CN102786785A

CN102786785A - 防火复合材料

Info

Publication number: CN102786785A
Application number: CN2012101466584A
Authority: CN
Inventors: 张添杰; 吴国龙; 陈柏村; 林长佑
Original assignee: Chi Lin Technology Co Ltd
Current assignee: Chi Lin Technology Co Ltd
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-11-21

Abstract

本发明提供一种防火复合材料，包含聚碳酸脂、磺酸盐阻燃剂及玻璃纤维做为无机填充材料。聚碳酸脂的成份比例分别为100重量份、磺酸盐阻燃剂的成份比例则为0.1～5.0重量份，而玻璃纤维的成份比例则为5～50重量份。藉此，本发明所提供的防火复合材料，在厚度是1.5厘米与1.0厘米时，经垂直燃烧试验均能保有UL 94 V0防火等级。本发明所提供的防火材料，在轻量化的要求下仍能维持UL 94 V0防火等级，且采用的磺酸盐阻燃剂为环保材质，可避免环境污染，另使用玻璃纤维做为无机填充材料则可强化防火复合材料的刚性及尺寸安定性。

Description

防火复合材料

技术领域

本发明属于高分子化合物的组合物，更特别地，有关于聚碳酸酯的组合物或聚碳酸脂衍生物的组合物所制成的防火复合材料。

背景技术

一般热塑性塑料材料(例如：聚碳酸酯)大多具有良好的机械强度，可应用于许多产业，例如：建筑装潢、车辆内装、以及电子组件或电气用品的外壳，而越来越多的产品要求要有难燃的特性，才能符合相关消防规章以通过认证。且越来越多商品的设计属性在轻量化的要求下以轻薄短小为优，但是成品厚度越薄，要维持良好的防火特性越不容易。

目前在现有技术中，例如美国公告专利说明书US6001921、US6117542、US6184312、US6284824、US6326425、US6451906、US6509421、US7462662、以及美国公开专利说明书US20010018487、US20010044484、US20060252890等文献中所揭露的防火复合材料，一般防火复合材料大多使用卤素(halogen)系(例如溴盐Bromide)、磷系(Phosphor)、美耐皿(Melamin)或氢氧化铝(Aluminum Trihydrate，ATH)等成分作为阻燃剂。

而其中添加溴化物的卤素系及磷系为阻燃剂的防火材料，在制作过程因为无法符合TCO’99认证的规定，不仅不环保，且使用磷系为阻燃剂的防火材料易使防火材料的热变形温度降低，并造成模具污染。而使用美耐皿或氢氧化铝等成分作为阻燃剂的防火材料，其制成的产品会有加工温度较高，但耐冲击强度不佳等问题存在。

发明内容

为解决上述的问题，本发明提供一种防火复合材料，包含成份比例为100重量份的聚碳酸脂、成份比例为0.1～5.0重量份的磺酸盐作为阻燃剂、成份比例为5～50重量份的玻璃纤维作为无机填充材料。

因此，本发明的主要目的在于提供一种防火复合材料，具有UL 94 V0防火等级，且由于使用磺酸盐作为阻燃剂，符合环保标准。

本发明的另一目的在于提供一种防火复合材料，其是以玻璃纤维作为无机填充材料，用于强化防火复合材料的刚性及尺寸安定性。

本发明的又一目的在于提供一种防火复合材料，其组成是以磺酸盐作为阻燃剂，及以玻璃纤维作为无机填充材料，在轻量化的要求下前述组成仍能维持UL 94 V0防火等级。

此外，本发明亦提供另一种防火复合材料，包含成份比例为100重量份的聚碳酸脂、成份比例为0.1～5.0重量份的磺酸盐阻燃剂、成份比例为5～50重量份的玻璃纤维、以及成份比例为0.2～2.0重量份的聚四氟乙烯。

此外，本发明亦提供另一种防火复合材料，包含成份比例为100重量份的聚碳酸酯、成份比例为2.0～2.17重量份的抗静电剂、成份比例为0.1～0.109重量份的磺酸盐阻燃剂、选自于由滑石及云母所构成的群组的无机填充材料及成份比例为0.3～0.76重量份的聚四氟乙烯。

因此，本发明的主要目的在于提供一种防火复合材料，其组成是以磺酸盐作为阻燃剂，在轻量化的要求下前述组成仍能维持UL 94 V0防火等级，符合环保标准。

本发明的另一目的在于提供一种防火复合材料，其组成含有抗静电剂，在轻量化的要求下前述组成仍能维持UL 94 V0防火等级。

具体实施方式

由于本发明公开了一种防火复合材料，其中所利用的化学原理以及有机及无机材料相关制程，已为本领域普通技术人员所能明了，故以下文中的说明，不再赘述。同时，以下文中所对照的附图，是表达与本发明特征有关的结构示意，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘制，在先声明。

