一种PC/ABS复合材料及其制备方法和应用与流程

一种pc/abs复合材料及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及阻燃材料技术领域，具体涉及一种pc/abs复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.聚碳酸酯(pc)是一种性能优异的工程塑料，具有突出的冲击韧性、宽广的使用温度、良好的电绝缘性和尺寸稳定性等优点，但pc的粘度大、加工成型困难，特别是大型制品容易产生应力开裂、耐化学药品性差，而且价格较高。abs塑料是丙烯腈(a)、丁二烯(b)、苯乙烯(s)三种单体的三元共聚物，丙烯腈使其耐化学腐蚀、耐热，丁二烯使其具有高弹性，苯乙烯使其具有热塑性材料的加工成型特性以及改善电性能。
3.以pc和abs为主要原料的pc/abs合金是一种重要的工程塑料合金，具有良好的成型性和耐低温冲击性能、较高的热变形温度以及光稳定性。与pc相比，降低了熔体粘度，改善了加工性能，大大提高产品的应力开裂能力，与abs相比，提高了耐热性和耐候性，成本介于pc和abs之间，又兼具二者的优异性能，能更好的应用于汽车、电子、电器等行业。
4.但汽车、电子、电器领域对材料在具有较高的机械强度要求的基础上，还具有较高的阻燃要求。因此，有必要研发一种同时具有较高的机械强度和较高的阻燃性能的pc/abs复合材料。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种pc/abs复合材料，通过abs树脂、pc树脂、聚烯烃弹性体以及磷酸三苯酯的组合使用，使得所提供的pc/abs复合材料不仅具有较高的机械强度还具有较好的阻燃性能。
6.本发明的目的之二在于提供一种与目的之一相对应的复合材料的制备方法。
7.本发明的目的之三在于提供一种与上述目的相对应的复合材料的应用。
8.为实现上述目的之一，本发明采取的技术方案如下：
9.一种pc/abs复合材料，其或其原料包括以重量份数计的下述组分：
[0010][0011]
本申请的发明人在研究中发现，在pc/abs复合体系中，采用磷酸三苯酯(tpp)替代传统的卤系阻燃剂或其它磷系阻燃剂，同时采用聚烯烃弹性体作为相容剂，能够使制得的pc/abs复合材料同时具有较高的机械强度和较强的阻燃性能。
[0012]
发明人认为，阻燃性能的提高因为本发明所提供的pc/abs复合材料在燃烧后，残炭率会有所增加，残炭的增多，一方面减少了挥发物的产生，另一方面残炭增多会覆盖在材料表面，起到隔绝的作用。实验表明，本发明所提供的pc/abs复合材料可以达到v
‑
0阻燃级别，极限氧指数也能够得到很大的提高。而机械强度的提升在于本发明采用了聚烯烃弹性体作为相容剂。
[0013]
在本发明的一些具体的实施方式中，所述复合材料或其原料包括以重量份数计的下述组分：
[0014][0015]
在本发明的一些具体的实施方式中，所述复合材料或其原料包括以重量份数计的下述组分：
[0016][0017][0018]
在本发明的一些具体的实施方式中，所述复合材料或其原料包括以重量份数计的下述组分：
[0019][0020]
在本发明的一些具体的实施方式中，所述复合材料或其原料包括以重量份数计的下述组分：
[0021][0022]
根据本发明，所述abs树脂可以是单一的树脂也可以多种不同性能的abs树脂的混合物。
[0023]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述abs树脂的熔融指数在15～35g/10min之间。
[0024]
根据本发明，所述abs树脂的熔融指数的测试条件包括：220℃/10kg。
[0025]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述abs树脂为lg公司121h。
[0026]
根据本发明，121h是lg公司生产的abs树脂的牌号。
[0027]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述pc树脂的熔融指数在15～30g/10min之间。
[0028]
根据本发明，所述pc树脂的熔融指数的测试条件包括：300℃/1.2kg。
[0029]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述pc树脂为科思创2405。
[0030]
根据本发明，2405是科思创生产的pc树脂的牌号。
[0031]
根据本发明，所述pc树脂可以是单一的树脂也可以多种不同性能的pc树脂的混合物。
[0032]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚烯烃弹性体为poe；优选地，所述poe为科沃斯w1a。
[0033]
根据本发明，w1a为科沃斯生产的poe的牌号。
[0034]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述抗滴落剂为ptfe。
[0035]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述抗氧化剂包括1010、168、1076、1098中的一种或多种。
[0036]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述复合材料燃烧后的残炭率在18.0％以上，优选为18.0％～20.0％，更优选为在18.5％～19.5％。
[0037]
根据本发明，所述残炭率是指复合材料在氮气氛围下高温未分解的无机填料的重量占复合材料的重量的百分比。
