CN101851405A - 无人看管电器用高cti、高gwit环保阻燃增强pbt工程塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料及其制备方法，所述PBT工程塑料由PBT树脂、复配阻燃剂、增韧剂、成炭剂组成；所述复配阻燃剂是由三种不同类型的阻燃剂：溴系阻燃体系A组份、氮系阻燃剂B组份和磷系阻燃体系C组份组成；所述制备方法：按配方中重量百分比准确称量，并预先将PBT树脂干燥、按照配方重量比将原料混合后，经双螺杆挤出机挤出、切粒，最终得到的工程塑料颗粒产品。本发明得到的PBT材料阻燃性能优异，耐漏电痕迹指数高且对环境友好，环境关联物质含量符合欧盟RoHS和REACH法规标准要求。

Description

无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种用于无人看管电器产品用的PBT改性工程塑料。

背景技术

在阻燃增强PBT工程塑料中需要添加阻燃剂来改进PBT阻燃性。长期以来，阻燃聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)改性工程塑料通常选用溴系阻燃剂，选用溴系阻燃剂的改性PBT具有阻燃效率高、阻燃效果好等优点。但是溴系阻燃剂阻燃的PBT工程塑料只能满足美国UL公司的UL-94标准要求的0.8mm FV-0的阻燃等级，但却无法满足欧洲国际电工协会即IEC组织提出的灼热丝阻燃测试要求即高灼热丝引燃温度评判是以灼热丝接触测试材料30秒内不起火燃烧的目的(通常的其他电器应用领域的灼热丝引燃温度评判是灼热丝接触测试材料30秒内持续起火燃烧，而灼热丝离开后30秒内材料燃烧熄灭)，且材料的耐漏电痕迹指数低，即CTI＜200V，限制了其在无人看管电器领域的应用。

在09年初为应对欧洲IEC组织(国际电工委员会)提出的无人看管电器使用材料安全标准(IEC 60335)提到的阻燃要求即无人看管的家用电器实际使用材料需满足IEC组织提出的灼热丝阻燃要求：750度灼热丝阻燃测试30秒内使用材料的燃烧时间≤5秒的要求。国内外从事无人看管电器生产的企业如西门子、格兰仕和美的等企业都要求其产品部件使用的阻燃增强PBT工程塑料都必须满足这个要求。

此外近年来随着无人看管电器自燃导致火灾事件的发生，电器行业的安全维护引起人们的关注，人们期盼电器安全服务的呼声似乎越来越大。在安全服务方面经销商采取的办法是在电器产品上要标明寿限，及时升级延长售后服务的时间。然而要实现家用电器特别是无人看管电器的长期安全性，特别是关键部件实现长期安全需用科技来开拓，即开发所使用材料在阻燃和其它性能上的更加安全化。由于通常的阻燃增强PBT工程塑料只能满足美国UL-94提到的FV-0要求，而无法同时满足IEC组织提出的灼热丝阻燃测试要求和耐漏电痕迹指数(CTI)≥300V的要求。且在市场上能同时满足UL-94阻燃和IEC组织无人看管电器的灼热丝阻燃和高CTI值的环保阻燃增强PBT工程塑料在国内外市场上属于空白，因此开发可用于满足IEC 60335无人看管电器产品用的更能实现这些电器长期安全需要的环保阻燃PBT工程塑料，具有广阔的市场空间。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种能同时实现低成本、高CTI、高GWIT环保阻燃PBT工程塑料中使用的阻燃剂复配的阻燃体系。

CTI即比耐漏电起痕指数，是Comparative tracking index的缩略语，表示耐漏电性的指标；GWIT即灼热丝发火温度，是Glow wire ignition temparature的缩略语，是IEC规定的燃烧性指标之一。

本发明另一目的在于提供一种能同时具备满足美国UL公司的UL-94标准要求的0.8mm FV-0的阻燃等级和欧洲国际电工协会即IEC组织提出的750度灼热丝接触材料30秒内不引燃，高耐漏电痕迹指数即CTI≥350V和环境友好性、环境关联物质含量符合欧盟RoHS和REACH法规标准的低成本、高CTI、高GWFT环保阻燃PBT工程塑料。

本发明的再一目的在于提供所述阻燃增强PBT工程塑料的制备方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料，

