環保型增強阻燃耐高溫尼龍研制及中試成果評價報告

摘要：本文對環保型增強阻燃耐高溫尼龍的研制及中試進行了介紹，肯定了其成果，指出該成果在配方設計上具有較好的創新性，技術上有一定的先進性，成熟可靠，經濟、社會效益良好，但其配方選擇、復配因素分析等還存在有待進一步研究的問題。

關鍵詞：環保型 阻燃耐高溫尼龍

1 成果概況

該成果由青島青島科柏利高性能聚合物有限公司自主研發，該公司是一家專業從事高性能塑料改性的生產商。成果以長玻璃纖維、高效復合阻燃劑對半芳香尼龍（聚對苯二甲酰己二胺）進行了增強改性研究，不僅保持了其耐化學藥品性和易加工的優勢，而且使其力學性能、耐熱性能有了大幅度的提高，材料的表觀質量、尺寸穩定性和耐水解性也有明顯提高。該成果系列尼龍產品滿足了電子電器產品市場對阻燃和增強高分子復合材料的要求，契合了市場需求，具有廣闊的市場前景。

2 成果主要研究內容

本成果主要從環保型增強阻燃耐高溫尼龍的配方研制、生產工藝優化、配套設備研制三方面進行了研究。

2.1 配方技術 從力學性能、熱學性能、具體產品使用要求等方面進行考慮，對玻璃纖維含量、阻燃劑（溴化聚苯乙烯、三氧化二銻）含量、浸潤劑（偶聯劑）含量、抗氧劑的選擇及含量方面進行分析。

2.2 生產控制優化技術 從力學性能、外觀性能、具體生產要求等方面進行考慮，對玻璃纖維單纖直徑、長度、含水量、共混溫度、螺桿轉速、功能性助劑的條件進行分析。

2.3 配套設備研制 針對阻燃耐高溫尼龍外觀和性能不穩定、擠出機本身存在缺陷（清理過程繁雜）等問題，優化雙螺桿擠出機螺桿組合的結構設計。

3 阻燃耐高溫尼龍研制成果評價

該成果以改性玻璃纖維、高效復合阻燃劑為功能試劑對半芳香尼龍（聚對苯二甲酰己二胺）改性，不僅保持了其耐化學藥品性和易加工的優勢，其力學性能、耐熱性能、材料的表觀質量、尺寸穩定性和耐水解性也有了大幅度的提高。在配方設計中，該成果以溴化聚苯乙烯為阻燃劑，復配三氧化二銻，解決了耐高溫尼龍阻燃產品生產過程總阻燃劑易分解的難題，通過添加抗氧劑使其保持了再加工過程的性能穩定。該成果系列產品在研制及生產過程中，通過對雙螺桿擠出機螺桿組合、抽真空裝置、冷卻裝置、毛刺清除器、振動篩等優化設計，解決了產品外觀和性能不穩定、存在缺陷的問題，產品性能進一步提高。

3.1 阻燃耐高溫尼龍的主要技術性能指標

3.1.1 力學性能：拉伸強度：150.5MPa，彎曲強度：194.3MPa，撓曲模量：9035.6MPa；產品在潮濕環境下強度和韌性變化不大。

3.1.2熱性能：熱撓曲溫度為281.3℃(0.45MPa)。

3.1.3 耐化學性：耐受乙二醇和水的侵蝕，并具有良好的耐汽油、耐潤滑油性。

3.1.4 內膨脹系數：內膨脹系數低，與金屬類似。

3.1.5 吸濕性能：具有較低的吸濕性，吸水率僅為等量玻纖增強PA46產品的一半。

3.1.6 環保性能：有害物質含量如下：鎘：0.01%(100ppm)；鉻：0.1%(1000ppm)；鉛：0.1%(1000ppm)；汞：0.1%(1000ppm)；多溴聯苯：0.1%(1000ppm)；多溴聯苯醚：0.1% (1000ppm)。測試結果完全符合歐盟ROHS指令的要求。

3.1.7 燃燒性能：具有優良的防火性，不燃燒，防止火災的產生，阻燃等級達到UL94 V0 級，燃燒殘余33%。

3.2 成果的主要技術創新點

3.2.1 配方設計方面，該成果以溴化聚苯乙烯為阻燃劑，復配三氧化二銻，解決了耐高溫尼龍阻燃產品生產過程總阻燃劑易分解的難題，并通過添加抗氧劑保持了產品在生產中物料的穩定性。

該成果配方如下：聚苯二酰胺55%-80%，玻璃纖維20%-45%，阻燃劑（溴化聚苯乙烯10%-35%，三氧化二銻3%-15%）、布呂格曼抗氧劑H161為0.1%-1.2%，功能性助劑季戊四醇酯0.2-3.0%、防玻纖外露劑0.1-1.3%，可根據不同產品需求，可調整各組份含量獲得不同性能的產品。

