本发明涉及阻燃尼龙技术领域，特别是涉及一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙及其制备方法。
背景技术：
聚酰胺俗称尼龙(pa)，是分子主链上含有重复酰胺基团(-nhco-)的热塑性树脂总称。尼龙因具有良好的力学性能、电性能、耐热性、韧性、耐油性、耐磨性、自润滑性、耐化学药品性等优良性能，广泛的应用于各个领域。
未经改性的尼龙其阻燃性能较差，其垂直燃烧只能达到ul94v-2级，氧指数为24左右，并且在燃烧过程中产生滴落，属于易燃材料，在使用过程中极易引发火灾。尤其是在电子产品领域，因尼龙而引发的火灾不计其数，造成损失较大，因此，对尼龙的阻燃改性成为当今学术界与工业界共同关注与攻关的课题。
尼龙中应用较广的无卤阻燃剂是红磷和三聚氰胺盐类。红磷具有很高的阻燃效率并能改善制品的抗电弧性，但其储存及颜色方面的局限性大大限制了其在尼龙中的应用，一般只应用于尼龙6中。另一种在尼龙中使用的无卤阻燃剂是三聚氰胺盐，主要是三聚氰胺尿酸盐和磷酸盐。它们具有较好的阻燃效率，但热稳定性较差，且由于易吸潮而使得制品在潮湿环境下电性能较差。
玻璃纤维增强尼龙是目前应用最多的几种工程塑料之一，具有较高的机械性能和热变形温度。特别是长玻纤增强尼龙6材料，但由于玻纤的“灯芯”效应使材料更易燃烧，阻燃性能达不到某些行业的要求，限制了其更广泛的应用，目前工业上使用的阻燃玻纤增强尼龙6主要是添加十溴联苯醚、溴代环氧树脂等卤系阻燃剂和三聚氰胺尿酸盐、三聚氰胺磷酸酯等无卤阻燃剂。
在现有技术中，电动汽车电池由于会发热，会有燃烧的危险，所以电池支架必须要具有阻燃、耐高温的功能。但是往往阻燃的尼龙太脆，冲击低，一不小心，支架就会断裂。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，用于解决现有技术中尼龙在具备阻燃性能下无法具有较高的强度的问题，同时，本发明还将提供一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙的制备方法；提供的阻燃尼龙具有阻燃效果好、不易断裂以及抗冲击性能强的优点。
为实现上述目的及其他相关目的，
本发明的第一方面，提供一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，所述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙包括重量份数的如下组分：40～60份的尼龙，5～10份的改性玻璃纤维，10～15份的橡胶，5～8份的强质填充剂，3～8份的含磷阻燃剂，1～5份的改性金属氢氧化物阻燃剂；
所述改性玻璃纤维为表面包覆硅酸钙的玻璃纤维；
所述改性金属氢氧化物阻燃剂为采用偶联剂和氧化石墨烯超声处理后的金属氢氧化物阻燃剂。
通过在尼龙中添加玻璃纤维，使得尼龙材料具有较高的机械性能和热变形温度，通过对玻璃纤维进行改性处理，使得玻璃纤维的耐热性提高，不容易受热形变，与阻燃剂具有良好的协同效果。
添加橡胶之后使得尼龙的整体塑性更强，不易折断，并且添加了强制填充剂，也能保持尼龙材料的强度，使得阻燃尼龙的塑性和强度具有较好的性能。
添加的强质填充剂易于分散在尼龙中，制备的阻燃尼龙性能更为均匀。
添加的阻燃剂为含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂，两种阻燃剂协同工作，在较低的添加量下实现较好的阻燃效果；金属氢氧化物阻燃剂通过偶联剂和氧化石墨烯进行改性，提高了金属氢氧化物阻燃剂与尼龙的相容性，具有更好的阻燃效果。
阻燃效果好，适应于较高温环境，避免了电池支架受热燃烧的情况。
于本发明的一实施例中，所述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙包括重量份数的如下组分：50～55份的尼龙，8～10份的改性玻璃纤维，10～12份的橡胶，6～8份的强质填充剂，4～6份的含磷阻燃剂，2～4份的改性金属氢氧化物阻燃剂。在此范围，阻燃尼龙的性能更为优良。
于本发明的一实施例中，所述橡胶为氯丁橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶和/或丁腈橡胶中的至少一种；所述强质填充剂为纳米活性碳酸钙、超细重质碳酸钙、滑石粉、二氧化硅和/或炭黑中的至少一种。
于本发明的一实施例中，所述含磷阻燃剂包括重量份数的如下组分：3～5份的密胺聚磷酸盐，1～3份的次磷酸盐，0.5～1.5份的聚磷酸铵。含磷阻燃剂采用密胺聚磷酸盐、次磷酸盐和聚磷酸铵混合得到，具有环保、阻燃效果好、相容性好以及稳定性高的优点。
