Preparation and properties of halogen⁃free flame⁃retardant and antistatic polyamide 66 composites

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.008

Abstract

Abstract:

Glass fiber⁃ and carbon fiber⁃reinforced antistatic polyamide 66 （PA66） composites were prepared via melt blending. Halogen⁃free flame⁃retardant antistatic PA66 composites were subsequently fabricated by incorporating aluminum diethylphosphinate （ADP） and melamine polyphosphate （MPP） into the antistatic matrix. The mechanical， electrical， and flame⁃retardant properties of the composites were systematically characterized. Results indicated that the tensile strength， flexural strength， flexural modulus， and impact strength increased with higher carbon fiber content. A composite containing 10 wt% carbon fiber and 20 wt% glass fiber exhibited favorable economic efficiency and antistatic performance. MPP was found to synergize with ADP， substantially reducing the required ADP content. With the addition of 13 wt% ADP and 2 wt% MPP， the flame⁃retardant composites achieved a UL⁃94 V⁃0 rating at thicknesses of 3.2 mm， 1.6 mm， and 0.8 mm， along with a limiting oxygen index of 34 %.

Key words: polyamide 66, glass fiber, carbon fiber, antistatic, halogen free flame retardant

CLC Number:

TQ323.6

YANG Sen. Preparation and properties of halogen⁃free flame⁃retardant and antistatic polyamide 66 composites[J]. China Plastics, 2025, 39(11): 47-52.

