本发明涉及热塑性绝缘材料技术领域，具体涉及一种电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚酰胺树脂，英文名称为polyamide，简称pa，俗称尼龙(nylon)，为五大工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广的品种。尼龙中的主要品种是尼龙6和尼龙66，占绝对主导地位，尼龙6为聚己内酰胺，而尼龙66(pa66)为聚己二酸己二胺，尼龙66比尼龙6要硬12％。尼龙中尼龙66的硬度、刚性最高，但韧性最差。
pps塑料(聚苯硫醚)是一种综合性能优异的热塑性特种工程塑料，其突出的特点是耐高温、耐腐蚀和优越的机械性能。pps的介电常数很小，介电损耗相当低，表面电阻率和体积电阻率对频率、温度、湿度的变化不敏感，是优良的电绝缘材料，它的耐电弧时间也较长，pps的化学稳定性相当好，除了受强氧化酸，如浓硫酸、浓硝酸和王水的侵蚀外，它不受绝大多数酸碱盐的侵蚀，具有接近于ptfe的化学稳定性。然而pps的主要不足在于韧性较差，冲击强度较低，熔体粘度不够稳定等。
pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)是最坚韧的工程热塑材料之一，由于pbt具有耐热性、耐候性、耐药品性、电气特性佳、吸水性小、光泽良好。但pbt缺口冲击强度低，成型收缩率大。
高压电气设备是输配电网路的核心，而绝缘材料是电气设备的重要组成部分。根据高压电气设备的运行工况，其绝缘材料不只需要具备较高的电气绝缘特性，同时还需要在力、电、热等多场环境下具有优良的综合性能。热塑性绝缘材料在高压电气设备最为典型的应用是12kv热塑性固封极柱，相比传统环氧树脂/硅微粉绝缘材料的机械性能有显著提升，特别是在热环境下的机械性能，且热塑性绝缘材料可回收再利用，加工效率高、能耗低，符合当前提倡的节能、减排、循环利用的环保需求。目前，热塑性绝缘塑料在耐热、吸水率、阻燃、刚性等方面较难实现性能的均衡分布，使其达到在更高电压等级以及苛刻绝缘环境下应用的性能要求。且达到同样的电绝缘和机械承载要求所需的材料体积、重量较大。
现有技术cn102746653a公开了一种硫酸钙晶须填充的尼龙复合材料，其是由以下原料组成：尼龙66树脂、尼龙610树脂、偶联剂、硫酸钙晶须、抗氧剂、短切玻璃纤维；所述的硫酸钙晶须为经过表面处理的并且长度为1～4微米的硫酸钙晶须；所述的短切玻璃纤维为长度3mm的短切无碱玻璃纤维。然而上述尼龙复合材料很难实现在耐热、吸水率、阻燃、刚性等方面性能的均衡分布，更难以适用于中高压电气设备绝缘部件的制造。
技术实现要素：
为了解决现有技术中热塑性绝缘材料在耐热、吸水率、阻燃、刚性等方面较难实现性能的均衡分布，且达到同样的电绝缘和机械承载要求所需的材料体积、重量较大的问题，本发明提供一种新的电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料，包括如下重量份的原料：
pa66为40-60份，pps为35-50份，pbt为10-15份，短切无碱玻璃纤维25-45份，硫酸钙晶须2-4份、增容剂1-5份，抗氧剂0.1-0.4份，阻燃剂7-12份，色母0.6-1份。
优选的，所述复合材料包括如下重量份的原料：pa66为60份，pps为35份，pbt为13份，短切无碱玻璃纤维45份，硫酸钙晶须4份、增容剂5份，抗氧剂0.4份，阻燃剂7份，色母1份。
优选地，所述短切无碱玻璃纤维长度1-4mm，单丝直径7-13μm。
优选地，所述短切无碱玻璃纤维采用ecr玻璃制备。
优选地，所述短切无碱玻璃纤维采用偶联剂进行表面处理。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂kh-550、钛酸酯偶联剂中的一种或两种。
优选地，所述硫酸钙晶须直径为0.1-10μm，长径比为20-50。
优选地，所述硫酸钙晶须采用硅烷偶联剂kh-550和钛酸酯偶联剂中的一种或两种进行表面处理。
在本发明中，所述硫酸钙晶须的加入能降低体系粘度和改善材料表面成型效果。由于硫酸钙晶须长径比大于短切玻璃纤维，体系中的部分缺陷被晶须填补，能改善材料表面粗糙的现象。同时硫酸钙晶须在体系中起到“润滑剂”的作用，使塑料分子链更容易移动，达到降低体系粘度的作用。
优选地，所述增容剂为poe-g-mah、pp-g-mah和sebs-g-mah中的一种或多种；所述阻燃剂为聚磷酸铵、三氧化二锑、氢氧化镁中的一种或多种，进一步优选为聚磷酸铵与氢氧化镁组合物。
优选地，所述聚磷酸铵与氢氧化镁的质量比为1:0.8-1。
在本发明中，所述增容剂的加入可有效地促进塑料基体间的结合，且有一定的增韧效果，进一步提高复合材料的机械强度。
虽然pa66的机械性能优良，电绝缘性能优良，但吸水率偏高；pps电气绝缘性能优异，本体阻燃即为v-0级，耐热性能较为突出，但吸水率极低，机械冲击强度不足；pbt尺寸稳定性强，蠕变小。发明人在研究过程中发现利用上述三种材料分子间的键合力，将其进行有效的结合，同时添加上述增容剂，改善塑料基体与无机玻纤增强体间的相容性，最终得到的复合材料具有良好的电绝缘性能、机械性能、耐热性、阻燃性能以及较低的吸水率，且材料可回收再利用，同时基于其优良的综合性能，能够有效降低产品体积、重量和材料成本，适用于中高压电气设备绝缘部件的制造。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035中的一种或两种；所述色母为炭黑，炭黑粒径为15-25nm。在本发明中，所述抗氧化剂的加入可有效改善塑料在加工和使用中的引起的热老化现象，延长材料的使用寿命。所述色母的加入使塑料起到着色和提高其抗紫外线的效果。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1035。