3.2.2 在生產工藝優化方面，研發人員通過試驗、分析與測試，分別得出玻璃纖維單纖直徑、長度、含水量、共混溫度、螺桿轉速、功能性助劑的條件選擇原則，并得出玻璃纖維的直徑為10μm-15μm，玻璃纖維的長度為0.7mm-1mm，玻璃纖維含水量越高力學性能越差，共混擠出溫度需控制在基料熔點的溫度范圍內，在實際操作中可根據玻璃纖維入口熔體流動狀況來確定熔融區溫度，同時，還應注意螺桿溫度梯度與分布的控制，以防止某一區溫度過于集中或超高現象，螺桿擠出溫度的分布與螺桿結構有密切關系。

螺桿轉速設定的原則是：低玻璃纖維含量時，可適當提高轉速；高玻璃纖維含量時，應采用中轉速；對于阻燃增強，由于阻燃劑易產生熱分解，宜采用低轉速。根據具體產品最終性能要求，調整工藝條件，使其不僅具有優良的阻燃性，還要保持良好的力學性能，滿足產品在電子電器、汽車燈行業的應用。

3.2.3 在配套設備研制方面，通過對雙螺桿擠出機螺桿組合的優化設計，解決了產品外觀和性能不穩定、存在缺陷的問題。該項目研制的配套設備申請了4項實用新型發明專利，包括：①擠出機用抽真空裝置：通過設置三通管將剛性連接管和柔性連接管連通，可以打開第一閥門通過鐵棒將剛性連接管疏通，簡化了清理過程。②擠出機用冷卻裝置：通過噴水裝置噴水降溫，塑料無需浸沒在水中便可以有效的實現降溫，有效降低塑料中的含水量。通過控制履帶運行的速度實現確定塑料的粗細，減少出現塑料粗細不均的現象，方便的實現規定外形要求。③擠出機用毛刺清除器：通過在雜質清除板上開設多個雜質清除孔便于清除附著在條形塑料上的毛刺等雜質。④擠出機用振動篩：通過加設振動器、粉塵過濾板、第一容納腔、篩選板、廢品回收板和多個減震彈簧，有效分離切粒機切割過程中產生的粉塵和的尺寸過大的塑膠粒子。

3.3 該成果技術成熟度分析 該成果在研制過程中，研發人員形成了形成了完整的技術方案，按照技術方案對生產的樣品進行了試驗和檢測，并通過多次試驗，獲得了該成果產品的配方、生產優化條件，結合生產需要，改進或研制了擠出機等設備。成果在研制過程中，已申請發明專利1項，實用新型專利4項。該成果已生產出中試產品，并有部分試銷產品，參照《科學技術研究項目評價通則—開發研究項目技術水平量表》，該成果技術就緒水平已超過八級，進行部分調整和完善后即具備九級技術就緒水平（成型產品銷售、標準、專利等）。

4 存在的問題及建議

4.1 阻燃耐高溫尼龍配方設計中，只驗證了單因素試驗結果，對多因素復配結果、交互因素之間的影響沒有進行試驗及說明；

4.2 配方設計中阻燃劑的添加有兩方面問題需要改進，一是阻燃劑添加后均勻分布性問題要重點考慮，分布不均對產品性能影響較大，二是阻燃劑種類選擇問題，目前采用的含鹵阻燃劑雖然符合當前環保要求，但隨著環保政策的修改，應考慮含鹵阻燃劑的替代品種，可以試驗其他種類阻燃劑，如磷系或無機阻燃劑；

4.3 在產品檢測方面，需考慮檢測的全面性，如在耐溫性測試方面，除考慮耐高溫測試外，還應考慮耐低溫測試，測試委托應選擇有資質的、影響力較大的測試機構；

4.4 在產品市場開發方面，建議與產業需求相結合，與下游廠家聯合，有針對性的進行產品改性，針對不同的需求，生產不同系列的產品。

5 結論

該成果采用長玻纖維復合擠出技術制備環保增強阻燃耐高溫尼龍，滿足了國內汽車及家電行業對特種聚合物材料的需求，成果采用的復合長玻纖維增強熱塑性塑料技術是目前塑料復合材料的新技術，可以明顯減少擠出機螺桿對纖維的破壞作用。該成果在配方設計上具有較好的創新性，技術上有一定的先進性，成熟可靠，重現性高，經濟、社會效益良好，推動了高溫尼龍改性技術的進步，對提升產品品質及國內市場競爭力有較強貢獻。該成果雖在改性配方設計、生產工藝優化、配套設備研制等方面具有一定的先進性，但其配方選擇、復配因素分析等還存在有待進一步研究的問題。