Figures/Tables 9

References 28

[1]	娄淑梅，陈鹏，陈志远，等. 热处理工艺对玻纤增强聚酰胺66抗老化性能的影响［J］. 高分子材料科学与工程， 2022， 38（11）： 81⁃87.
	LOU S M， CHEN P， CHEN Z Y， et al. Effect of hygrothermal treatment processes on mechanical properties and microstructure of fygrothermally aged glass fiber reinforced polyamide 66［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2022， 38（11）： 81⁃87.
[2]	陈飞飞，谢靖. 玻璃纤维增强PA66复合材料的制备和性能研究［J］. 塑料科技， 2024， 52（7）：93⁃96.
	CHEN F F， XIE J. Preparation and performance study of glass fiber reinforced PA66 composites［J］. Plastics Science and Technology， 2024， 52（7）：93⁃96.
[3]	胡志. 矿用无卤阻燃抗静电聚乙烯材料的研制［J］. 矿业安全与环保， 2017， 44（3）：16⁃19.
[4]	HU Z. Development of mine halogen⁃free flame⁃retarded anti⁃static polyethylene［J］. Mining Safety & Environmental Protection， 2017， 44（3）：16⁃19.
[5]	刘亚迪，张建，杨钟，等. PBT材料在新能源汽车充电桩领域的应用［J］. 合成技术及应用， 2024， 39（2）：22⁃27.
[6]	LIU Y D， ZHANG J， YANG Z， et al. Application of PBT in new energy vehicle charging facilities［J］. Synthetic Technology and Application， 2024， 39（2）：22⁃27.
[7]	ORAS J O， RAHEEM G K， MOHAMMED A M. Synthesis and characterizations of new conducting polyamide （Nylon 6，6） composites， conductivity and thermal Studies［J］. Materials Science and Engineering， 2020， 10.1088/1757⁃899X/871/1/012083.
[8]	DING Y， JOSHUA D S， SUN Q， et al. Development of a pyrolysis model for glass fiber reinforced polyamide 66 blended with red phosphorus： Relationship between flammability behavior and material composition［J］. Composites Part B： Engineering， 2019， 10.1016/j.composites.2019.107263.
[9]	AHMAD H， MARKINA A A， POROTNIKOV M V， et al. A review of carbon fiber materials in automotive industry［J］.Materials Science and Engineering， 2020， 10.1088/1757⁃899X/971/3/032011.
[10]	琚裕波，李智，柏挺，等.低成本碳纤维的研究进展与应用［J］.工程塑料应用，2023，51（11）：181⁃186.
	JU Y B， LI Z， BAI T， et al. Research progress and application of low⁃cost carbon fiber［J］. Engineering Plastics Application， 2023，51（11）：181⁃186.
[11]	李金凤，梁卓恩，彭新龙. 膨胀型阻燃剂/二乙基次磷酸铝阻燃改性不饱和树脂基复合材料［J］. 中国塑料， 2022， 36（6）：116⁃123.
	LI J F， LIANG Z E， PENG X L. Properties of unsaturated polyester resin composites modified with intumescent flame retardant and alu minumdiethyl phosphate［J］. China Plastics， 2022， 36（6）：116⁃123.
[12]	刘丽，韩思杰，张松，等. 二乙基次磷酸铝和埃洛石纳米管协效阻燃聚酰胺 66 的制备及性能［J］. 复合材料学报， 2020， 37（10）：2 386⁃2 393.
	LIU L， LIU S J， ZHANG S， et al. Preparation and properties of synergistic flame retardant nylon 66 with aluminium diethyl phosphate and halloysite nanotube［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2020， 37（10）：2 386⁃2 393.
[13]	钟志强，胡志，梅青. 三聚氰胺聚磷酸盐的合成及其阻燃聚丙烯的性能［J］. 工程塑料应用， 2018， 36（6）：122⁃127.
[14]	ZHONG Z Q， HU Z， MEI Q. Synthesis of melamine polyphosphate and properties of flame retardant polypropylene［J］.Engineering Plastics Application， 2018， 36（6）：122⁃127.
[15]	唐启恒，任一萍，王戈，等. 三聚氰胺聚磷酸盐对竹纤维／聚丙烯复合材料力学及阻燃性能的影响［J］. 复合材料学报， 2020，37（3）：553⁃561.
	TANG Q H， REN Y P， WANG G， et al. Effects of melamine pyrophosphate on mechanical and flame retardant properties of bamboo fiber/polypropylene composites［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2020，37（3）：553⁃561.
	A⁃SALEH M H， GELVES G A， SUNDARARAJ U. Carbon nano⁃fiber/polyethylene nanocomposite： Processing behavior micro structure and electrical properties［J］. Materials and Design， 2013， 52：128‒133.
[16]	刘锦程，邱睿，曹清林.碳/玻混杂纤维复合材料力学性能与失效机理研究［J］.化工新型材料，2022，50（11）：153⁃157.
	LIU J C， QIU R， CAO Q L. Study on mechanical properties and failure mechanism of carbon/glass hybrid fiber conposites［J］. New Chemical Materials， 2022，50（11）：153⁃157.
[17]	杨黎波，陈俊文，胡富强，等. 聚丙烯/改性短切玻纤复合材料的制备及性能［J］.塑料， 2021，51（3）：19⁃21.
	YANG L B， CHEN J W， HU F Q， et al. Preparation and properties of PP composite with filling modified short⁃cut glass fiber［J］. Plastics， 2021，51（3）：19⁃21.
[18]	WU C， CHEN Z F， WANG F， et al. Preparation and characterization of ultralight glass fiber wool/phenolic resin aerogels with a spring⁃like structure［J］. Composites Science and Technology， 2019， 179（28）：125⁃133.
[19]	张鑫婷，尹洪峰，魏英，等. 基体改性对连续玻纤增强聚酰胺复合材料性能的影响［J］. 复合材料学报， 2024， 41（7）：3 577⁃3 586.
	ZHANG X T， YIN H F， WEI Y， et al. Effect of matrix modification on the properties of continuous glass fiber reinforced nylon composites［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2024， 41（7）：3 577⁃3 586.
[20]	刘云斌. 纤维增强聚酰胺复合材料的韧性研究进展［J］. 塑料科技， 2021，（8）：117⁃120.
	LIU Y B， Research advance in the toughness of fiber reinforced nylon composites［J］.Plastics Science and Technology， 2021，（8）：117⁃120.
[21]	刘述梅，夏巍，朱睿哲，等. 三聚氰胺亚锡磷酸盐玻璃协效二乙基次膦酸铝阻燃聚酰胺6［J］. 华南理工大学学报（自然科学版）， 2019，47（5）：41⁃47.
	LIU S M， XIA W， ZHU R Z， et al. Flame⁃retarded nylon 6 by the synergy of melamine stannous phosphate glass with aluminum diethylphosphinate［J］. Journal of South China University of Technology（Natural Science Edition）， 2019，47（5）：41⁃47.
[22]	程博，安晓航，李定华，等. ATH/ADP 配比对 EVA 阻燃性能及机理转变的影响［J］. 无机材料学报， 2024， 39（5）：509⁃516.
	CHENG B， AN X H， LI D H， et al. Flame⁃retardant properties and transformation of flame⁃retardant mechanisms of EVA： effect of ATH/ADP ratio［J］. Journal of Inorganic Materials， 2024， 39（5）：509⁃516.
[23]	陶四平，索倩倩，张现军. 二乙基次磷酸铝在增强聚酰胺体系中的阻燃机理［J］. 工程塑料应用， 2020， 48（12）：133⁃139.
	TAO S P， SUO Q Q， ZHANG X J. Flame retardant mechanism of aluminium dipropylphosphinate in reinforced polyamide system［J］. Engineering Plastics Application， 2020， 48（12）：133⁃139.
[24]	Han X， Zhao J Q， Liu S M， et al. Flame retardancy mechanism of poly（butylene terephthalate）/aluminum diethylphosphinate composites with an epoxy⁃functional polysiloxane［J］. RSC Advances， 2014，4， 16 551⁃16 560.
[25]	谭旭，郭聪，耿丽，等. 三聚氰胺聚磷酸盐协效二乙基次膦酸铝阻燃PLA［J］. 工程塑料应用， 2023， 51（10）：8⁃13.
	TAN X， GUO C， GENG L， et al. MPP synergized with ADP flame retardant PLA［J］. Engineering Plastics Application，2023， 51（10）：8⁃13.
[26]	何德健，王振华，刘保英，等. 金属离子改性MPP协效ADP阻燃玻纤增强聚酰胺6［J］. 精细化工， 2024， DOI：10.13550/j.jxhg.20240350 .
	HE D J， WANG Z H， LIU B Y， et al. Metal ion modified MPP synergistic ADP flame retardant glass fiber reinforced polyamide 6［J］. Fine Chemicals， 2024， DOI：10.13550/j.jxhg.20240350 .
[27]	胡志. 玻纤含量对无卤阻燃玻纤增强聚丙烯阻燃性能的影响［J］. 塑料科技， 2022， 50（12）：38⁃42.
	HU Z. Effect of glass fiber content on flame retardancy of halogen free flame retardant glass fiber reinforced polypropylene［J］. Plastics Science and Technology， 2022， 50（12）：38⁃42.
[28]	班大赛，鲁哲宏，康兴隆，等. 阻燃 PA66 /二乙基次磷酸铝复合材料的研究［J］. 化学研究， 2018， 29（5）：465⁃468.
	BAN D S， LU Z H， KANG X L， et al. Study on flame retardant PA66/diethyl⁃phosphate aluminum composites［J］. Chemical Research， 2018， 29（5）：465⁃468.