优选地，所述抗氧剂1010和抗氧剂1035的质量比为2-5:1，进一步优选为3:1。
本发明还提供一种制备上述任一项所述的复合材料的方法，包括如下步骤：1)原料干燥；2)将干燥后的原料按比例混合制成预混料；3)将预混料熔融共混挤出造粒，得到pa66-pps-pbt复合材料。
优选地，步骤3)中通过双螺杆挤出机进行挤出造粒，双螺杆挤出机喂料段温度为255℃-265℃，塑化剪切段温度为270℃-280℃，机头温度为260℃-270℃，螺杆转速为200r/min-250r/min，切料机转速为130r/min-150r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料相比传统环氧/硅微粉复合材料的电绝缘性能和机械强度更优，达到同样的电绝缘和机械承载要求所需的材料厚度更小，加之该材料密度更小，可显著降低绝缘部件的体积和重量。
2、本发明的电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的热变形温度明显高于传统环氧/硅微粉复合材料，设备高温运行稳定性增强。
3、本发明的电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料通过材料合金化降低了材料的吸水率，实现了材料机械性能、电气性能和加工工艺特性综合性能的提升。
4、本发明的电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料为环保热塑性材料，可回收再利用。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的配方如下表1：
表1实施例1配方组成
本实施例电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的制备方法：将pa66、pps、pbt、gf、硫酸钙晶须、增容剂、抗氧剂、阻燃剂和色母在干燥机中充分干燥，再按比例将pa66、pps、pbt、硫酸钙晶须、经过偶联剂kh-550处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、抗氧剂、阻燃剂、色母充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出工艺参数为：喂料段温度为265℃，塑化剪切段温度为275℃，机头温度为268℃，螺杆转速为210r/min，切料机转速为135r/min。
实施例2
电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的配方如下表2：
表2实施例2配方组成
本实施例电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的制备方法：将pa66、pps、pbt、gf、硫酸钙晶须、增容剂、抗氧剂、阻燃剂和色母在干燥机中充分干燥，再按比例将pa66、pps、pbt、硫酸钙晶须、经过偶联剂kh-550处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、抗氧剂、阻燃剂、色母充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出工艺参数为：喂料段温度为262℃，塑化剪切段温度为274℃，机头温度为267℃，螺杆转速为210r/min，切料机转速为135r/min。
实施例3
电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的配方如下表3：
表3实施例3配方组成
本实施例电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的制备方法：将pa66、pps、pbt、gf、硫酸钙晶须、增容剂、抗氧剂、阻燃剂和色母在干燥机中充分干燥，再按比例将pa66、pps、pbt、硫酸钙晶须、经过偶联剂kh-550处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、抗氧剂、阻燃剂、色母充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出工艺参数为：喂料段温度为262℃，塑化剪切段温度为270℃，机头温度为265℃，螺杆转速为200r/min，切料机转速为130r/min。
实施例4
电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的配方如下表4：
表4实施例4配方组成
本实施例电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的制备方法：将pa66、pps、pbt、gf、硫酸钙晶须、增容剂、抗氧剂、阻燃剂和色母在干燥机中充分干燥，再按比例将pa66、pps、pbt、硫酸钙晶须、经过偶联剂kh-550处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、抗氧剂、阻燃剂、色母充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出工艺参数为：喂料段温度为265℃，塑化剪切段温度为275℃，机头温度为268℃，螺杆转速为220r/min，切料机转速为140r/min。
