阻燃型玻纤增强聚酰胺门窗隔热条的研制及性能

2022-11-09刘艳斌谭月敏

广州化工 2022年19期

刘艳斌，谭月敏

(1 佛山市优耐高新材料有限公司，广东佛山 528244；2 广州市白云化工实业有限公司，广东广州 510540)

门窗隔热条是铝型材实现隔热节能的关键部件，玻纤增强聚酰胺复合材料是隔热条挤出加工成型的主要材料[1-3]。玻璃纤维增强的聚酰胺等复合材料在燃烧时容易出现所谓的“烛芯效应”，使材料更容易燃烧，且燃烧时易产生有焰滴落,极易传播火焰，带来极大的安全隐患[4]。因此，研究玻纤增强聚酰胺隔热条的阻燃问题具有十分重要的意义。

目前，市场上，阻燃型玻纤增强聚酰胺门窗隔热大多为含卤素化合物阻燃剂型的产品，虽然具有很好的阻燃效果，但其燃烧时产生有毒有害气体往往带来的二次性灾害[5-7]。三聚氰胺为刚性含氮量高的杂环结构，具有阻燃性能好，热稳定性能高，低毒低生烟量等优点，成为制备氮系无卤阻燃剂的主要原料之一[8-9]。

本文以三聚氰胺和尿酸盐自制阻燃剂MC为主阻燃剂,添加其他阻燃剂及阻燃促进剂等配制系列复合阻燃剂为基础，制备了阻燃型玻纤增强聚酰胺，通过挤出加工成型制备了阻燃型玻纤增强聚酰胺门窗隔热条，并对隔热条的性能进行了研究。

1 实验

1.1 药品与试剂

聚酰胺(PA66)，美国杜邦公司；短玻璃纤维(988)，巨石集团有限公司；偶联剂(KH-550)，上海嘉辰化工有限公司；抗氧剂(1010/168)，上海加成化工有限公司；阻燃剂(MC)，自制；复合阻燃剂，自制。

1.2 仪器设备

高速分散机(SH-Z500)，张家港市宏基机械有限公司；双螺杆挤出机(HT-75)，南京橡塑机械厂有限公司；单螺杆挤出机(SJ-45)，南京杰恩特机电有限公司；拉伸实验机(GM4104)，美特斯(MTS)工业系统有限公司；电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9146A型)，青岛明博环保科技有限公司。

1.3 试样制备

(1)阻燃型玻纤增强聚酰胺门窗隔热条制备

将聚酰胺(PA66)，短玻璃纤维，阻燃剂，抗氧剂，偶联剂等助剂加入到高速分散机种，搅拌均匀后，又双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后，切粒，干燥。得到阻燃型玻纤增强聚酰胺材料，然后将阻燃型玻纤增强聚酰胺用单螺杆挤出机挤出成型，即可制备成阻燃型玻纤增强聚酰胺门窗隔热条。阻燃型玻纤增强聚酰胺门窗隔热条的具体制备流程工艺图如图1所示。

图1 阻燃型玻纤增强聚酰胺隔热条制备流程图Fig.1 Flow chart of preparation of flame retardant glass fiber reinforced polyamide insulation strip

(2)测试样条的制备

按照相关测试标准的要求将所制备的阻燃型玻纤增强聚酰胺门窗隔热条切割成需要的尺寸。

1.4 性能测试

拉伸性能，按GB/T 23615.1-2017规定的试验方法进行测试；燃烧性能，按GB/T2408-2008规定的试验方法进行测试。

2 结果与讨论

2.1 MC对玻纤增强聚酰胺门窗隔热条性能影响

2.2.1 阻燃性能

图2给出了MC对玻纤增强聚酰胺门窗隔热条阻燃性能的影响.随着阻燃剂用量的增加,阻燃效果增强，含8%及以下MC的隔热条阻燃性较差为V-2级，当阻燃剂MC的加入量增加到16%时，所制备的隔热条阻燃性能达到V-0级水平。因此，单纯MC在玻纤增强聚酰胺门窗隔热条中添加量需达到16%以上才能有较好的阻燃效果。

图2 MC对玻纤增强聚酰胺门窗隔热条阻燃性能的影响Fig.2 MC’s influence on flame retardancy of glass fiber reinforced polyamide door and window insulation strips

2.1.2 力学性能

图3给出了MC对玻纤增强聚酰胺门窗隔热条拉伸性能的影响，从图3中可以看出：随着阻燃剂MC的加入，材料的拉伸强度逐渐降低，断裂伸长率基本保持不变。在GB/T 23615.1-2017产品标准中要求I型材的拉伸强度大于80 MPa，当添加量阻燃剂MC的添加量为20%时，玻纤增强聚酰胺门窗隔热条拉伸降低到82 MPa，当添加量阻燃剂MC的添加量为24%时，玻纤增强聚酰胺门窗隔热条拉伸降低到78 MPa。综合考虑MC对玻纤增强聚酰胺门窗隔热条拉伸性能及阻燃性能的影响，建议阻燃剂MC的最高建议添加量为16%～20%。因此，使用单一阻燃剂无法达到阻燃及力学性能兼备的效果。

图3 MC对玻纤增强聚酰胺门窗隔热条伸性能的影响Fig.3 MC’s influence on the tensile properties of glass fiber reinforced polyamide doors and windows insulation strips

2.2 复配阻燃剂对隔热条的影响

表2给出了复配阻燃剂对玻纤增强聚酰胺门窗隔热条拉伸性能和阻燃性能的影响。随着复合阻燃剂添加量的增加，拉伸强度及断裂伸长率均下降，当复合阻燃剂的添加量为24%,玻纤增强聚酰胺门窗隔热条拉伸强度仍为85 MPa。当阻燃剂加入量为10%时，即可达到UL94V0级。因此，使用复合阻燃剂与单一阻燃剂MC相比，阻燃剂的用量大幅度下降，生产成本大幅度降低。

综上所述，复配阻燃剂含量为10%时，既可以保证隔热条优异的力学性能又使其阻燃级别达到V-0级。

表1 复配阻燃剂添加量对隔热条性能的影响Table 1 Effect of the addition amount of compound flame retardant on the performance of heat insulation strip

2.3 阻燃型聚酰胺门窗隔热条的其他性能

表2 聚酰胺门窗隔热条的其他性能Table 2 Other properties of polyamide door and window insulation strips

根据上述实验，采用10%添加量的复合阻燃剂制备了阻燃型聚酰胺门窗隔热条，并对阻燃型聚酰胺门窗隔热条的其他性能进行了测试，测试结果如表2所示。表2中的数据结果显示，添加10%复合阻燃剂制备的阻燃型聚酰胺门窗隔热条的其他性能均能满足GB/T 3615.1-2017标准要求。添加10%复合阻燃剂可以制备出满足市场标准要求的无卤阻燃性的聚酰胺门窗隔热条。