CN101759992A - 一种增强无卤阻燃聚苯醚组合物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强无卤阻燃聚苯醚组合物及其制备方法与应用。由以下重量份数的组分组成：聚苯醚(PPE)100-800份，聚酰胺100-800份，增强填料100-600份，阻燃剂100-500份，增容剂0-300份，增韧剂50-200份，润滑剂0-50份，偶联剂0-50份，其他加工助剂0-50份。本发明的增强无卤阻燃聚苯醚组合物具有优异的阻燃性，可以达到V0阻燃等级；具有良好的尺寸稳定性，可以满足风扇对偏摆和动平衡等测试要求；具有优异的力学性能，尤其是韧性；具有优异的耐油性，可以抵抗风扇润滑油。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚苯醚组合物，具体地说，涉及一种增强无卤阻燃聚苯醚组合物及其制备方法。
背景技术
随着技术进步，计算机运行速度的不断加快，其电子元器件的发热现象明显增加。为了保证计算机CPU能够长时间稳定运行，就必须加强它们的散热，使其在相对较低的温度下工作。因此，散热器的工作效率和质量对计算机的稳地运行起着非常重要的作用。
CPU散热器一般由金属散热片和风扇组成，而风扇则由带转子的扇叶和带定子的固定框架构成。除转子和定子使用金属材料或磁性材料外，风扇的其他部分材料一般采用改性工程塑料。由于CPU的使用和运行特点，对所用改性工程塑料也有特殊的要求。在长期工作情况下，由于CPU的表面温度甚至可接近130℃～140℃，而散热片附近的空气也可能达到100℃以上，因此，就要求所用材料可长期耐受130℃的高温工作条件；在长期高速转动情况下，风扇不能出现扇叶摆动现象，也就是要求产品的动平衡性要好，因此，对材料的流动性和成型后材质的均一性以及尺寸稳定性提出了较高的要求；特别是叶片远端，如果材料的流动性不佳，往往会造成端部缺陷，或者发生变形，这样都会影响产品的动平衡性；由于风扇长期处于高速转动状态，通常要使用润滑剂以降低摩擦和噪音，因此，要求材料具有良好的耐化学溶剂性能；需要在注射工艺条件下能与金属镶件很好地配合，使用中不会出现开裂的现象；由于直接接触金属线圈，因此，材料应具有较高的阻燃性能。同时，由于存在薄壁部位，要求其阻燃级别应较高。
目前，用作风扇的材料主要是经过阻燃增强改性的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，PBT主要是用溴系阻燃剂和三氧化二锑复配的阻燃体系。随着人们环保意识的增强，全球许多国家采取了强制性措施来控制电子产品废弃物中卤素及重金属含量(比如欧洲的WEEE，ROHS，REACH等)，如要求电子产品相关配件所用材料必须具有环境友好性。从2007年开始，一些全球知名计算机公司要求使用无卤阻燃材料，可以说，无卤材料是将来风扇材料发展的趋势。US6642288，US11628617和US6716899等专利提供了PBT的无卤阻燃技术，但都要求添加约30％的阻燃剂达到风扇要求的阻燃效果。当应用作风扇材料时，存在以下问题：
1.PBT作为一种结晶性工程塑料，具有优异的耐化学溶剂性；但因为风扇长期处于80-140℃下高温下使用，远高于PBT的玻璃化转变温度，PBT会发生后结晶，造成制件的尺寸不稳定，风扇使用过程中噪音增大，进一步影响到风扇的使用质量和寿命。
2.无卤阻燃剂主要是含氮磷的无机盐，其阻燃效率比卤素阻燃剂差，需要添加量大，造成材料的力学性能显著下降，尤其是脆性变大。
3.风扇在成型过程会产生大量水口料，通常会以一定比例回收使用。但因为使用无卤阻燃PBT后，风扇脆性增大而不能回收，造成风扇成本的大幅增加。
4.制件脆性增大，易发生开裂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种可以用作风扇的增强无卤阻燃聚苯醚组合物。该增强无卤阻燃聚苯醚组合物具有良好的阻燃性、机械性能、尺寸稳定性和耐溶剂性，可以用作计算机风扇材料。
本发明的另一个目的是提供上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的增强无卤阻燃聚苯醚组合物，由以下重量份数的组分组成：
聚苯醚(PPE)100-800份
聚酰胺100-800份
增强填料100-600份
阻燃剂100-500份
增容剂0-300份
增韧剂50-200
润滑剂0-50份
偶联剂0-50份
其他加工助剂0-50份。
在上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物中，所述增强填料优选为玻璃纤维、云母、滑石、晶须、硅灰石中的一种或几种复配。