其特征在于：

所述PBT工程塑料由PBT树脂、复配阻燃剂、增韧剂、成炭剂组成；

所述复配阻燃剂是由三种不同类型的阻燃剂：溴系阻燃体系A组份、氮系阻燃剂B组份和磷系阻燃体系C组份组成。

作为优选，所述PBT树脂、复配阻燃剂、增韧剂、玻璃纤维、成炭剂的重量配比为：

PBT树脂：50％-70％；

复配阻燃剂：15％-40％；

增韧剂：2％-8％；

成炭剂：1.5％-3％。

作为优选，所述PBT工程塑料中还含有玻璃纤维，所述玻璃纤维的重量配比为0.1％-30％。

作为优选，所述复配阻燃剂的重量配比为：

A组分：25％-45％；

B组分：30％-45％；

C组分：15％-30％。

作为优选，所述A组份为溴化环氧树脂、溴化苯乙烯和十溴二苯乙烷中的一种或两种(含)以上阻燃剂与阻燃协效剂的混合物。

作为优选，所述阻燃协效剂为锑白母粒，其配料及重量配比为：

三氧化二锑78-85％；

抗氧1010 0.2-0.8％；

168 0.2-1.2％；

PE 10％-20％。

一种无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料的制备方法，

其特征在于：

所述PBT工程塑料由PBT树脂、复配阻燃剂、增韧剂、成炭剂和玻璃纤维组成；

(1)按配方中重量百分比准确称量PBT树脂、复配阻燃剂、增韧剂和成炭剂，并预先将PBT树脂在120℃-140℃条件下干燥2-4小时，控制树脂的含水率在0.05％以下；

(2)将干燥后的PBT树脂与复合阻燃剂、增韧剂和成炭剂通过高速混合机或者双螺旋混合气混合6-8分钟；

(3)开启双螺杆挤出机，设定加工温度、主机转速、喂料速度和切粒机速度，将(2)中的混合料喂入双螺杆挤出机中进行熔融、塑化挤出，同时在双螺杆挤出机主机机筒的玻璃纤维口位置，引入在140℃条件下预热的玻璃纤维，经挤出、牵引、冷却切粒得到最终的工程塑料颗粒产品。

作为优选，所述复配阻燃剂是将A、B和C三种组份的阻燃剂采用高速混合机或双螺杆混合器直接混合；

其中A组份的制备方法：先制备协效阻燃剂锑白母粒，即先按照锑白母粒配料的重量配比准确称量，将称量好的物质采用高速混合机或者双螺旋混合器进行混合，混合好的物料经加热温度控制在100-140℃的双辊开炼机上进行混炼加工，得到厚度约0.5-1厘米的片状物，然后趁热进行切粒制得片状的锑白母粒；再将锑白母粒与溴系阻燃剂混合，制成A系阻燃剂。

本发明有益效果是：利用不同类型的阻燃剂阻燃高分子材料的阻燃机理，创造性地选用三种不同类型的阻燃剂即溴系阻燃剂、氮系阻燃剂和磷系阻燃剂复配，实现了阻燃增强PBT工程塑料在燃烧过程中的不仅加快了基体树脂PBT工程塑料的快速成炭化，生成的隔热碳层，结构多孔致密，隔绝热量及氧气，阻断燃烧三元素，有效发挥凝缩相阻燃的功效，同时也利用了气相阻燃机理即氮系阻燃剂在燃烧时能释放出氮气等惰性气体，降低了材料周围的氧气浓度隔绝燃烧。这种快速成炭和燃烧能产生惰性气体的环境，不仅实现了材料的阻燃，同时也实现了在燃烧过程中当火源温度低于750℃时不产生被燃烧材料、不起明火的要求。将其组合到PBT工程塑料复合材料制备中，得到的PBT材料阻燃性能优异，耐漏电痕迹指数高且对环境友好，环境关联物质含量符合欧盟RoHS和REACH法规标准要求。

1)按照欧盟标准IEC60335-1：2001+A1：2004+A2：2006测试：完全满足750℃灼热丝接触材料30秒内不起明火或者起火时间小于5秒的要求；同时经检测该材料于775℃灼热丝接触材料30秒内也达到不起明火要求。这无疑大大提高了该材料在实际无人看管电器产品上使用的材料安全性。