实施例5
电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的配方如下表5：
表5实施例5配方组成
本实施例电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的制备方法：将pa66、pps、pbt、gf、硫酸钙晶须、增容剂、抗氧剂、阻燃剂和色母在干燥机中充分干燥，再按比例将pa66、pps、pbt、经过偶联剂kh-550处理的硫酸钙晶须、经过偶联剂kh-550处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、抗氧剂、阻燃剂、色母充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出工艺参数为：喂料段温度为265℃，塑化剪切段温度为275℃，机头温度为270℃，螺杆转速为225r/min，切料机转速为145r/min。
实施例6
电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的配方如下表6：
表6实施例6配方组成
本实施例电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料的制备方法：将pa66、pps、pbt、gf、硫酸钙晶须、增容剂、抗氧剂、阻燃剂和色母在干燥机中充分干燥，再按比例将pa66、pps、pbt、硫酸钙晶须、经过钛酸酯偶联剂处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、抗氧剂、阻燃剂、色母充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出工艺参数为：喂料段温度为255℃，塑化剪切段温度为280℃，机头温度为260℃，螺杆转速为250r/min，切料机转速为150r/min。
对比例1
pps-pbt复合材料的配方如下表7：
表7对比例1配方组成
本实施例pps-pbt复合材料的制备方法：将pps、pbt、gf、硫酸钙晶须、增容剂、抗氧剂、阻燃剂和色母在干燥机中充分干燥，再按比例将pps、pbt、经过偶联剂kh-550处理的硫酸钙晶须、经过偶联剂kh-550处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、抗氧剂、阻燃剂、色母充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出工艺参数为：喂料段温度为265℃，塑化剪切段温度为275℃，机头温度为270℃，螺杆转速为225r/min，切料机转速为145r/min。
对比例2
pa66-pbt复合材料的配方如下表8：
表8对比例2配方组成
本实施例pa66-pbt复合材料的制备方法：将pa66、pbt、gf、硫酸钙晶须、增容剂、抗氧剂、阻燃剂和色母在干燥机中充分干燥，再按比例将pa66、pbt、经过偶联剂kh-550处理的硫酸钙晶须、经过偶联剂kh-550处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、抗氧剂、阻燃剂、色母充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出工艺参数为：喂料段温度为265℃，塑化剪切段温度为275℃，机头温度为270℃，螺杆转速为225r/min，切料机转速为145r/min。
对比例3
pa66-pps复合材料的配方如下表9：
表9对比例3配方组成
本实施例pa66-pps复合材料的制备方法：将pa66、pps、gf、硫酸钙晶须、增容剂、抗氧剂、阻燃剂和色母在干燥机中充分干燥，再按比例将pa66、pps、经过偶联剂kh-550处理的硫酸钙晶须、经过偶联剂kh-550处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、抗氧剂、阻燃剂、色母充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出工艺参数为：喂料段温度为265℃，塑化剪切段温度为275℃，机头温度为270℃，螺杆转速为225r/min，切料机转速为145r/min。
对比例4
跟实施例5相比区别仅在于不加入硫酸钙晶须。
对实施例2-6，对比例1-4所制得的复合材料各性能进行检测，检测结果见表10所示。
表10材料性能
由表10可以看出，本发明实施例所制得的电气绝缘pa66-pps-pbt复合材料具有优良的机械性能、电气绝缘性能、耐热性能以及较低的吸水性，且通过配方设计能够达到v-0级的阻燃性能，适用于中高压电气设备的绝缘，特别是对力学和耐热有较高要求的绝缘结构。同时，本发明pa66、pps、pbt三种组分具有协同作用，与其他组分相互配合，大大提高了复合材料的机械性能、电气绝缘性能、耐热性能，同时降低了材料的吸水性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。