Огнестойкий полиамидный материал

Известен ряд технических решений по созданию безгалогенных огнестойких материалов на базе алифатических полиамидов (ПА).Согласно патенту США 6562896, МПК С 08 Ь 77/00, 2003, КОМПОЗИЦИИ с высокой огнестойкостью получают введением в ПА 6 или ПА 66 меламинцианурата и веществ, являющихся зародышами кристаллизации. Однако присутствие зародышей кристаллизации в ПА материале приводит, наряду с повышением огнестойкости, к росту кристалличности полимера, ЧТО сопровождается снижением его ударной вязкости.Композиции с повышенной устойчивостью к действию пламени и высоких электрических напряжений получают введением в ПА 5-45 мас. меламинфосфата, меламинполифосфата и/или меламинпирофосфата, 0,5-12 мас. солей щелочных металлов и минерального наполнителя (патент США 6466114, МПК С 08 3/20, 2000). Недостатком данного технического решения является необходимость введения большого количества АП (до 45 мас. ) и минерального наполнителя (до 12 мас. ), что приводит к снижению уровня показателей механических свойств материала и особенно ударной вязкости.Согласно патенту РФ 2206744, МПК С 08 Ь 77/00, С 08 К 13/02 // (С 08 К 13/02, 306,322, 324, 332, 53492, 520), 2003, огнестойкую ПА композицию получают введением(мас. ) в ее состав триазинового антипирена (3-25 ), горючей смеси (0,4-15 ) - красного фосфора и (или) серы, и (или) сурьмы сернистой с катализатором горения - оксидом железа или оксидом титана и (или) калием азотнокислым при их массовом соотношении от 13 до 12, стабилизирующей добавки - смеси соли меди с 1, 2, 3 - бензотриазолом при их массовом соотношении от 120 до 21 - и амида жирной кислоты (0,1-2,0 ). Недостатком данного технического решения является сложный состав АП, а также необходимость использования в большинстве составов красного фосфора, что снижает безопасность процесса получения композиционного материала.В заявке ЕПВ (1164160, МПК С 08 К 3/32, С 08 К 5/51 01305135.4, 2001) описана композиция с повышенной огнестойкостью, которая содержит (мас. ч.) 60-90 ч. термопластичного полимера (ПА, ПО, ПС, ПЭФ), 10-40 ч. в соотношении 11 фосфатов с атомами 1 Т(меламинпирофосфат) и соединений с гидроксильными группами (пентаэритрит) или продуктов их этерификации и 0,1-5 ч. нейтрализаторов кислот (гидротальцит, оксиды и гидрооксиды основных металлов). Недостатком данного технического решения является то, что в среде с относительно низкой влажностью не обеспечивается повышенная огнестойкость композиций.Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является изобретение (а.с. СССР 727151, МПК С 08 Ь 77/02, 1980), согласно которому в ПА вводится огнестойкая добавка - 3-30 в.ч. (на 100 в.ч. ПА) соединений триазина, выбранных из группь 1 соль циануровой или изоциануровой кислоты и меламина или соль циануровой или изоциануровой кислоты и смеси меламина и ацетогуаномина при мольном соотношении меламина и ацетогуаномина 10-19, 90,1-10. Недостатком данного решения является невозможность устранения каплепадения при горении, вследствие чего затруднено обеспечение высшей категории стойкости к горению материала. Кроме того, получаемые материалы обладают недостаточным уровнем показателей механических свойств, и особенно ударной вязкости, что сужает область их практического применения.Задачей предполагаемого изобретения является повышение стойкости полиамидной композиции к горению и показателей механических свойств материалов, в частности ударной вязкости, обеспечение улучшенных значений показателей эксплуатационных и экологических свойств за счет использования в их составе на базе безгалогенных и безфосфорных антипирирующих добавок.Решение поставленной задачи достигается тем, что в составе огнестойкого полиамидного материала, содержащем алифатический полиамид и триазиновый антипирен, в качестве триазинового антипирена используют алифатический полиамид и дополнительно вводят меламин и карбонил переходного металла при следующем соотношении компонентов (мас. )меламин 8-21 Карбонил переходного металла 0,03-3,00 алифатический полиамид остальное.Дополнительное улучшение показателей свойств материалов достигается при введении в состав материала азотсодержашего стабилизатора в количестве 0,03-1,50 мас. или органического светостабилизатора в Количестве 0,05-3,00 мас. .