第39卷第7期2011年7月塑料工业
CHINA PLASTICS INDUSTRY
*
湖南省高校创新平台重点实验室开放基金项目（09K090）
作者简介：石璞，男，1976年生，副教授，主要从事防火阻燃材料的研究。137****0866，shipu1976@163 *
石
璞1，李福枝2，刘跃军1
，张
弛
服务器监测
1
（1．湖南工业大学包装新材料与技术重点实验室，湖南株洲412008；
2．湖南工业大学包装与材料学院，湖南株洲412008）
摘要：采用溴化聚苯乙烯（BPS ）作为阻燃剂，短玻纤和玻璃微珠作为增强体系，与尼龙66（PA66）共混，经双螺杆挤出机挤出，制备了高表面质量、力学性能优良的阻燃增强PA66复合材料。研究结果表明，添加19份BPS 后，PA66可以达到V-0级别的阻燃效果。使用0.8份硅酮润滑剂对PA66的表面质量有一定改善，并且对力学性能影响很小。将玻璃微珠与短玻纤复配，一定程度上可以改善PA66的表面质量，但玻璃微珠对PA66力学性能有不利影响，因此用量不能太大，控制在5份以内。
关键词：表面质量；尼龙66；硅酮润滑剂；短玻纤；玻璃微珠中图分类号：TQ323.6
文献标识码：A
文章编号：1005－5770（2011）07－0035－04
Research on Surface Quality of Reinforced and Flame Retardant Nylon 66
SHI Pu 1，LI Fu-zhi 2，LIU Yue-jun 1，ZHANG Chi 1
（1．Key Laboratory of New Material and Technology for Package ，Hunan University of Technology ，Zhuzhou 412008，China ；
2．Institute of Packaging and Material ，Hunan University of Technology ，Zhuzhou 412008，China ）
Abstract ：Glass reinforced nylon 66with high surface quality and excellent mechanical properties was prepared by twin screw extruder ，using short glass fiber and glass beads as reinforce agent ，bromine polysty-rene （BPS ）as flame retardant agent．The results showed that nylon 66achieved V-0retardant class when mixed with 19wt%BPS．Silicon lubricant agent was used to improve the quality of surface ，and research showed that 0.8wt%of silicon lubricant had little disadvantage on mechanical property of nylon 66composite．Mixing short glass fiber and glass beads together can improve the surface quality of nylon 66．Unfortunately glass beads would reduce the mechanical properties of nylon 66and the recommendatory dosage of glass beads was less than 5wt%．
Keywords ：Surface Quality ；Nylon 66；Silicon Lubricant ；Short Glass Fiber ；Glass Beads
使用玻璃纤维增强的阻燃尼龙66（PA66）材料
在汽车、机械仪表、电子电气、国防军工、航空等领域得到广泛的应用。目前阻燃增强尼龙66的研究主
要集中在使用高效环保型阻燃剂［1－3］
和提高PA66力学性能
［4－5］