密胺聚磷酸盐是一种典型的膨胀型阻燃剂，它集碳源，酸源，气源于一体，在受热时可发生p-n协同阻燃效应，生成均匀致密的炭质层，具有良好的隔热、隔氧和抑烟的作用，并可有效防止滴落现象，制止火焰的传播和蔓延；同时，它具有热稳定性高、相容性好、耐光、耐久等优点，能和被处理的材料很好的相容，不影响材料的热稳定性。聚磷酸铵无毒无味，不产生腐蚀气体，吸湿性小，热稳定性高。
于本发明的一实施例中，所述含磷阻燃剂包括重量份数的如下组分：5份的密胺聚磷酸盐，2份的次磷酸盐，1.0份的聚磷酸铵。在此配比，阻燃效果最佳。
于本发明的一实施例中，所述改性金属氢氧化物阻燃剂包括重量份数的如下组分：15～20份的金属氢氧化物阻燃剂，5～10份的偶联剂，3～5份的氧化石墨烯。
金属氢氧化物阻燃剂通过偶联剂和氧化石墨烯进行改性，提高了金属氢氧化物阻燃剂与尼龙的相容性，具有更好的阻燃效果。
于本发明的一实施例中，所述金属氢氧化物阻燃剂为氢氧化铝和/或氢氧化镁。氢氧化镁氢氧化铝具有填充剂、阻燃剂、发烟抑制剂三重功能。
一种制备上述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将金属氢氧化物阻燃剂和偶联剂加入反应容器中，升温至40～60℃后超声处理至少15min，再加入氧化石墨烯后在温度为40～60℃下超声处理至少6h，静置至少2h，即得改性金属氢氧化物阻燃剂；
步骤二、将玻璃纤维依次浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中，重复浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中至少2次，每次浸入时间至少为30min，在温度为80～100℃下干燥至少30min，即得改性玻璃纤维；
步骤三、按照上述重量份的配比将干燥后的尼龙、橡胶、强质填充剂、改性玻璃纤维、含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂在高速搅拌机中混合均匀，然后加入到温度设定为220～280℃的双螺杆挤出机中充分混合后挤出造粒，即得到用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙。
阻燃尼龙材料的制备过程简单，通过超声对金属氢氧化物阻燃剂进行改性，增强其分散性以及相容性，对设备和温度的要求较低情况下，也能实现较好的包覆改性效果。
玻璃纤维改性过程简单，通过粘附氢氧化钙后与硅酸钠反应形成硅酸钙，包覆更为均匀。
于本发明的一实施例中，所述步骤二中氢氧化钙水溶液中溶质的质量浓度为15～20％，步骤二中硅酸钠水溶液中溶质的质量浓度为30～40％。在此范围内，粘附效果好，并且氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液可循环使用，提高了物料利用率。
于本发明的一实施例中，所述步骤三中高速搅拌机的转速为450～500r/min，混合时间为60～120min。高速混合更为均匀。
如上所述，本发明的用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，具有以下有益效果：通过在尼龙中添加玻璃纤维，使得尼龙材料具有较高的机械性能和热变形温度，通过对玻璃纤维进行改性处理，使得玻璃纤维的耐热性提高，不容易受热形变，与阻燃剂具有良好的协同效果；添加橡胶之后使得尼龙的整体塑性更强，不易折断，并且添加了强制填充剂，也能保持尼龙材料的强度，使得阻燃尼龙的塑性和强度具有较好的性能；添加的阻燃剂为含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂，两种阻燃剂协同工作，在较低的添加量下实现较好的阻燃效果；金属氢氧化物阻燃剂通过偶联剂和氧化石墨烯进行改性，提高了金属氢氧化物阻燃剂与尼龙的相容性，具有更好的阻燃效果；阻燃效果好，适应于较高温环境，避免了电池支架受热燃烧的情况。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，所述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙包括重量份数的如下组分：40份的尼龙，5份的改性玻璃纤维，10份的氯丁橡胶，5份的纳米活性碳酸钙，3份的含磷阻燃剂，1份的改性金属氢氧化物阻燃剂；
改性玻璃纤维为表面包覆硅酸钙的玻璃纤维；