[0038]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述复合材料还可以包括其它本领域中通常采用的一种或多种助剂，包括但不限于增韧剂。
[0039]
为实现上述目的之二，本发明采取的技术方案如下：
[0040]
一种上述的复合材料的制备方法，包括：
[0041]
将所述abs树脂、所述pc树脂、所述聚烯烃弹性体、所述磷酸三苯酯、任选地抗滴落剂以及任选地抗氧化剂混合以及挤出造粒，制得所述复合材料。
[0042]
根据本发明，所述混合和挤出造粒为本领域常规工艺，在实际操作中，可以根据需要进行选择。
[0043]
根据本发明，在进行混合操作前优选对所述abs树脂和/或所述pc树脂进行干燥处理，以脱除多余的水分。该干燥处理为常规操作，本领域技术人员可以根据需要进行选择。
[0044]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述挤出造粒的加工温度为200℃～250℃，优选为210℃～240℃。
[0045]
为实现上述目的之三，本发明采取的技术方案如下：
[0046]
一种上述的复合材料或根据上述的制备方法制得的复合材料作为阻燃材料的应用。
[0047]
本发明中，术语“abs树脂”是指丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物，其可以通过市购途径获得。
[0048]
本发明中，术语“pc树脂”是指聚碳酸酯，其可以通过市购途径获得。
[0049]
本发明中，术语“poe”是指热塑性弹性体，其可以通过市购途径获得。
[0050]
本发明的有益效果至少在于以下几个方面：
[0051]
其一，本发明所提供的复合材料燃烧后的残炭率可以达到18.0％以上，其阻燃等级v
‑
1级甚至是v
‑
0级。
[0052]
其二，本发明所提供的复合材料燃烧后的拉伸强度可以达到65mpa以上，弯曲强度可以达到85mpa以上，满足使用需求。
具体实施方式
[0053]
以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。
[0054]
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。
[0055]
下述实施方式中，若无特殊说明，则：
[0056]
abs树脂，lg公司121h；
[0057]
pc树脂，科思创2405；
[0058]
聚烯烃弹性体，科沃斯w1a；
[0059]
磷酸三苯酯，fr3031；
[0060]
抗滴落剂，fc
‑
2060；
[0061]
抗氧化剂，168。
[0062]
下述实施方式中，将最终造粒制得的粒料在210～240℃的注塑机中注塑成型拉伸、弯曲、冲击、阻燃样条，并按照下述标准对样条进行性能测试：
[0063]
根据gb/t 1040
‑
1992测试拉伸强度；
[0064]
根据gb/t 9341
‑
1993测试弯曲强度；
[0065]
根据gb/t 1043
‑
1993测试缺口冲击强度；
[0066]
根据gb/t 2046
‑
1993测试极限氧指数；
[0067]
根据ansi/ul94
‑
2003测试阻燃等级。
[0068]
其中，拉伸样条尺寸：
[0069]
长度(mm)宽度(mm)厚度(mm)150
±
210
±
0.24
±
0.2
[0070]
弯曲样条尺寸：
[0071]
长度(mm)宽度(mm)厚度(mm)80
±
210
±
0.24
±
0.2
[0072]
冲击样条尺寸：
[0073]
长度(mm)宽度(mm)厚度(mm)缺口剩余宽度(mm)80
±
210
±
0.24
±
0.28
±
0.2
[0074]
阻燃样条尺寸：
[0075]
长度(mm)宽度(mm)厚度(mm)125
±
513
±
0.21.5
±
0.1
[0076]
实施例1
[0077]
按照表1中的配比称取各组分。
[0078]
将pc树脂和abs树脂在烘干机中以90℃干燥3h，之后将干燥后的pc树脂和abs树脂以其它组分加入到高速混合机中混合1～2分钟，然后经过双螺杆挤出机进行造粒，制得pc/abs复合材料。其中，挤出造粒的加工温度210～240℃。
[0079]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表1所示。
[0080]
实施例2
[0081]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表1所示。
[0082]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表1所示。
[0083]
实施例3
[0084]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表1所示。
[0085]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表1所示。
[0086]
实施例4
[0087]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表1所示。
[0088]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表1所示。
[0089]
实施例5
[0090]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表1所示。
[0091]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表1所示。
[0092]
实施例6
