一种次磷酸铝‑尼龙66的生产工艺及其生产系统的制作方法

本发明属于织物阻燃领域，具体为一种次磷酸铝-尼龙66的生产工艺及其生产系统。

背景技术：

近年来，随着社会的进步和人民生活水平的提高，各类民用和产业用纺织品的消费量迅速增加，尤其是各种室内装饰织物，如：窗帘、帷幕、墙布、地毯、家具布、床上用品、帐篷布及汽车内饰织物。与此同时，由纺织品着火而引起的火灾数也不断增加，造成了严重的经济损失和人员伤亡。据美、英对现代火灾起因的调查，由纺织品引起的火灾约占火灾总数的一半，在纺织品中以床上用品和室内装饰物为起火的主要原因。对室内发生火灾的情况测试表明，阻燃织物允许有更长的逃逸时间，同比增加10～15倍，燃烧释放的热量只有未阻燃织物的25％，可使火灾造成的损失减少一半。燃烧释放的有毒气体与未阻燃织物相比，只有后者的1/3，并且不会产生剧烈的浓烟。因此，近年来，世界各国纷纷开展纺织品阻燃技术的研究，并制定了相应的纺织品燃烧性能测试方法、阻燃制品标准及应用法规等。我国对纺织品的阻燃也进行了大量研究，开发了一系列可用于纺织品阻燃的阻燃剂及性能优异的阻燃纺织品。

然而，随着社会环保意识越来越深入人心，无论是国家还是市场对纺织品环保性的法规或要求都越来越严格。曾经风靡的一些阻燃剂品种也大多面临更新换代，市场对环保、高效、生产工艺简便易行的阻燃剂需求十分巨大，新阻燃剂的研究也都朝着环保、高效、节能方向发展。

尼龙是纺织品的重要原料，开发和生产低毒、低烟、性能优异的尼龙66阻燃制品，已然是提高纺织品阻燃性能的主要途径。传统的尼龙66产品是以原生颗粒状物料为原料，通过单一调整螺杆工艺，加入阻燃剂来生产的。因传统尼龙66的改性加工技术采用分批进料，批次差异无法克服，直接导致产品质量不均匀，物性指标低；又因传统尼龙66改性加工技术的原料为颗粒状，改性生产必须经过将固态转化为熔融态的再熔融过程，能耗及生产成本相对较高，同时再熔融过程为高温降解过程，产品理化性能指标会受到影响，降低产品质量。因此，研究提高尼龙66的阻燃性、探索环保高效的阻燃技术、优化阻燃整理工艺因素，对减少火灾损失、保障人民生命和财产的安全具有十分现实的意义。

技术实现要素：

为了简化尼龙66阻燃剂的生产工艺，提高尼龙66的力学性能与阻燃效率，本发明提供一种次磷酸铝-尼龙66的生产工艺及其生产系统。

为实现上述技术目的，本发明采取的具体技术方案为，一种次磷酸铝-尼龙66的生产工艺，包括如下步骤：

步骤一、将预热的次磷酸铝丝穿过流动的尼龙66熔体，得到包覆尼龙66的次磷酸铝丝样条；

步骤二、将样条冷却切粒，得到粒料；

步骤三、将粒料注塑成型，得到次磷酸铝-尼龙66。

作为本发明改进的技术方案，步骤一中，次磷酸铝的质量百分含量为4-5％。

作为本发明改进的技术方案，步骤一还包括将次磷酸铝采用偶联剂、或者偶联剂与相容剂混合物进行表面处理；偶联剂与相容剂混合物中，偶联剂与相容剂的重量比为1:(4-5)。

作为本发明改进的技术方案，步骤一还包括向尼龙66熔体中加入浸润剂，浸润剂的加入质量为尼龙66熔体质量的0.8％。

作为本发明改进的技术方案，浸润剂选为硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或任意质量比的两种。

