阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條的研制及性能

劉艷斌，譚月敏

(1 佛山市優(yōu)耐高新材料有限公司，廣東 佛山 528244；2 廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510540)

門窗隔熱條是鋁型材實(shí)現(xiàn)隔熱節(jié)能的關(guān)鍵部件，玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料是隔熱條擠出加工成型的主要材料[1-3]。玻璃纖維增強(qiáng)的聚酰胺等復(fù)合材料在燃燒時(shí)容易出現(xiàn)所謂的“燭芯效應(yīng)”，使材料更容易燃燒，且燃燒時(shí)易產(chǎn)生有焰滴落,極易傳播火焰，帶來極大的安全隱患[4]。因此，研究玻纖增強(qiáng)聚酰胺隔熱條的阻燃問題具有十分重要的意義。

目前，市場上，阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱大多為含鹵素化合物阻燃劑型的產(chǎn)品，雖然具有很好的阻燃效果，但其燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒有害氣體往往帶來的二次性災(zāi)害[5-7]。三聚氰胺為剛性含氮量高的雜環(huán)結(jié)構(gòu)，具有阻燃性能好，熱穩(wěn)定性能高，低毒低生煙量等優(yōu)點(diǎn)，成為制備氮系無鹵阻燃劑的主要原料之一[8-9]。

本文以三聚氰胺和尿酸鹽自制阻燃劑MC為主阻燃劑,添加其他阻燃劑及阻燃促進(jìn)劑等配制系列復(fù)合阻燃劑為基礎(chǔ)，制備了阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺，通過擠出加工成型制備了阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條，并對隔熱條的性能進(jìn)行了研究。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 藥品與試劑

聚酰胺(PA66)，美國杜邦公司；短玻璃纖維(988)，巨石集團(tuán)有限公司；偶聯(lián)劑(KH-550)，上海嘉辰化工有限公司；抗氧劑(1010/168)，上海加成化工有限公司；阻燃劑(MC)，自制；復(fù)合阻燃劑，自制。

1.2 儀器設(shè)備

高速分散機(jī)(SH-Z500)，張家港市宏基機(jī)械有限公司；雙螺桿擠出機(jī)(HT-75)，南京橡塑機(jī)械廠有限公司；單螺桿擠出機(jī)(SJ-45)，南京杰恩特機(jī)電有限公司；拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)(GM4104)，美特斯(MTS)工業(yè)系統(tǒng)有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9146A型)，青島明博環(huán)?？萍加邢薰尽?/p>

1.3 試樣制備

(1)阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條制備

將聚酰胺(PA66)，短玻璃纖維，阻燃劑，抗氧劑，偶聯(lián)劑等助劑加入到高速分散機(jī)種，攪拌均勻后，又雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，冷卻后，切粒，干燥。得到阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺材料，然后將阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺用單螺桿擠出機(jī)擠出成型，即可制備成阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條。阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條的具體制備流程工藝圖如圖1所示。

圖1 阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺隔熱條制備流程圖Fig.1 Flow chart of preparation of flame retardant glass fiber reinforced polyamide insulation strip

(2)測試樣條的制備

按照相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)的要求將所制備的阻燃型玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條切割成需要的尺寸。

1.4 性能測試

拉伸性能，按GB/T 23615.1-2017規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行測試；燃燒性能，按GB/T2408-2008規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 MC對玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條性能影響

2.2.1 阻燃性能

圖2給出了MC對玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條阻燃性能的影響.隨著阻燃劑用量的增加,阻燃效果增強(qiáng)，含8%及以下MC的隔熱條阻燃性較差為V-2級(jí)，當(dāng)阻燃劑MC的加入量增加到16%時(shí)，所制備的隔熱條阻燃性能達(dá)到V-0級(jí)水平。因此，單純MC在玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條中添加量需達(dá)到16%以上才能有較好的阻燃效果。

圖2 MC對玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條阻燃性能的影響Fig.2 MC’s influence on flame retardancy of glass fiber reinforced polyamide door and window insulation strips

2.1.2 力學(xué)性能

圖3給出了MC對玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條拉伸性能的影響，從圖3中可以看出：隨著阻燃劑MC的加入，材料的拉伸強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長率基本保持不變。在GB/T 23615.1-2017產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中要求I型材的拉伸強(qiáng)度大于80 MPa，當(dāng)添加量阻燃劑MC的添加量為20%時(shí)，玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條拉伸降低到82 MPa，當(dāng)添加量阻燃劑MC的添加量為24%時(shí)，玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條拉伸降低到78 MPa。綜合考慮MC對玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條拉伸性能及阻燃性能的影響，建議阻燃劑MC的最高建議添加量為16%～20%。因此，使用單一阻燃劑無法達(dá)到阻燃及力學(xué)性能兼?zhèn)涞男Ч?/p>

圖3 MC對玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條伸性能的影響Fig.3 MC’s influence on the tensile properties of glass fiber reinforced polyamide doors and windows insulation strips

2.2 復(fù)配阻燃劑對隔熱條的影響

表2給出了復(fù)配阻燃劑對玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條拉伸性能和阻燃性能的影響。隨著復(fù)合阻燃劑添加量的增加，拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率均下降，當(dāng)復(fù)合阻燃劑的添加量為24%,玻纖增強(qiáng)聚酰胺門窗隔熱條拉伸強(qiáng)度仍為85 MPa。當(dāng)阻燃劑加入量為10%時(shí)，即可達(dá)到UL94V0級(jí)。因此，使用復(fù)合阻燃劑與單一阻燃劑MC相比，阻燃劑的用量大幅度下降，生產(chǎn)成本大幅度降低。

綜上所述，復(fù)配阻燃劑含量為10%時(shí)，既可以保證隔熱條優(yōu)異的力學(xué)性能又使其阻燃級(jí)別達(dá)到V-0級(jí)。

表1 復(fù)配阻燃劑添加量對隔熱條性能的影響Table 1 Effect of the addition amount of compound flame retardant on the performance of heat insulation strip

2.3 阻燃型聚酰胺門窗隔熱條的其他性能

表2 聚酰胺門窗隔熱條的其他性能Table 2 Other properties of polyamide door and window insulation strips

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，采用10%添加量的復(fù)合阻燃劑制備了阻燃型聚酰胺門窗隔熱條，并對阻燃型聚酰胺門窗隔熱條的其他性能進(jìn)行了測試，測試結(jié)果如表2所示。表2中的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，添加10%復(fù)合阻燃劑制備的阻燃型聚酰胺門窗隔熱條的其他性能均能滿足GB/T 3615.1-2017標(biāo)準(zhǔn)要求。添加10%復(fù)合阻燃劑可以制備出滿足市場標(biāo)準(zhǔn)要求的無鹵阻燃性的聚酰胺門窗隔熱條。

3 結(jié) 論

利用MC為主阻燃劑，輔以金屬氫氧化物阻燃劑等進(jìn)行復(fù)配制備復(fù)合阻燃劑對聚酰胺門窗隔熱條的阻燃效果增加明顯，當(dāng)復(fù)合阻燃劑的添加量為10%時(shí)，所制備的聚酰胺門窗隔熱條性能可以滿足GB/T 3615.1-2017標(biāo)準(zhǔn)要求?？梢詽M足市場上對防火門窗對聚酰胺門窗隔熱條阻燃要求。