样品	组分	表面电阻 /Ω	燃烧等级			滴落
样品	组分	表面电阻 /Ω	3.2 mm	1.6 mm	0.8 mm	滴落
FR⁃0	GF/CF+PA66	2.2×10⁹	NR	NR	NR	是
FR⁃1	GF/CF+PA66+13%ADP	6.5×10⁹	NR	NR	NR	否
FR⁃2	GF/CF+PA66+17%ADP	4.1×10⁹	NR	NR	NR	否
FR⁃3	GF/CF+PA66+21%ADP	9.8×10⁹	NR	NR	NR	否
FR⁃4	GF/CF+PA66+25%ADP	1.2×10¹⁰	V⁃0	V⁃1	V⁃1	否
FR⁃5	GF/CF+PA66+13%ADP+1%MPP	5.9×10⁹	V⁃0	V⁃1	NR	否
FR⁃6	GF/CF+PA66+13%ADP+2%MPP	7.6×10⁹	V⁃0	V⁃0	V⁃0	否

样品	组分	表面电阻 /Ω	燃烧等级			滴落
样品	组分	表面电阻 /Ω	3.2 mm	1.6 mm	0.8 mm	滴落
FR⁃0	GF/CF+PA66	2.2×10⁹	NR	NR	NR	是
FR⁃1	GF/CF+PA66+13%ADP	6.5×10⁹	NR	NR	NR	否
FR⁃2	GF/CF+PA66+17%ADP	4.1×10⁹	NR	NR	NR	否
FR⁃3	GF/CF+PA66+21%ADP	9.8×10⁹	NR	NR	NR	否
FR⁃4	GF/CF+PA66+25%ADP	1.2×10¹⁰	V⁃0	V⁃1	V⁃1	否
FR⁃5	GF/CF+PA66+13%ADP+1%MPP	5.9×10⁹	V⁃0	V⁃1	NR	否
FR⁃6	GF/CF+PA66+13%ADP+2%MPP	7.6×10⁹	V⁃0	V⁃0	V⁃0	否

样品	氮气气氛			空气气氛
样品	初始分解温度/℃	最大分解温度/℃	600℃残炭率/%	初始分解温度/℃	最大分解温度/℃	600℃残炭率/%
FR⁃0	391.6	433.3	30.5	398.7	455.1	29.9
FR⁃4	386.2	462.9	40.4	394.3	424.0	50.4
FR⁃6	379.4	414.3	31.9	378.5	426.2	37.8

样品	氮气气氛			空气气氛
样品	初始分解温度/℃	最大分解温度/℃	600℃残炭率/%	初始分解温度/℃	最大分解温度/℃	600℃残炭率/%
FR⁃0	391.6	433.3	30.5	398.7	455.1	29.9
FR⁃4	386.2	462.9	40.4	394.3	424.0	50.4
FR⁃6	379.4	414.3	31.9	378.5	426.2	37.8

样品	拉伸强度/MPa	弯曲强度/MPa	弯曲模量/GPa	无缺口冲击强度/kJ·m^-2	缺口冲击强度/kJ·m^-2	表面电阻/Ω
FR⁃0	176.9	221.2	9.2	49.3	10.7	2.2×10⁹
FR⁃4	145.6	193.7	13.5	31.1	9.2	1.2×10¹⁰
FR⁃6	152.4	206.4	10.1	41.6	10.4	7.6×10⁹