2)CTI(耐漏电痕迹指数)≥350V；

3)阻燃UL-940.8mm FV-0；

4)满足欧盟RoHS和REACH法规的环保要求；

5)易加工和低成本。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本发明用于PBT工程塑料制备中的一种无人看管电器用低成本、高CTI、高GWIT环保阻燃PBT工程塑料及其制备方法，属于高分子材料领域，PBT工程塑料是由PBT树脂、复配阻燃剂、玻璃纤维、增韧剂和成炭剂组成。将这些原料混合后共同引入双螺杆挤出机，挤出、冷却、切粒得到；

在本发明中，PBT树脂、阻燃剂A、阻燃剂B、阻燃剂C、玻璃纤维、增韧剂和成炭剂混配重量比为：PBT树脂即聚对苯二甲酸丁二醇酯50％-70％，复配阻燃剂15％-40％，增韧剂2％-8％，成炭剂1.5％-3％，GF 0.1％-30％；

将以上PBT树脂、复合阻燃剂、增韧剂和成炭剂经高速混合机混合均匀后，将混合料与玻璃纤维经双螺杆挤出机设备挤出后，经牵引、冷却、切粒得到最终产品。

实施例1：

PBT树脂60kg；玻璃纤维0kg；增韧剂马来酸酐接枝聚乙烯3kg，成炭剂无机硅酸盐1kg；复配阻燃剂：20kg；复配阻燃剂中A组分：溴系阻燃剂即溴化环氧树脂5千克，锑白母粒1千克，B组分：10千克三聚氰胺类氮系阻燃剂和C组分：4千克含磷酸酯类结构的磷系阻燃剂。

将以上配料混合均匀后共同引入，经调整具有特定的螺杆螺块组合的ZSK83双螺杆挤出机，加工温度控制为：210～240℃；螺杆转速180～250rpm/min，然后挤出、冷却、切粒得到实施例1最终产品。

实施例2：

PBT树脂70kg；增韧剂马来酸酐接枝聚乙烯5kg，成炭剂无机硅酸盐3kg；复配阻燃剂：39kg；复配阻燃剂中A组分：溴系阻燃剂即溴化苯乙烯10.5千克，锑白母粒3.5千克；B组分：15千克三聚氰胺类氮系阻燃剂和C组分：10千克含磷酸酯类结构的磷系阻燃剂。

将以上配料混合均匀后共同引入占配方总重量比为20％的玻璃纤维，经调整的特定螺杆螺块组合的ZSK83双螺杆挤出机，挤出温度控制为：210～240℃；螺杆转速180～250rpm/min，然后挤出、冷却、切粒得到实施例2最终产品。

实施例3：

PBT树脂50kg，增韧剂马来酸酐接枝聚乙烯7kg，成炭剂无机硅酸盐1.5kg，复配阻燃剂：25kg；复配阻燃剂中A组分：溴系阻燃剂即溴化环氧树脂7千克，锑白母粒2千克；B组分：1千克三聚氰胺类氮系阻燃剂和C组分：6千克含磷酸酯类结构的磷系阻燃剂。

将以上配料混合均匀后共同引入占配方总重量为30％的玻璃纤维经调整的特定螺杆螺块组合的ZSK83双螺杆挤出机，挤出温度控制为：210～240℃；螺杆转速180～250rpm/min，然后挤出、冷却、切粒得到实施例3最终产品。

实施例4

PBT树脂70kg，增韧剂马来酸酐接枝聚乙烯8kg，成炭剂无机硅酸盐2.5kg，复配阻燃剂：40kg；复配阻燃剂中A组分：溴系阻燃剂即溴化环氧树脂11千克，锑白母粒6千克；B组分：14千克三聚氰胺类氮系阻燃剂和C组分：9千克含磷酸酯类结构的磷系阻燃剂。

将以上配料混合均匀后共同引入占配方总重量为20％的玻璃纤维后经调整的特定螺杆螺块组合的ZSK83双螺杆挤出机，挤出温度控制为：210～240℃；螺杆转速180～250rpm/min，然后挤出、冷却、切粒得到实施例4最终产品。