这些方面。从掌握的文献看，没有人研究过其表面质量问题。由于阻燃增强PA66越来越多地应用于消费品，一般而言其表面质量较差，具体表现为材料外观较黄、表面粗糙度大、制品易产生刺手的毛刺、材料光泽度小，表面暗淡无光，不能满足某些对表面质量要求高的场合。因此，制备出高质量的阻燃增强PA66材料有一定的实际意义。
本文通过选择合适的阻燃剂、润滑剂、并将不同玻璃纤维和玻璃微珠复配，以期制备出表面质量较
好、其他性能能满足要求的阻燃增强PA66材料。
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1
实验部分
1.1
主要原料
PA66：2200M6，台湾南亚；溴化聚苯乙烯（BPS ）：FIREMASTER 64HW ，美国大湖；硅酮：
SG-100，佛山宏大丹特；硅烷偶联剂处理的短玻纤：ESC301，重庆国际复合；玻璃微珠：KS2，科宏。1.2主要设备
双螺杆挤出机：CTE35，科倍隆科亚（南京）机械有限公司；注塑机：HTF90W1，宁波海天注塑机有限公司；水平垂直燃烧试验机：SH5300，广州信禾电子设备有限公司；电子式万能拉力机：CMT-6000，深圳新三思计量有限公司；白度测试仪：YQ-
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塑料工业2011年
Z-48B，杭州轻通仪器开发公司；镜向光泽度仪：KGZ-1A，天津科器高新技术公司；表面粗糙度测量
仪：SRT-1（F），上海峰志仪器有限公司；熔体流动速率：XNR-400B，金建检测仪器有限公司；超景深三维显微系统：VHX-600E，日本基恩士。
1.3改性PA66样品的制备
将PA66置于90ħ烘箱中干燥6h。将干燥好的PA66按照配方设计量和其他助剂混合均匀，加入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒。将造粒后的样品放入90ħ烘箱中干燥24h后，在注塑机中进行注塑成型得测试样品。
1.4测试与表征
按照GB/T1040—2006测试材料的拉伸性能；按照GB/T9341—2000测试材料的弯曲性能；按GB/T 1043—1993测量材料的冲击强度；按照UL94测试材料的阻燃性能；使用白度仪和光泽度计测试材料的白度和光泽度以评价材料外观；使用光切显微镜测量材料的表面粗糙度；使用基恩士超景深三维显微系统观察注射样条表面的微观情况，并使用数码相机将改进表面的阻燃增强尼龙66试样和市场上一般配方的试样进行拍照对比。
2结果与讨论
2.1阻燃剂的选择和使用量的确定
对于大多数应用，尼龙66的使用首先要保证其阻燃能力达到V-0级别。目前，十溴二苯乙烷、包裹红磷和溴化聚苯乙烯（BPS）是PA66的主流阻燃剂。由于十溴二苯乙烷分解温度在300ħ左右，分解温度低于PA66的加工温度，在加纤PA66挤出和注塑中容易分解，从而使材料力学性能和表面质量下降很大，因此不予选用。包裹红磷是一种高效环保阻燃剂，分解温度也很高，但红磷本是红或暗红，添加到增强阻燃PA66中会使PA66颜发生变化，不再是本，而使PA66成品颜很难控制，所以本研究也不选择红磷作为PA66的阻燃剂。BPS用做阻燃剂，对PA66进行阻燃时，拥有优良的熔体流动速率、较高的阻燃效率、无迁移、耐候性优良，并具有对基材的加工性能和物理力学性能影响小、用量低、价格低廉等优点。从初步试验看，进口BPS表面质量比国产要好得多，所以本课题选择进口BPS作为PA66的阻燃剂。另外加入少量尼龙6（PA6）与PA66复配，尼龙6可改善玻纤增强阻燃PA66的流动性。试验配方见表1，表中助剂共1.2份，其中0.5份硅烷偶联剂、0.2份成核剂102、0.3抗氧剂1010份、0.2份抗氧剂168（下同）。测试结果见表2
。
从表2可知，BPS添加18份时，材料能达到通常阻燃尼龙66需要的UL94V-0级阻燃要求。随着BPS份量的增加，材料的白度和光泽度都微量下降，添加16份和20份BPS，白度从63.5降为59.4，光泽度由7.4降到6.6。另外，阻燃尼龙的强度和韧性随着阻燃剂添加量的增加有小幅变化。以上结果表明，由于BPS和PA66相容性好，并且有良好的耐热加工稳定性，因此BPS对表面性能和力学性能影响很小。
由于尼龙66所使用的大多数场合需要达到UL94 V-0级阻燃要求，因此为保险起见，选择添加19份BPS，即表1中的第4组为以下研究的配方。
2.2润滑剂对阻燃增强PA66性能的影响