[0093]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表1所示。
[0094]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表1所示。
[0095]
实施例7
[0096]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表1所示。
[0097]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表1所示。
[0098]
实施例8
[0099]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表1所示。
[0100]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表1所示。
[0101]
实施例9
[0102]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表1所示。
[0103]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表1所示。
[0104]
表1
[0105][0106][0107]
根据表1中的数据可知：
[0108]
1)从实施例1、实施例2、实施例3和实施例4可以看出，随着pc含量的增多，力学性能均不断提高，这是由于pc树脂本身具有抗冲击性好、刚性强、强度高等特点。从力学性能
以及成本的角度考虑，实施例3中pc树脂、abs树脂比例最为适宜。
[0109]
2)从实施例3、实施例5和实施例7可以看出，随着磷系阻燃剂tpp的添加，其极限氧指数呈线性增加，当tpp组分含量为15时，极限氧指数达到26.4％，当tpp组分含量为20时，极限氧指数与组分含量为10相比，提高了5.7％。
[0110]
3)从实施例5和实施例8可以看出，在没有抗滴落剂的情况下，材料有熔融滴落的现象，因此，在树脂中添加抗滴落剂是必不可少的。
[0111]
4)从实施例5、实施例6和实施例7可以看出，随着tpp的添加，拉伸强度和弯曲强度会有略微的下降，而缺口冲击强度处于增加的趋势，这是由于tpp本身就具有一定的增韧作用。
[0112]
5)从实施例3、实施例8和实施例9可以得到，磷系阻燃剂的加入使残炭率随之增加，说明tpp的添加提高合金的热稳定性，缓解热降解。并且当添加量为20份时，材料经过ul94测试可以达到v
‑
0阻燃等级。
[0113]
6)根据上述实施例可知，实施例7的制备方法，可以得到高阻燃性，且力学性能极佳的磷系阻燃pc/abs合金材料。
[0114]
对比例1
[0115]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表2所示。
[0116]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表2所示。
[0117]
对比例2
[0118]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表2所示。
[0119]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表2所示。
[0120]
对比例3
[0121]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表2所示。
[0122]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表2所示。
[0123]
对比例4
[0124]
按照实施例1中所述的方法制备pc/abs复合材料，其配方如表2所示。
[0125]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果如表2所示。
[0126]
表2
[0127][0128][0129]
根据上表中的数据可知，当且仅当同时采用abs树脂、pc树脂、聚烯烃弹性体和磷酸三苯酯时，才能使制得的pc/abs复合材料同时具有较高的机械强度和较好的阻燃性能。
[0130]
对比例5
[0131]
基本上按照实施例7中所述的方法和配方制备pc/abs复合材料，不同之处仅在于采用马来酸酐接枝abs作为相容剂。
[0132]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果为：缺口冲击强
度改善不明显，其断裂伸长率增幅较大，同时马来酸酐类相容剂属于反应型相容剂，加入增强了合金中两组分的作用力，会导致熔体粘度降低。
[0133]
对比例6
[0134]
基本上按照实施例7中所述的方法和配方制备pc/abs复合材料，不同之处仅在于采用popp作为阻燃剂。
[0135]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果为：阻燃等级达到v
‑
0级别，但极限氧指数值仅为21.8％，原因是燃烧后成炭效果好，形成致密多孔炭层，能够有效隔绝氧气。
[0136]
对比例7
[0137]
基本上按照实施例7中所述的方法和配方制备pc/abs复合材料，不同之处仅在于采用二苯基磷酸酯bdp作为阻燃剂。
[0138]
对制得的pc/abs复合材料的机械性能和阻燃性能进行测试，结果为：阻燃等级达到v
‑
1级别，需加入抗滴落剂避免滴落现象，并且有实验证明对材料的热变形温度有不利的影响，从8％的含量添加至10％含量时，热变形温度大约降低3.5％。
[0139]
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。