实施例5：

PBT树脂65kg；增韧剂马来酸酐接枝聚乙烯4kg，成炭剂无机硅酸盐1.5kg；复配阻燃剂：40kg；复配阻燃剂中A组分：溴系阻燃剂即十溴二苯乙烷9.5千克，锑白母粒3.5千克；B组分：19千克三聚氰胺类氮系阻燃剂和C组分：8千克含磷酸酯类结构的磷系阻燃剂。

将以上配料混合均匀后共同引入经调整的特定螺杆螺块组合的ZSK83双螺杆挤出机，并引入总配方重量比20％的玻璃纤维后，将挤出温度控制为：210～240℃；螺杆转速180～250rpm/min，然后挤出、冷却、切粒得到实施例5最终产品。

产品性能检测：

一、将以上实施例得到的样品进行拉伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度、简支梁非缺口冲击强度、热变形温度、阻燃性能UL-94阻燃和IEC的灼热丝阻燃、横/纵向收缩率、介电强度、体积电阻率、介质损耗因子、耐漏电痕迹指数、环保项目的测试，检测标准和结果列于表1。

表1：实施例制备的PBT改性工程塑料的应用效果

性能	单位	标准	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
								拉伸强度	Mpa	ISO 527	50	78	90	80	77
弯曲强度	Mpa	ISO 178	80	125	145	125	128
								简支梁缺口冲击强度	kj/m2	ISO 179	5	6	6	6	6
简支梁非缺口冲击强度	kj/m2	ISO 179	35	34	38	33	34
								热变性温度，1.82Mpa	℃	ISO75/AF	70	185	205	190	190
阻燃性能	-	UL-94	0.8mmV-0	0.8mmV-0	0.8mmV-0	0.8mm V-0	0.8mm V-0
								玻纤含量	％	GB/T9345-1988	0	20	30	20	20

性能	单位	标准	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
								750℃和775℃灼热丝阻燃测试接触材料30秒内的燃烧时间(GWIT)	秒	IEC60335	0	0	0	0	0
耐漏电痕迹指数(CTI)	V	IEC60112：2003	350	350	375	350	350
								收缩率	-	-	1.4-2.0	0.6-1.0	0.4-0.8	0.4-1.0	0.4-1.0
介电强度	MV/m	IEC60243	25	28	28	28	28
								体积电阻率	-	IEC60693	1×1014	1×1014	1×1014	1×1014	1×1014

性能	单位	标准	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
								介质损耗因子	1×106Hz	IEC60250	2.0×10-2	1.9×10-2	2.0×10-2	1.8×10-2	1.8×10-2

实施例2、4和5采用三种不同的溴系阻燃剂、并添加成炭剂制备20％玻纤增强阻燃PBT工程塑料复合材料，都实现了预期目标，说明溴系阻燃剂的类别对材料CTI和GWIT影响不大。并且从表中所列数据可看出，本发明低成本、高CTI、高GWFT环保阻燃PBT工程塑料实现了如下目的：

1、不仅满足美国UL-94标准的0.8mmFV-0的阻燃要求，同时也满足欧盟IEC组织提出：关于无人看管电器使用材料要求标准IEC60335-2中提到的要求使用的环保阻燃PBT工程塑料满足750度灼热丝接触材料30秒内燃烧起火时间≤5秒。同时经检测该材料于775℃灼热丝接触材料30秒内也达到不起明火要求。这无疑大大提高了该材料在实际无人看管电器产品上使用的材料安全性。

2、阻燃增强PBT工程塑料具有高耐漏电痕迹指数值(CTI)即CTI≥350V。

3、材料环保完全符合欧盟RoHS和REACH法规要求。

4、材料满足这些特性的同时具备低成本化。

二、本发明实施例产品与国外同类产品进行对比结果见表2：

表2本发明产品与国外同类产品对比

性能	单位	检测标准	国外同类产品	实施例3
					拉伸强度	Mpa	ISO 527	87	90
弯曲强度	Mpa	ISO 178	130	145
					简支梁缺口冲击强度	kj/m2	ISO 179	5	6
简支梁非缺口冲击强度	kj/m2	ISO 179	--	38
					热变性温度，1.82Mpa	℃	ISO 75/AF	208	205
阻燃性能	-	UL-94	0.8mm V-0	0.8mm V-0
					玻纤含量	％	GB/T 9345-1988	30	30
750℃和775℃灼热丝阻	秒	IEC60335	0	0
					燃测试接触材料30秒内的燃烧时间(GWIT)
耐漏电痕迹指数(CTI)	V	IEC60112：2003	＞250	375
					收缩率	-	-	0.4-1.0	0.4-1.0