作为本发明改进的技术方案，步骤三中，注塑成型过程中，温度为280-290℃。

作为本发明改进的技术方案，注塑成型过程中，料筒温度为290℃，喷嘴温度为280℃，料筒至喷嘴之间的温度为290℃。

作为本发明改进的技术方案，注塑成型过程中，注塑压力为40mpa。

本发明的另一目的在于提供一种次磷酸铝-尼龙66的生产工艺用生产系统，其特征在于，包括马弗炉、浸渍机、挤出机、拉伸试验机以及冷粒料切粒机，浸渍机设于马弗炉的出料口与挤出机进料口之间，拉伸试验机设于挤出机的出料口以及冷粒切料机入口的之间，马弗炉用于预热次磷酸铝丝；挤出机设于浸渍机的上方，挤出机用于将尼龙66熔融并挤出至浸渍机中；并且经过马弗炉预热的次磷酸铝丝穿过浸渍机后被拉伸机送至冷粒切料机。

作为本发明改进的技术方案，挤出机的挤出温度设定为230～290℃，马弗炉预热次磷酸铝丝的温度设定为200℃；浸渍机的温度设定为280-300℃；经预热的次磷酸铝丝束在牵引力作用下以10-20m/min的速度穿过浸渍机。

有益效果

本发明的技术方案改进现有技术中的尼龙66改性工艺，使得尼龙66改性可进行持续加工。本申请中由于是采用次磷酸铝丝匀速穿过尼龙66熔体，尼龙66熔体在次磷酸铝丝的表面形成包覆层，使得整个工艺过程中所制得的次磷酸铝-尼龙66的成分分布均匀，在注塑成型时更容易获得成分均一的产品；另外，本申请可以直接应用于现有的尼龙66改性。

本申请将新型阻燃剂次磷酸铝有效引入尼龙66，有效提高现有尼龙66的综合力学性能；而且在本申请中次磷酸铝的添加量少，能在提高尼龙66的力学性能下不影响尼龙66的氧指数，有效提高尼龙66的阻燃效率。

附图说明

图1是本申请中螺杆转速与拉伸强度关系测试图；

图2是本申请中螺杆转速与弯曲强度关系测试图；

图3是本申请中背压与弯曲强度关系测试图；

图4是本申请中注塑压力与弯曲强度关系测试图；

图5是本申请中涉及的生产系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

一种次磷酸铝-尼龙66的生产工艺，包括如下步骤：

步骤一、将预热的次磷酸铝丝穿过流动的尼龙66熔体，得到包覆尼龙66的次磷酸铝丝样条；为了提高次磷酸铝与尼龙66的相溶性，还包括向尼龙66熔体中加入浸润剂，将次磷酸丝采用偶联剂、或偶联剂与相容剂的混合物进行表面处理；

步骤二、将样条冷却切粒，得到粒料；

步骤三、将粒料注塑成型，得到次磷酸铝-尼龙66；注塑成型过程中，温度为280-290℃，优选地，料筒温度为290℃，喷嘴温度为280℃，料筒至喷嘴之间的温度为290℃；注塑成型过程中，注塑压力为40mpa。

具体工艺参数的选择：

一、控制次磷酸铝的百分含量，检测次磷酸铝的百分含量对次磷酸铝-尼龙66性能的影响。检测结果见表1为在挤出压力为5kpa/m²，温度100℃下，挤出造粒并测试了冲击强度与拉伸强度。

表1次磷酸铝的百分含量对冲击强度与拉伸强度的影响

次磷酸铝的百分含量对缺口冲击强度的影响：

缺口冲击强度(室温)按gb/t1043-1993测试,试样尺寸120mm15mm10mm,缺口宽度2mm,深度为厚度的1/3。共筛选了1％、2％、3％、4％、5％次磷酸铝添加量的尼龙66，从表2可以看出，当次磷酸铝的用量达到3％后，缺口冲击效果增加不明显。添加量为质量百分含量。

