一种高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子材料领域，具体而言，涉及一种高气密性耐寒阻燃尼龙复合材 料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 尼龙因其机械强度高，耐磨性好，自润滑性能优越等优点，广泛用于汽车部件、电 子电器、石油化工等行业。作为一种广泛应用的材料，尼龙大多面临比较苛刻的使用环境， 如高湿度、高温度、高电压等，或者设置在一些特殊场合，如需要尼龙材料制作阀门，需要尼 龙良好的机械性能、抗高低温老化性能及老化前后气密性，而其中尤以材料气体密封性的 要求最为难以实现。特别在阀门等特种设备的密封件上，气密性不佳很容易引起安全事故， 同时这些设备对于尼龙的抗低温和阻燃方面也有着较高的要求，然而现有的尼龙材料很难 满足这些特殊场合的使用要求。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料及其制备方法，以 改善现有的尼龙气密性耐寒阻燃性较差的问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料，按重量份数计，其组分组成如下：共聚尼龙 30-45份、所述共聚尼龙中含有15%-80% (重量）的己内酰胺、纳米蒙脱土 1-10份、卤系阻 燃剂3-7份、聚乙烯醇5-10份、高锰酸钾2-5份、阻酚类抗氧剂0-2份、亚磷酸酯类抗氧剂 0- 2份、含硫抗氧剂0-1份、改性乙撑双脂肪酸酰胺0. 3-1份、活性炭1-3份、无碱玻璃纤维 0. 5-1. 5份、碳纤维5-10份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮1-3. 5份、聚甲烯酸甲脂5-10 份、沸石粉1_5份、二氧化娃3_7份、流动助剂1_2份、硬化剂1_2份、EMA0. 5-1. 5份、热稳 定剂2-5份和苯二甲酸-5-磺酸钠（5-SSIPA) 1-5份。
[0005] 优选的，上述的高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料中，所述卤系阻燃剂为氯系阻燃 剂。氯系阻燃剂的价格便宜，应用于高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料非常适合。
[0006] 优选的，上述的高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料中，所述的纳米蒙脱土的粒径为 800 ~2500 目。
[0007] 本发明还提供了一种上述高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料的制备方法，包括下述 步骤： a.按照以下重量份的组分备料：共聚尼龙30-45份、所述共聚尼龙中含有15%-80% (重 量）的己内酰胺、纳米蒙脱土 1-10份、卤系阻燃剂3-7份、聚乙烯醇5-10份、高锰酸钾2-5 份、阻酚类抗氧剂0-2份、亚磷酸酯类抗氧剂0-2份、含硫抗氧剂0-1份、改性乙撑双脂肪酸 酰胺〇. 3-1份、活性炭1-3份、无碱玻璃纤维0. 5-1. 5份、碳纤维5-10份、2-羟基-4-正辛 氧基二苯甲酮1-3. 5份、聚甲烯酸甲脂5-10份、沸石粉1-5份、二氧化硅3-7份、流动助剂 1- 2份、硬化剂1-2份、EMA0. 5-1. 5份、热稳定剂2-5份和苯二甲酸-5-磺酸钠（5-SSIPA) 1-5 份； b. 将共聚尼龙干燥l-2h，干燥温度为80-KKTC; c. 