性能	单位	检测标准	国外同类产品	实施例3
					介电强度	MV/m	IEC 60243	28	28
体积电阻率	-	IEC 60693	1×1014	1×1014
					介质损耗因子	1×106Hz	IEC 60250	2.0×10-2	1.9×10-2

注：国外同类产品为日本宝理公司的GW33

比较结果显示，本发明产品的各项检测指标与国外同类产品相当，在耐漏电痕迹指数和弯曲强度指标上还优于国外同类产品。

三、本发明实施例产品环境关联物质检测结果见表3：

表3实施例1.2.3.4.5产品环境关联物质检测结果

(结果单位：mg/kg)

n.d＝未检出

表3数据表明，本发明产品是安全的，并对环境友好，符合环保。

Claims (8)

1.一种无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料，其特征在于：

所述PBT工程塑料由PBT树脂、复配阻燃剂、增韧剂、成炭剂组成；

所述复配阻燃剂是由三种不同类型的阻燃剂：溴系阻燃体系A组份、氮系阻燃剂B组份和磷系阻燃体系C组份组成。

2.根据权利要求1所述的无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料，其特征在于：

所述PBT树脂、复配阻燃剂、增韧剂、玻璃纤维、成炭剂的重量配比为：

PBT树脂：50％-70％；

复配阻燃剂：15％-40％；

增韧剂：2％-8％；

成炭剂：1.5％-3％。

3.根据权利要求1或2所述的无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料，其特征在于：

所述PBT工程塑料中还含有玻璃纤维，所述玻璃纤维的重量配比为0.1％-30％。

4.根据权利要求1或2所述的无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料，其特征在于：

所述复配阻燃剂的重量配比为：

A组分：25％-45％；

B组分：30％-45％；

C组分：15％-30％。

5.根据权利要求1或2所述的无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料，其特征在于：

所述A组份为溴化环氧树脂、溴化苯乙烯和十溴二苯乙烷中的一种或两种(含)以上阻燃剂与阻燃协效剂的混合物。

6.根据权利要求5所述的无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料，其特征在于：

所述阻燃协效剂为锑白母粒，其配料及重量配比为：

三氧化二锑78---85％；

抗氧1010  0.2---0.8％；

168  0.2---1.2％；

PE  10％---20％。

7.一种无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料的制备方法，其特征在于：

所述PBT工程塑料由PBT树脂、复配阻燃剂、增韧剂、成炭剂和玻璃纤维组成；

(1)按配方中重量百分比准确称量PBT树脂、复配阻燃剂、增韧剂和成炭剂，并预先将PBT树脂在120℃-140℃条件下干燥2-4小时，控制树脂的含水率在0.05％以下；

(2)将干燥后的PBT树脂与复合阻燃剂、增韧剂和成炭剂通过高速混合机或者双螺旋混合气混合6-8分钟；

(3)开启双螺杆挤出机，设定加工温度、主机转速、喂料速度和切粒机速度，将(2)中的混合料喂入双螺杆挤出机中进行熔融、塑化挤出，同时在双螺杆挤出机主机机筒的玻璃纤维口位置，引入在140℃条件下预热的玻璃纤维，经挤出、牵引、冷却切粒得到最终的工程塑料颗粒产品。

8.根据权利要求7所述的无人看管电器用高CTI、高GWIT环保阻燃增强PBT工程塑料的制备方法，其特征在于：

所述复配阻燃剂是将A、B和C三种组份的阻燃剂采用高速混合机或双螺杆混合器直接混合；

其中A组份的制备方法：先制备协效阻燃剂锑白母粒，即先按照锑白母粒配料的重量配比准确称量，将称量好的物质采用高速混合机或者双螺旋混合器进行混合，混合好的物料经加热温度控制在100-140℃的双辊开炼机上进行混炼加工，得到厚度约0.5-1厘米的片状物，然后趁热进行切粒制得片状的锑白母粒；再将锑白母粒与溴系阻燃剂混合，制成A系阻燃剂。