表2次磷酸铝的百分含量对缺口冲击强度的影响

综合表1与表2次磷酸铝添加的质量百分含量为4％-5％，优选为4％。

二、分别选用不同种类不同含量的浸润剂，检测浸润剂对次磷酸铝-尼龙66性能的影响。检测结果见表3。

表3浸润剂对次磷酸铝-尼龙66性能的影响

由于浸润剂在高温下分解，其含量增加进而导致分解的更多，使复合材料的韧性减小造成。浸润剂的加入是为了提高熔体的流动性，增大浸渍速度，提高浸渍效果，但是在尼龙树脂熔体300℃的环境下，沸点低的浸润剂容易气化甚至分解，不仅会影响浸渍生产的顺利进行，也会降低复合材料的强度，所以浸润剂的含量需要控制。浸润剂的加入质量为尼龙66熔体质量的0.8％，优选的浸润剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或任意比的两种。

三、采用偶联剂对次磷酸铝进行表面处理，偶联剂在无机物和聚合物之间，通过物理的缠绕式进行某种化学反应，形成牢固的化学键，从而使两种性能大不相同的材料紧密结合起来，增强界面性能。同时，使用表面化学处理剂的次磷酸铝-尼龙66比未使用处理剂的次磷酸铝-尼龙66长期耐候性、耐水性、耐化学腐蚀性均有大大改善，机械强度有成倍的提高，耐热性和电性能也有很大改善。

分别选用不同种类不同含量的偶联剂，采用不同含量的相溶剂493d，检测偶联剂与相容剂对次磷酸铝-尼龙66性能的影响。其中，偶联剂的份数代表每一百份次磷酸铝与尼龙66的复合物中添加的偶联剂的量；相容剂的份数代表每一百份次磷酸铝与尼龙66的复合物中添加的偶联剂的量；检测结果见表4。

表4偶联剂与相容剂对次磷酸铝-尼龙66性能的影响

加入kh561的lgfr-pa66(次磷酸铝-尼龙66)各项力学性能都比加入kh560的更大，说明kh561在lgfr-pa66复合材料中的效果比kh560好。这主要是因为kh561比kh560耐高温性能更好，kh560的沸点290℃，kh561的沸点304℃，在温度300℃的熔融体系中，kh560比kh561更容易气化损失。表4中相容剂6份的lgfr-pa66的力学性能均小于相容剂4份的lgfr-pa66，过多的相容剂降低材料的力学性能。综合比较得出，kh561在界面结合上的作用更好，相容剂493d与偶联剂的用量比为(4-5)：1，具体的为相容剂的用量以4份为佳，偶联剂的用量以0.8份最佳。

具体应用

图5中：1、次磷酸铝丝；2、马弗炉；3、浸渍机；4、挤出机；5、拉伸试验机；6、冷粒切粒机。

采用自行研制的生产系统如图5所示，本实施例也称熔融浸渍系统，包括马弗炉，浸渍机、挤出机、拉伸试验机以及冷粒料切粒机，浸渍机设于马弗炉的出料口与挤出机进料口之间，拉伸试验机设于挤出机的出料口以及冷粒切料机入口的之间，马弗炉用于预热次磷酸铝丝；挤出机设于浸渍机的浸渍模头的上方，挤出机用于将尼龙66熔融并挤出至浸渍机中；并且经过马弗炉预热的次磷酸铝丝穿过浸渍机的浸渍模头后，被拉伸机送至冷粒切料机，冷粒切料机设于拉伸试验机的出料侧。具体的为设定挤出机的挤出温度为230～290℃，设定马弗炉预热次磷酸铝丝的温度为200℃。混配有浸润剂的尼龙66从挤出机入料口加入，熔融塑化后注入温度在280-300℃的浸渍机的浸渍模头；经预热的次磷酸铝丝束在牵引力作用下以10-20m/min的速度穿过浸渍模头，高流动的尼龙66熔体在浸渍模头内包覆浸渍次磷酸铝丝束。浸渍好的次磷酸铝丝束经冷却后，采用拉伸试验机拉伸，并采用冷料切粒机切成长度为12mm的lgfr-pa66粒料，干燥后在注塑机上注塑成标准试样。