将烘烤后的尼龙配制成质量浓度为30%的水溶液，将上述水溶液倒入高混机中，在 50_55°C的条件下，缓慢加入纳米蒙脱土 1-10份、卤系阻燃剂3-7份、聚乙烯醇5-10份、高 锰酸钾2-5份、阻酚类抗氧剂0-2、亚磷酸酯类抗氧剂0-2、含硫抗氧剂0-1、改性乙撑双脂肪 酸酰胺〇. 3-1、活性炭1-3份、碳纤维5-10份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮1-3. 5份、聚 甲烯酸甲脂5-10份、沸石粉1-5份、二氧化硅3-7份混合搅拌lh; d. 待温度降为35°C，往反应釜中继续加入流动助剂1-2份、硬化剂1-2份、EMA0. 5-1. 5 份、热稳定剂2-5份和苯二甲酸-5-磺酸钠（5-SSIPA) 1-5份，混合搅拌0. 5h，加热温度为 50-65。。； e. 待反应结束后，用活性炭净化、过滤； f. 将步骤e得到的混合物倒入聚合釜中反应，反应温度为200°C，并通入氮气保护，压 力为IMPa，反应时间为3h; g. 将步骤f制得的预混料从双螺旋杆挤出机的主喂料口加入，将无碱玻璃纤维 0. 5-1. 5份从玻璃纤维口加入，控制双螺旋杆挤出机转速为1000~1300r/min，温度为 250~295 °C，进行挤出造粒。
[0008] 相对于现有技术，本发明包括以下有益效果：本发明在原料组分中添加了玻纤界 面改性剂5-SSIPA，5-SSIPA所包含的羧酸基团和钠代磺基能与尼龙的酰胺基及玻纤表面 的硅羟基形成很强的氢键作用，改善玻纤与尼龙基体的相容性，减少两相之间的空隙，提高 气体密封性，同时材料中还有卤系阻燃剂，卤系阻燃剂能够在气相延缓或阻止聚合物的燃 烧。卤系阻燃剂在受热时分解放出卤自由基，该自由基从聚合物基材中抽提氢原子，生成卤 化氢分子而加入气相。在气相中，卤化氢干扰氢氧自由基链反应而实现阻燃防火作用，另一 方面，聚合物热降解产物发生变化，易形成不饱和碳氢化合物，甚至炭化残渣，从而亦改善 凝聚相的阻燃作用。同时，聚乙烯醇有利于高温脱水和成炭，在高锰酸钾的作用下，聚乙烯 醇与尼龙、卤系阻燃剂等原料组分达到良好的相容效果，共同复合形成具有优异气密性耐 寒阻燃性能的高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料，综合性能好，实用性高。
【具体实施方式】
[0009] 下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。
[0010] 实施例1 一种高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料，按重量份数计，其组分组成如下：共聚尼龙30 份、所述共聚尼龙中含有15% (重量）的己内酰胺、纳米蒙脱土 1份、卤系阻燃剂3份、聚乙 烯醇5份、高锰酸钾2份、阻酚类抗氧剂0份、亚磷酸酯类抗氧剂0份、含硫抗氧剂1份、改 性乙撑双脂肪酸酰胺0. 3份、活性炭1份、无碱玻璃纤维5份、碳纤维5份、2-羟基-4-正辛 氧基二苯甲酮1份、聚甲烯酸甲脂5份、沸石粉1份、二氧化硅3份、流动助剂1份、硬化剂 1份、EMA0. 5份、热稳定剂2份和苯二甲酸-5-磺酸钠（5-SSIPA) 1份。
[0011] 硬化剂是能使高聚物分子间产生交联的物质。
[0012] 增塑剂可以使产品柔韧性增强，容易加工。
[0013] 卤系阻燃剂稳定性好、添加量少、与合成树脂材料的相容性好，而且能保持阻燃剂 制品原有的理化性能。在本实施例中，卤系阻燃剂为氯系阻燃剂。氯系阻燃剂主要为六氯 环戊二烯与环辛二烯发生狄尔斯-阿德尔反应生成的二元加成产物，氯系阻燃剂的价格便 宜，应用于高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料非常适合。当然，此种选择并不作为限制，也可 以选用其他卤系阻燃剂，如溴系阻燃剂。