改性金属氢氧化物阻燃剂为采用偶联剂和氧化石墨烯超声处理后的金属氢氧化物阻燃剂，改性金属氢氧化物阻燃剂包括重量份数的如下组分：15份的氢氧化铝，5份的偶联剂，3份的氧化石墨烯；
含磷阻燃剂包括重量份数的如下组分：3份的密胺聚磷酸盐，1份的次磷酸盐，0.5份的聚磷酸铵。
制备上述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将金属氢氧化物阻燃剂和偶联剂加入反应容器中，升温至40℃后超声处理至少15min，再加入氧化石墨烯后在温度为40℃下超声处理至少6h，静置至少2h，即得改性金属氢氧化物阻燃剂；
步骤二、将玻璃纤维依次浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中，氢氧化钙水溶液中溶质的质量浓度为15％，硅酸钠水溶液中溶质的质量浓度为30％，重复浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中至少2次，每次浸入时间至少为30min，在温度为80℃下干燥至少30min，即得改性玻璃纤维；
步骤三、按照上述重量份的配比将干燥后的尼龙、橡胶、强质填充剂、改性玻璃纤维、含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂在高速搅拌机中混合均匀，转速为450r/min，混合时间为60min，然后加入双螺杆挤出机中充分混合后挤出造粒，即得到用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙。
实施例2
一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，所述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙包括重量份数的如下组分：60份的尼龙，10份的改性玻璃纤维，15份的丁腈橡胶，8份的炭黑，8份的含磷阻燃剂，5份的改性金属氢氧化物阻燃剂；
改性玻璃纤维为表面包覆硅酸钙的玻璃纤维；
改性金属氢氧化物阻燃剂为采用偶联剂和氧化石墨烯超声处理后的金属氢氧化物阻燃剂，改性金属氢氧化物阻燃剂包括重量份数的如下组分：20份的氢氧化铝，10份的偶联剂，5份的氧化石墨烯；
含磷阻燃剂包括重量份数的如下组分：5份的密胺聚磷酸盐，3份的次磷酸盐，1.5份的聚磷酸铵。
制备上述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将金属氢氧化物阻燃剂和偶联剂加入反应容器中，升温至60℃后超声处理至少15min，再加入氧化石墨烯后在温度为60℃下超声处理至少6h，静置至少2h，即得改性金属氢氧化物阻燃剂；
步骤二、将玻璃纤维依次浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中，氢氧化钙水溶液中溶质的质量浓度为20％，硅酸钠水溶液中溶质的质量浓度为40％，重复浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中至少2次，每次浸入时间至少为30min，在温度为100℃下干燥至少30min，即得改性玻璃纤维；
步骤三、按照上述重量份的配比将干燥后的尼龙、橡胶、强质填充剂、改性玻璃纤维、含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂在高速搅拌机中混合均匀，转速为500r/min，混合时间为120min，然后加入双螺杆挤出机中充分混合后挤出造粒，即得到用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙。
实施例3
一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，所述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙包括重量份数的如下组分：50份的尼龙，8份的改性玻璃纤维，10份的顺丁橡胶，6份的炭黑，4份的含磷阻燃剂，12份的改性金属氢氧化物阻燃剂；
改性玻璃纤维为表面包覆硅酸钙的玻璃纤维；
改性金属氢氧化物阻燃剂为采用偶联剂和氧化石墨烯超声处理后的金属氢氧化物阻燃剂，改性金属氢氧化物阻燃剂包括重量份数的如下组分：18份的氢氧化镁，8份的偶联剂，4份的氧化石墨烯；
含磷阻燃剂包括重量份数的如下组分：4份的密胺聚磷酸盐，2份的次磷酸盐，1.0份的聚磷酸铵。