注塑成型后试样的耐水性测试：将lgfr-pa66粒料放入装有纯的乙二醇溶剂的试验装置中，升温至135℃后连续保持72h，浸湿样条，放入烘箱中120℃下干燥2h后，缀在30min肉进行其稳能的测试。发现以次磷酸铝为添加剂的尼龙66阻燃剂，耐水性并没影响。

注塑过程中工艺参数的选择：

通过自制的模具和熔体包覆工艺制备了次磷酸铝质量分数为5％的lgfr-pa66粒料。然后用注射机将该粒料按表5基本注射工艺参数注塑成标准样条。次磷酸铝尼龙66阻燃剂加工前在100℃下干燥12h，样条在测试之前干燥用pe袋封装。本实验通过更改注塑过程中的加工参数，制备lgfr-pa66样条。

表5注塑工艺参数

a、改变螺杆转速和熔体温度进行样条的注塑

在表5的注塑工艺参数基础上，改变熔体温度和螺杆转速，对长度12mm、次磷酸铝质量分数5％的lgfr-pa66进行注塑成型。料筒温度从入料口到喷嘴温度表示为290-290-280℃，其余温度组合为相同顺序。由图1和2可以看到随着随螺杆转速上升，拉伸强度和弯曲强度也随之增大，在相同螺杆转速下，随着温度的上升，力学性能稍有提高。其中螺杆转速150r/min下的弯曲强度如图2所示。

上述现象的原因是随着螺杆转速的升高，树脂包裹的次磷酸铝单丝受到的剪切应力相应的升高，单丝发生折损断裂的概率升高，其最终的长度也随之降低，上述曲线呈现下降的趋势。

b、改变背压和熔体温度进行样条的注塑

在表5的注塑工艺参数基础上，改变熔体温度和背压，对长度12mm、次磷酸铝质量分数5％的lgfr-pa66进行注塑成型。料筒温度从入料口到喷嘴温度表示为290-290-280℃，其余温度组合为相同顺序。由图3可见，尼龙66阻燃剂的弯曲强度随着背压的增大而减小。原因为背压升高过程中，使得次磷酸铝之间的剪切力升高，同时次磷酸铝之间的基体被挤出，所以次磷酸铝的长度持续减小，对lgfr-pa66的增强作用减弱。因此在背压变化的过程当中不存在取向作用，随着次磷酸铝长度的较小，其力学性能都呈现持续的降低。塑化温度在熔体温度基本相同的情况下，略微改变温度对性能影响不大。背压是影响尼龙66塑化的主要因素，在背压过小，塑化不佳的情况会导致充模不满，另一方面，粒料在料筒内加热塑化时间太长，会导致尼龙的分解，影响lgfr-pa66的品质，所以不可以选择过低的背压。综上所述，从力学性能和塑化效果综合来看，最佳背压树脂应该为10mpa左右。

c、改变注射压力和熔体温度(尼龙66熔体温度)进行样条的注塑

在表5的注塑工艺参数基础上，改变熔体温度和注射压力，对长度12mm、次磷酸铝质量分数5％的lgfr-pa66进行注塑成型。料筒温度从入料口到喷嘴温度表示为290-290-280℃，其余温度组合为相同顺序。如图4所示，随着注塑压力的上升，lgfr-pa66弯曲强度维持在300mpa变化不大，原因是注塑压力的增大提高了注塑速度，次磷酸铝受到的剪切力增大，长度明显减小，但同时次磷酸铝容易形成取向，两种对弯曲强度的作用类似，方向相反，从而使弯曲强度基本不变。从仪器方面考虑，最佳的注塑压力应为40mpa。

次磷酸铝-尼龙66阻燃性能测试

本发明开发的次磷酸铝-尼龙66符合国家尼龙66行业标准(fz/t54007-2009)，其阻燃性能达到国家防火标准(gb8624-2012)，且其生产工艺优化了现有生产工艺，生产的尼龙66阻燃剂产品的拉伸强度、弯曲弹性模量、简支梁缺口冲击强度分别比之前提高10％、10％、20％以上。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。