，可提高复合材料 抗低温冲击性能。
[0018] 进一步，所述阻燃剂为红磷及其母粒或溴系阻燃剂等，所述溴系阻燃剂为十溴二 苯乙烧或漠化环氧树脂等。
[0019] 进一步，所述玻纤布为网格布或方格布，克重为1000~1800g/m2,玻纤单丝直径为 10~20ym(优选13~15ym)。所述玻纤布的宽幅为1200~1800mm。采用网格或方格 玻纤布作增强材料，该玻纤布的玻纤纱分布均匀又有微细缝隙，既有利于树脂熔体的浸润， 又避免了玻纤在浸润过程中被拉断及分散不匀的问题，并可制备宽幅的板材；根据所制备 的片材的厚度要求，确定选择玻纤布的宽幅和克重规格。在玻纤单丝直径选择上，若玻纤单 绦直径太粗，树脂与玻纤的粘合面少，复合材料力学性能低，若玻纤单绦直径太小，牵伸过 程中易拉毛、拉断，因此，合适的单丝直径才能保证板材外观及力学性能。
[0020] 本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种连续玻纤增强阻燃尼龙 复合板材的制造工艺，包括以下步骤： (1) 片材制备：玻纤布通过牵引辊连续送入浸润包覆模头，同时，将星型尼龙6 :100份， 长碳链尼龙：〇~15份，阻燃剂：8~20份和抗氧剂：0. 2~I. 0份(优选0. 3~0. 5份）混 配，经双螺杆共混挤出，并将熔体射向玻纤布，进入浸润包覆模头，通过模框内部拉挤元件 及模框容积变化对玻纤布进行浸润、包覆，经牵引辊拉出，冷却，卷绕后，得连续玻纤增强阻 燃尼龙复合片材；所述阻燃尼龙树脂与玻纤布的质量比为35~50:65~50 (优选38~ 45:62~55);所述双螺杆挤出的温度为220~250°C; (2) 模压成型：切割步骤（1)所得连续玻纤增强阻燃尼龙复合片材，在180~200°C下， 预热10~30min，多层叠放，再在200~240°C，3~5MPa下，模压成型，保压2~3h，冷却， 即成。
[0021] 进一步，步骤（1)中，所述双螺杆共混挤出的温度分三个区域进行设定，依次为熔 融区、混炼区和输送区，其中，熔融区温度为220~250°C(优选230~245°C)，混炼区温度 为220~250°C(优选230~245°C)，输送区温度为240~250°C。在设计双螺杆挤出温度 时，必须考虑阻燃剂，长碳链尼龙11或尼龙12等在星型结构尼龙6中的分散效果，在熔融 区温度略高，有利于物料的熔融；而在混炼区的温度应适中，若温度太高，熔体粘度太低，阻 燃剂分散细化不充分，反而影响其在尼龙6基体中的分散性，还会引起阻燃剂的分解，若温 度太低，分散混合效果亦差；输送区的温度亦不宜太高，否则，导致熔体压力下降。
[0022] 所述玻纤布进口位于浸润包覆模头的一端，玻纤布呈水平进入浸润模头；树脂熔 体从浸润模头上方，垂直或与玻纤布呈一定角度进入浸润包覆模头，熔体入口的位置尽可 能靠近玻纤布进口处。
[0023] 进一步，步骤（1)中，所述浸润包覆模头的温度为220~260°C，所述浸润包覆模头 的压力为2~IOMPa(优选4~6MPa)。所述浸润包覆模头熔体入口温度为260~280°C。 保持熔体一定的粘度，才能保证螺杆的强制输送与建压，浸润包覆模头入口温度设置较高 温度，以保证熔体粘度低，使熔体快速浸入玻纤布，浸润包覆模头温度相对于模框应适当提 高，使模框内熔体保持较低的粘度，提高尼龙6对玻纤布的浸润包覆效果。
[0024] 进一步，步骤（1)中，所述模框的温度为250~255°C;所述模框内部设有多组单/ 双导辊，模框容积由进口至出口逐渐变小。浸润包覆模头模框内部设有多组导辊，各组导辊 之间呈30~60°排列，可以单、双辊交替排列，也可以全双辊排列，其作用是牵引与压缩， 在浸润包覆模头中，树脂与玻纤布汇合后在导辊作用下，沿导辊转动方向从模头的一端移 动至模头的另一端出口，在浸润包覆模头中，玻纤布受导辊作用产生挤压与拉伸，玻纤布中 的单