Для экспериментального подтверждения эффективности предполагаемого изобретения проводят серию сравнительных экспериментов. При этом используют следующие материаль 1 полиамидь 1 - полиамид 6 (ПА 6, марка 210/310, ТУ РБ 00206262.151-97 производство ОАО Гродно Химволокно), полиамид 66 (ПА 66, ТУ У 6-00204048.081-95 производство ОАО Черниговское Химволокно) меламин (2, 4, 6 - триамино - 1,3,5 триазин), производство Австрии меламинцианурат - соль меламина и циануровой кислоты (производство Германии) азотсодержаший стабилизатор ПА - бис (4-фениламинофеноксиэтиловь 1 й) эфир (торговое название Н-1, производство Украина) вь 1 сокомолекулярный, многофункциональный азотсодержаший, стерически затрудненный фенольный антиоксидант(торговое название Ирганокс 1098, производство фирмы СйЬа, Швейцария) органические светостабилизаторы - 4-алкокси-2-гидроксибензофенон торговое название бензон ОАВ качестве карбонилов переходных металлов использовали карбонилы вольфрамаПримеры испытанных составов и показатели их свойств приведены в таблице.Согласно прототипу ПА 6, ПА 66 или их смесь смешивают с предварительно измельченной (дисперсность не более 50 мкм) солью циануровой кислоты и меламина (циануратом меламина). Смешение производят в высокоскоростном двухлопастном смесителе. Далее производят экструдирование смеси и гранулирование материала. Для этого используют экструзионно-грануляционную линию на базе двухшнекового экструдера (диаметр шнека 65 мм, отношение 1413 171), снабженного 5-ю зонами нагрева. Распределение температуры по зонам материального цилиндра составляет для материалов на базе ПА 6 1, 11 - 250 С, 111, 1/ - 240 С, головка - 240 С для материалов на базе ПА 66 или его смеси с ПА 61, 11 зоны - 270 С, 111, 1/ - 265 С, головка - 265 С.Полученный гранулят сушат при температуре 9515 С в течение 24 ч и используют для изготовления экспериментальных образцов методом литья под давлением на термопластавтомате ДГ 3121-16 П. Изготавливают следуюшие типы образцов лопатки типа 2(ГОСТ 1126-80) для испытаний методом растяжения, бруски размером 80104 для испь 1 таний на ударную вязкость по Шарпи (ГОСТ 4647-80), бруски размером 120104 мм для определения категории горючести материалов по ГОСТ 28157-89, метод Б.Отличаются от примеров Не 1-М 9 3 тем, что в состав полиамидной КОМПОЗИЦИИ в Качестве триазинового антипирена вводят меламин и дополнительно Карбонил переходного металла (ванадия, кобальта, железа).Отличаются от примеров Не 4-Л 9 8 тем, ЧТО в состав полиамидной КОМПОЗИЦИИ дополнительно вводят азотсодержащий стабилизатор Н-1 или ирганоКс 1098.Отличаются от примеров Не 9-Л 9 12 тем, что в состав полиамидной Композиции дополнительно вводят светостабилизатор бензон ОА или химассорб-81.Относятся К запредельным составам и отличаются от примеров Не 4419 18 Концентрацией Компонентов - меламина, Карбонилов переходных металлов, стабилизаторов, Которая находится за пределами диапазона Концентраций, оговоренного формулой изобретения.Результаты эКспериментов приведены в таблице. Их анализ позволяет сделать следующие выводы1. Использование предполагаемого изобретения позволяет создать полиамидные материалы с высшей Категорией стойКости К горению ПВ-О.2. Материалы, полученные согласно предлагаемому изобретению, обладают повь 1 шенными по сравнению с прототипом поКазателями механичесКих свойств, в том числе по пределу теКучести при растяжении - на 8-47 , ударной вязКости по Шарпи - в 2,2-3,6 раза.3. Положительный эффеКт (повышение поКазателей механичесКих свойств) усиливается при дополнительном введении в состав Композиционного материала азотсодержащих стабилизаторов и органичесКих антиоКсидантов.ТехничесКий результат предполагаемого изобретения заКлючается в следующем. Переходные металлы, введенные в полиамидную Композицию в виде Карбонилов переходных металлов, Катализируют возгорание ПА и обеспечивают быстрое расходование Кислорода. Кроме того, в зоне горения возможен термораспад Карбонилов с выделением СО, Который, оКисляясь до СО 2, обедняет зону горения аКтивным Кислородом и способствует гашению пламени. Дополнительное введение в ПА материал стабилизаторов замедляет поступление аКтивного Кислорода в объем материала и усКоряет Карбонизацию(обугливание) поверхностного (горящего) слоя. Карбонизация приводит К образованию упрочненного огнезащитного КарКаса на поверхности образца, что препятствует Каплепадению и обеспечивает достижение высшей Категории стойКости К горению.Примеры огнестойких полиамидных материалов и их свойстваКомпоненты, показате- Состав полиамидного материала, порядковый номер эксперимента, значения показателей свойств ли свойств, единицы Запредель Прототип Предлагаемый материал измерения ные составы1.3. Карбонил переход ного мегалла, мас.