制备上述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将金属氢氧化物阻燃剂和偶联剂加入反应容器中，升温至50℃后超声处理至少15min，再加入氧化石墨烯后在温度为50℃下超声处理至少6h，静置至少2h，即得改性金属氢氧化物阻燃剂；
步骤二、将玻璃纤维依次浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中，氢氧化钙水溶液中溶质的质量浓度为18％，硅酸钠水溶液中溶质的质量浓度为35％，重复浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中至少2次，每次浸入时间至少为30min，在温度为90℃下干燥至少30min，即得改性玻璃纤维；
步骤三、按照上述重量份的配比将干燥后的尼龙、橡胶、强质填充剂、改性玻璃纤维、含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂在高速搅拌机中混合均匀，转速为480r/min，混合时间为90min，然后加入双螺杆挤出机中充分混合后挤出造粒，即得到用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙。
实施例4
一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，所述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙包括重量份数的如下组分：55份的尼龙，10份的改性玻璃纤维，12份的丁腈橡胶，5～8份的滑石粉，6份的含磷阻燃剂，4份的改性金属氢氧化物阻燃剂；
改性玻璃纤维为表面包覆硅酸钙的玻璃纤维；
改性金属氢氧化物阻燃剂为采用偶联剂和氧化石墨烯超声处理后的金属氢氧化物阻燃剂，改性金属氢氧化物阻燃剂包括重量份数的如下组分：20份的氢氧化铝，10份的偶联剂，5份的氧化石墨烯；
含磷阻燃剂包括重量份数的如下组分：5份的密胺聚磷酸盐，3份的次磷酸盐，1.5份的聚磷酸铵。
制备上述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将金属氢氧化物阻燃剂和偶联剂加入反应容器中，升温至50℃后超声处理至少15min，再加入氧化石墨烯后在温度为50℃下超声处理至少6h，静置至少2h，即得改性金属氢氧化物阻燃剂；
步骤二、将玻璃纤维依次浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中，氢氧化钙水溶液中溶质的质量浓度为18％，硅酸钠水溶液中溶质的质量浓度为35％，重复浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中至少2次，每次浸入时间至少为30min，在温度为90℃下干燥至少30min，即得改性玻璃纤维；
步骤三、按照上述重量份的配比将干燥后的尼龙、橡胶、强质填充剂、改性玻璃纤维、含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂在高速搅拌机中混合均匀，转速为480r/min，混合时间为90min，然后加入双螺杆挤出机中充分混合后挤出造粒，即得到用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙。
实施例5
一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，所述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙包括重量份数的如下组分：52份的尼龙，9份的改性玻璃纤维，11份的丁苯橡胶，7份的二氧化硅，5份的含磷阻燃剂，3份的改性金属氢氧化物阻燃剂；
改性玻璃纤维为表面包覆硅酸钙的玻璃纤维；
改性金属氢氧化物阻燃剂为采用偶联剂和氧化石墨烯超声处理后的金属氢氧化物阻燃剂，改性金属氢氧化物阻燃剂包括重量份数的如下组分：20份的氢氧化铝，10份的偶联剂，5份的氧化石墨烯；
含磷阻燃剂包括重量份数的如下组分：5份的密胺聚磷酸盐，3份的次磷酸盐，1.5份的聚磷酸铵。
制备上述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将金属氢氧化物阻燃剂和偶联剂加入反应容器中，升温至50℃后超声处理至少15min，再加入氧化石墨烯后在温度为50℃下超声处理至少6h，静置至少2h，即得改性金属氢氧化物阻燃剂；