[0014] 本实施例在原料组分中添加了玻纤界面改性剂5-SSIPA，5-SSIPA所包含的羧酸 基团和钠代磺基能与尼龙的酰胺基及玻纤表面的硅羟基形成很强的氢键作用，改善玻纤与 尼龙基体的相容性，减少两相之间的空隙，提高气体密封性，同时材料中还有卤系阻燃剂， 卤系阻燃剂能够在气相延缓或阻止聚合物的燃烧。卤系阻燃剂在受热时分解放出卤自由 基，该自由基从聚合物基材中抽提氢原子，生成卤化氢分子而加入气相。在气相中，卤化氢 干扰氢氧自由基链反应而实现阻燃防火作用，另一方面，聚合物热降解产物发生变化，易形 成不饱和碳氢化合物，甚至炭化残渣，从而亦改善凝聚相的阻燃作用。同时，聚乙烯醇有利 于高温脱水和成炭，在高锰酸钾的作用下，聚乙烯醇与尼龙、卤系阻燃剂等原料组分达到良 好的相容效果，共同复合形成具有优异气密性耐寒阻燃性能的高气密性耐寒阻燃尼龙复合 材料，综合性能好，实用性高。
[0015] 本实施例提供的高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料的制备方法，包括下述步骤： a. 按照以下重量份的组分备料：共聚尼龙30份、所述共聚尼龙中含有15% (重量)的己 内酰胺、纳米蒙脱土 1份、卤系阻燃剂3份、聚乙烯醇5份、高锰酸钾2份、阻酚类抗氧剂0 份、亚磷酸酯类抗氧剂0份、含硫抗氧剂0份、改性乙撑双脂肪酸酰胺0. 3份、活性炭1份、 无碱玻璃纤维5份、碳纤维5份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮1份、聚甲烯酸甲脂5份、 沸石粉1份、二氧化硅3份、流动助剂1份、硬化剂1份、EMA0. 5份、热稳定剂2份和苯二甲 酸-5-磺酸钠（5-SSIPA) 1份； b. 将共聚尼龙干燥lh，干燥温度为80-100°C; c. 将烘烤后的尼龙配制成质量浓度为30%的水溶液，将上述水溶液倒入高混机中，在 50°C的条件下，缓慢加入纳米蒙脱土 1份、卤系阻燃剂3份、聚乙烯醇5份、高锰酸钾2份、 阻酚类抗氧剂0份、亚磷酸酯类抗氧剂0份、含硫抗氧剂1份、改性乙撑双脂肪酸酰胺0. 3 份、活性炭1份、碳纤维5份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮1份、聚甲烯酸甲脂5份、沸石 粉1份、二氧化硅3份混合搅拌lh; d. 待温度降为35°C，往反应釜中继续加入流动助剂1份、硬化剂1份、EMA0. 5份、热稳 定剂2份和苯二甲酸-5-磺酸钠（5-SSIPA) 1份，混合搅拌0. 5h，加热温度为50°C; e. 待反应结束后，用活性炭净化、过滤； f. 将步骤e得到的混合物倒入聚合釜中反应，反应温度为200°C，并通入氮气保护，压 力为IMPa，反应时间为3h; g. 将步骤f制得的预混料从双螺旋杆挤出机的主喂料口加入，将无碱玻璃纤维5份从 玻璃纤维口加入，控制双螺旋杆挤出机转速为1000r/min，温度为250°C，进行挤出造粒。
[0016] 利用本实施例提供的方法制得的高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料具有优异的气 密性耐寒阻燃性能。
[0017] 实施例2 一种高气密性耐寒阻燃尼龙复合材料，按重量份数计，其组分组成如下：共聚尼龙45 份、所述共聚尼龙中含有80% (重量）的己内酰胺、纳米蒙脱土 10份、卤系阻燃剂7份、聚乙 烯醇10份、高锰酸钾5份、阻酚类抗氧剂2份、亚磷酸酯类抗氧剂2份、含硫抗氧剂1份、改 性乙撑双脂肪酸酰胺1份、活性炭3份、无碱玻璃纤维1. 5份、碳纤维10份、2-羟基-4-正 辛氧基二苯甲酮3. 5份、聚甲烯酸甲脂10份、沸石粉5份、二氧化硅7份、流动助剂2份、硬 化