在上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物，所述阻燃剂为不含卤素的氮磷系阻燃剂，如德国克莱恩(Clariant)公司的次膦酸盐Exolit OP系列阻燃剂、红磷或经微胶囊化的红磷、氢氧化镁、三聚氰胺脲酸盐(MCA)、汽巴(Ciba)公司的三聚氰胺磷酸盐(MPP)，磷酸酯(TPP，RDP，BDP)等。
在上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物中，所述增容剂是指那些能够与聚苯醚和聚酰胺树脂或与两者都能相互作用的多官能化合物。这些相互作用可以是化学性的(如接枝)或物理性的(如能影响两相的界面特性)。这里优选那些化学性的增容剂。可以用在本发明中的多官能化学性增容剂其特征之一是既含有碳-碳双键或碳-碳三键，又含有至少一个羧酸、酸酐、酰胺、脂、二酰亚胺、氨基的化合物，如马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、丙烯酸缩水甘油酯等；多官能化学性增容剂其特征之二是脂肪族的多元羧酸、酯和酰胺，如柠檬酸、苹果酸以及他们的盐。
在上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物中，所述增韧剂优选为苯乙烯和丁二烯的A-B-A三嵌段共聚物或A-B型二嵌段共聚物，或其混合物。
在上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物中，所述聚苯醚优选为含有2，6-二甲基苯醚的均聚物，或含有2，6-二甲基苯醚或2，3，6-三甲基-1，4苯醚的共聚物，或含有2，6-二甲基苯酚或2，3，6-三甲基-1，4苯酚的共聚物，或均聚物和共聚物的接枝物。
在上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物中，所述聚酰胺优选为尼龙-6、尼龙-6，6、尼龙-4，6、尼龙-11、尼龙-12、尼龙-9T、尼龙-10T中的一种或几种复配。
在上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物中，所述润滑剂优选为硬脂酸钙、硬脂酸锌、EBS、PETS、硅油以及其他有润滑效果的含硅化合物中的一种或几种复配。
在上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物中，所述偶联剂优选为有机硅偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磺酰叠氮偶联剂中的一种或几种复配。
在上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物中，所述加工助剂为抗氧剂、光稳定剂、颜料、染料、抗滴落剂、抗静电剂和增塑剂中的一种或几种。
上述增强无卤阻燃聚苯醚组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)用偶联剂对增强填料进行预处理；
(2)将聚苯醚与增容剂、增韧剂、阻燃剂、润滑剂和其他加工助剂引入到挤出机中；
(3)保持挤出机的温度能够使各组分熔融；
(4)然后向挤出机中引入聚酰胺，最后加入增强填料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.增强无卤阻燃聚苯醚组合物具有优异的阻燃性，可以达到V0阻燃等级。
2.增强无卤阻燃聚苯醚组合物具有良好的尺寸稳定性，可以满足风扇对偏摆和动平衡等测试要求。
3.增强无卤阻燃聚苯醚组合物具有优异的力学性能，尤其是韧性。
4.增强无卤阻燃聚苯醚组合物具有优异的耐油性，可以抵抗风扇润滑油。
具体实施方式
以下结合实施案例对本发明作进一步说明，但并不限制本发明的范围。
下述份数均为重量份。
实施例1
首先用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷5份处理云母300份后备用；按重量分数称取PPE 200份，SEBS 50份，马来酸酐10份，抗氧剂1010 5份，硅油10份和三聚氰胺磷酸盐(MPP)200份进行预混，然后加入尼龙-6，6400份，最后通过侧喂料加入经过处理的云母300份，在260-280℃下熔融造粒，得到聚苯醚组合物A。
实施例2
首先用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷5份处理云母300份后备用；按重量分数称取PPE 600份，SEBS 50份，富马酸15份，抗氧剂10105份，硅油10份和次膦酸盐150份进行预混，然后加入尼龙-6，6200份，最后通过侧喂料加入经过处理的云母300份，在260-280℃下熔融造粒，得到聚苯醚组合物B。