步骤二、将玻璃纤维依次浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中，氢氧化钙水溶液中溶质的质量浓度为18％，硅酸钠水溶液中溶质的质量浓度为35％，重复浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中至少2次，每次浸入时间至少为30min，在温度为90℃下干燥至少30min，即得改性玻璃纤维；
步骤三、按照上述重量份的配比将干燥后的尼龙、橡胶、强质填充剂、改性玻璃纤维、含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂在高速搅拌机中混合均匀，转速为480r/min，混合时间为90min，然后加入双螺杆挤出机中充分混合后挤出造粒，即得到用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙。
对比例1
一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，所述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙包括重量份数的如下组分：52份的尼龙，9份的改性玻璃纤维，11份的丁苯橡胶，7份的二氧化硅，5份的含磷阻燃剂，3份的氢氧化铝；
改性玻璃纤维为表面包覆硅酸钙的玻璃纤维；
含磷阻燃剂包括重量份数的如下组分：5份的密胺聚磷酸盐，3份的次磷酸盐，1.5份的聚磷酸铵。
制备上述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将金属氢氧化物阻燃剂和偶联剂加入反应容器中，升温至50℃后超声处理至少15min，再加入氧化石墨烯后在温度为50℃下超声处理至少6h，静置至少2h，即得改性金属氢氧化物阻燃剂；
步骤二、将玻璃纤维依次浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中，氢氧化钙水溶液中溶质的质量浓度为18％，硅酸钠水溶液中溶质的质量浓度为35％，重复浸入氢氧化钙水溶液和硅酸钠水溶液中至少2次，每次浸入时间至少为30min，在温度为90℃下干燥至少30min，即得改性玻璃纤维；
步骤三、按照上述重量份的配比将干燥后的尼龙、橡胶、强质填充剂、改性玻璃纤维、含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂在高速搅拌机中混合均匀，转速为480r/min，混合时间为90min，然后加入双螺杆挤出机中充分混合后挤出造粒，即得到用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙。
对比例2
一种用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙，所述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙包括重量份数的如下组分：52份的尼龙，9份的玻璃纤维，11份的丁苯橡胶，7份的二氧化硅，5份的含磷阻燃剂，3份的改性金属氢氧化物阻燃剂；
改性金属氢氧化物阻燃剂为采用偶联剂和氧化石墨烯超声处理后的金属氢氧化物阻燃剂，改性金属氢氧化物阻燃剂包括重量份数的如下组分：20份的氢氧化铝，10份的偶联剂，5份的氧化石墨烯；
含磷阻燃剂包括重量份数的如下组分：5份的密胺聚磷酸盐，3份的次磷酸盐，1.5份的聚磷酸铵。
制备上述用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将金属氢氧化物阻燃剂和偶联剂加入反应容器中，升温至50℃后超声处理至少15min，再加入氧化石墨烯后在温度为50℃下超声处理至少6h，静置至少2h，即得改性金属氢氧化物阻燃剂；
步骤二、按照上述重量份的配比将干燥后的尼龙、橡胶、强质填充剂、玻璃纤维、含磷阻燃剂和改性金属氢氧化物阻燃剂在高速搅拌机中混合均匀，转速为480r/min，混合时间为90min，然后加入双螺杆挤出机中充分混合后挤出造粒，即得到用于制备电动汽车电池支架的阻燃尼龙。
对比例1相对于实施例5未对金属氢氧化物阻燃剂进行改性，对比例2相对于实施例5未对玻璃纤维进行改性。实施例1～实施例5以及对比例1～对比例2制备得到的阻燃尼龙性能如表格1所示：
表格1
从表1的数据中可以看出，实施例1～实施例5的强度、热变形温度以及阻燃性能优于对比例，实施例3～实施例5中性能最为优良。本发明提供的阻燃尼龙具有阻燃效果好、不易断裂以及抗冲击性能强的优点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。