添加合适的润滑剂可以改变产品的表面性能，润滑剂通过外润滑作用以及改善填料的分散状况、提高熔体的流动性来减少产品表面的粗糙度和提高表面光泽度［6］。特别是当加入玻璃纤维含量较高时，尤其需要加入一定量润滑剂。润滑剂一般添加量在0.5%到1%之间，由文献［7］可知，选择添加0.8份的润滑剂最佳。本文选择三种润滑剂EBS、TAF和硅酮做实验，试验配方如表3，测试结果见表4。
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63
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第39卷第7期石璞，等：阻燃增强尼龙66
表面质量改善的研究
从结果看，EBS、TAF和硅酮都对阻燃增强PA66的表面性能有一定改善作用。硅酮对阻燃增强PA66的表面改善效果最好，并且拉伸强度还有较大幅度的提高。从熔体质量流动速率看，加入硅酮后熔融指数最大，达到43.3g/10min，即流动性最好，这可能是添加硅酮后表面质量提高的重要原因。另外，硅酮极性较EBS和TAF低，挤出时容易分布在尼龙66的外表面，也改善了尼龙66的表面质量。从化学成分上看，硅酮与玻纤和处理玻纤的偶联剂都含有硅氧键（—Si—O—），因此硅酮更能够改善玻纤的分散均匀性，从而使力学强度也得到提高。因此选择硅酮作为增强阻燃尼龙66的润滑剂较合适。
2.3短玻纤/玻璃微珠复配对阻燃增强PA66性能的影响
纤维长度是决定纤维增强复合材料综合性能的主要原因。根据经验，短玻纤增强的尼龙66表面质量比长玻纤要好，因此选择短玻纤。另外，玻璃微珠理论上可非常好地减少表面毛刺、提高表面光泽度，因此本试验选择短玻纤和玻璃微珠复合。配方见表5，测试结果见表6。
玻璃微珠的粒径一般为几个微米，能很好地分散于PA66中，理论上可在一定程度上改善PA66表面。从测试结果看，玻璃微珠的添加基本上不改善材料的白度，对光泽度改善的幅度也不大。从样板的实际情况看，玻璃微珠主要是可减少表面上刺手的突出玻纤
。
但玻璃微珠的添加对阻燃增强PA66力学性能有较大的负面影响，即使是添加5份，拉伸强度从133.2MPa降低到122.3MPa，弯曲模量从8150.7 MPa降低到7999.6MPa，降低了材料的价值。因此从应用的角度看，玻璃微珠添加量不宜超过5份。
2.4增强阻燃PA66
微观照片
图1样品表面光学照片
Fig1The optics of sample surface
本实验使用基恩士超景深三维显微系统观察样品
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塑料工业2011年
的表面微观情况，该仪器可以拍摄出立体感强的图片，可直观地反映表面的情况。使用19份美国大湖BPS 作为阻燃剂、0.8份硅酮做润滑剂、添加5份玻
璃微珠、25份短纤维所做试样（编号为样品1#
）。为做对比，按照一般配方制备普通阻燃增强尼龙66：即使用19份国产BPS 做阻燃剂、EBS 做润滑剂、30
份玻纤所做试样（编号为样品2#
）。
从照片中可以明显看出，图1b 三维立体感很强，
反映出普通配方制备的样品2#
表面粗糙、玻纤外露
明显、轮廓最大深度远大于样品1#。另外，样品2#
玻纤排列不规则，而样品1#
的玻纤绝大部分沿流动
方向排列，并且分散更加均匀。因此，样品2#
的表
面光泽度也较样品1#
ic自动烧录机
小。从图3更可以直观地看到，
样品1#外观较样品2#
白得多，并且较平滑，没有样
品2#
粗糙、刺手。因此本配方对改善表面质量有较好的效果
。
骨刺消痛膏
a－样品1
#
b－样品2#
图2样品的数码相片图Fig 2
Camera photos of samples
3结论
1）添加19份BPS 后，PA66可以达到V-0级别
的阻燃效果，由于BPS 耐高温并且与PA66相容性很好，所以BPS 加入后，对PA66表面质量和力学性能影响较小。2）使用质量分数0.8%硅酮润滑剂对PA66表面质量有一定改善，硅酮对力学性能的影响很小。3）将玻璃微珠与短玻纤复配，一定程度上可以减少PA66表面毛刺，但玻璃微珠对PA66力学性能有不利影响，因此用量不能太大，控制在5份以内。4）本研究所做的阻燃增强PA66样板表面性能要明显优于普通样板。但从成本上看，要高于普通样板。
参
考
文
献
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