实施例3
首先用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷5份处理滑石粉300份后备用；按重量分数称取PPE 400份，SEBS 50份，柠檬酸10份，抗氧剂1010 5份，硬脂酸锌10份和次膦酸盐100份和三聚氰胺磷酸盐50份进行预混，然后加入尼龙-6200份，最后通过侧喂料加入经过处理的滑石粉300份，在260-280℃下熔融造粒，得到聚苯醚组合物C。
实施例4
首先用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷5份处理玻璃纤维300份后备用；按重量分数称取PPE 300份，SEBS 50份，马来酸10份，抗氧剂1010 5份，硬脂酸钙10份，次膦酸盐100份和磷酸酯BDP 50份进行预混，然后加入尼龙-6200份，最后通过侧喂料加入经过处理的玻璃纤维300份，在260-280℃下熔融造粒，得到聚苯醚组合物D。
实施例1-4制备的增强无卤阻燃聚苯醚组合物A-D与无卤PBT的性能见表1。
表1
为了评估无卤阻燃聚苯醚组合物作为风扇材料的适用性，我们以目前市场上的无卤阻燃PBT为参照，挑选了增强无卤阻燃聚苯醚组合物B和D，分别在260℃和280℃下注塑成风扇叶片和边框，组装后对风扇的性能进行测评。
对风扇的评价主要包括风扇性能和风扇寿命的评价。风扇寿命是通过风扇在90℃下3000小时的加速老化进行测试。风扇性能包括风扇的偏摆和动平衡测试，他们对风扇噪音和使用寿命由直接影响。此外，作为结晶性材料，考察经过退火处理后(65℃，24小时)风扇的的偏摆和动平衡变化也非常必要。
用实施例2和4制备的增强无卤阻燃聚苯醚组合物B和D与无卤PBT制成的风扇的性能测试结果见表2。
Claims (10)
1.一种增强无卤阻燃聚苯醚组合物，其特征在于，由以下重量份数的组分组成：
聚苯醚100-800份
聚酰胺100-800份
增强填料100-600份
阻燃剂100-500份
增容剂0-300份
增韧剂50-200份
润滑剂0-50份
偶联剂0-50份
其他加工助剂0-50份。
2.根据权利要求1所述的增强无卤阻燃聚苯醚组合物，其特征在于，所述增强填料为玻璃纤维、云母、滑石、晶须、硅灰石中的一种或几种复配。
3.根据权利要求1所述的增强无卤阻燃聚苯醚组合物，其特征在于，所述阻燃剂为不含卤素的氮磷系阻燃剂。
4.根据权利要求1所述的增强无卤阻燃聚苯醚组合物，其特征在于，所述增容剂为马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、丙烯酸缩水甘油酯、柠檬酸、苹果酸、柠檬酸盐、苹果酸盐中的一种或几种复配。
5.根据权利要求1所述的增强无卤阻燃聚苯醚组合物，其特征在于，所述增韧剂是苯乙烯和丁二烯的A-B-A三嵌段共聚物或A-B型二嵌段共聚物，或其混合物。
6.根据权利要求1所述的增强无卤阻燃聚苯醚组合物，其特征在于，所述聚苯醚为含有2，6-二甲基苯醚的均聚物，或含有2，6-二甲基苯醚或2，3，6-三甲基-1，4苯醚的共聚物，或含有2，6-二甲基苯酚或2，3，6-三甲基-1，4苯酚的共聚物，或均聚物和共聚物的接枝物。
7.根据权利要求1所述的增强无卤阻燃聚苯醚组合物，其特征在于，所述聚酰胺为尼龙-6、尼龙-6，6、尼龙-4，6、尼龙-11、尼龙-12、尼龙-9T、尼龙-10T中的一种或几种复配。
8.根据权利要求1所述的增强无卤阻燃聚苯醚组合物，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、EBS、PETS、硅油以及其他有润滑效果的含硅化合物中的一种或几种复配；所述偶联剂为有机硅偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磺酰叠氮偶联剂中的一种或几种复配。
9.权利要求1所述增强无卤阻燃聚苯醚组合物的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)用偶联剂对增强填料进行预处理；
(2)将聚苯醚与增容剂、增韧剂、阻燃剂、润滑剂和其他加工助剂引入到挤出机中；
(3)保持挤出机的温度能够使各组分熔融；
(4)然后向挤出机中引入聚酰胺，最后加入增强填料。
10.权利要求1所述增强无卤阻燃聚苯醚组合物在作为风扇材料中的应用。
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