本发明第一较佳实施例是提供一种防火复合材料，包含聚碳酸酯、磺酸盐阻燃剂、以及无机填充材料。其中，聚碳酸酯成份比例为100重量份、磺酸盐阻燃剂成份比例为0.1～5.0重量份、以及玻璃纤维材料成份比例为5～50重量份。此外，玻璃纤维材料成份比例以11～42重量份为较佳。

前述的磺酸盐可以是全氟烷基磺酸碱金属盐(Perfluoroalkane sulfonatealkali metal)或者全氟烷基磺酸铵盐(Perfluoroalkane sulfonate ammoniumsalts)。其中，当磺酸盐为全氟烷基磺酸铵盐时，又以全氟烷基磺酸C₁-C₆铵盐(Perfluoroalkane sulfonate C₁-C₆ ammonium salts)为较佳。磺酸盐为全氟烷基磺酸碱金属盐时，则以全氟丁基磺酸钾(Potassium perfluorobutanesulfonate，KPFBS)或3-苯磺酰基苯磺酸钾(Potassiumdiphenylsulfone-3-sulphonate，KSS)为较佳。

此外，第一较佳实施例中所提供的防火复合材料，可以进一步包含有聚四氟乙烯，其成份比例为0.2～2.0重量份；亦可以进一步包含有无机硅酸盐层状材料，例如滑石(talc)或云母(mica)，其成份比例范围为1至20重量份。

一般防火复合材料均透过垂直燃烧试验UL 94 V0判断其等级，测试标准在于经垂直燃烧后最长自熄时间、总燃烧时间、可否滴落及滴落后对棉花的引燃性而分为UL 94 V0、V1、V2三个防火等级，其中，UL 94 V0防火等级为最佳防火材料，V1次之，V2再次之。而本较佳第一实施例的防火复合材料经垂直燃烧试验后符合UL 94 V0防火等级。

此外，本发明亦提供第二较佳实施例，亦为防火复合材料，其中材料的各成份组成以及其各成份组成的较佳范围与第一较佳实施例中所述大致相同，以下仅就本较佳实施例与第一较佳实施例中不同之处加以说明。

由于防火复合材料的厚度与垂直燃烧试验的结果有密切关系。一般厚度越厚的防火复合材料其耐火等级越高。经测试后，本第二较佳实施例的防火复合材料的厚度为1.5厘米时，仅采用玻璃纤维做为无机填充材料，但经垂直燃烧试验后亦符合UL 94 V0防火等级。

本发明亦提供第三较佳实施例，亦为防火复合材料，其中材料的各成份组成以及其各成份组成的较佳范围与第一较佳实施例中所述大致相同。第三较佳实施例所提供的防火复合材料进一步包含有抗静电剂，例如双三氟甲烷磺酰亚胺盐(bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)或磷烷基苯基磺酸盐(phospho-alkyl-phenyl-sulfonate)，当试片厚度为2.2mm时，经垂直燃烧试验后符合UL 94 V0等级。

以下更进一步提供下列实验例，藉以说明本发明所提供的防火复合材料的特征。

实验例：

A.材料与方法：

I.复合防火材料的制备：

将熔融指数(Melting Index)(熔融指数为塑料材料加工时流动性的数值)为10与62的聚碳酸酯100重量份、全氟丁基磺酸钾0.1～0.3重量份、玻璃纤维11～42重量份、聚四氟乙烯0.2～0.4重量份、抗氧化剂0.1重量份制成厚度为1.5厘米或1.0厘米的复合防火材料作为实验组，而在编号1～5的样本中进一步添加1～10重量份的滑石。实验组各样本材料组成如表一所示：

将聚碳酸酯100重量份、玻璃纤维11重量份、聚四氟乙烯0.4重量份、以及抗氧化剂0.1重量份制成厚度为1.5厘米的复合防火材料，做为第一对照组。前述第一对照组未添加全氟丁基磺酸钾作为阻燃剂。

前述实验组与对照组中所使用的聚碳酸脂，是采用熔融指数为10的聚碳酸酯60重量份及熔融指数为62的聚碳酸酯40重量份，合计为100重量份。

前述对照组中各样本的组成成份则如表二所示。

^*：第一对照组

依前述各组组成比例制得的复合防火材料，将其裁切为长宽厚分别为120厘米、13厘米、1.5厘米或1.0厘米(120mm x 13mm x 1.5mm or 1.0mm)的复合防火材料试片，各复合防火材料试片将用以进行UL 94 V0垂直燃烧试验。

II.UL 94 V0垂直燃烧试验：

制备成份组成及长宽厚度皆相同的复合防火材料试片五片，依照UL 94V0垂直燃烧试验标准来进行燃烧测试。首先，将各复合防火材料试片夹置于样品架上，试片下方300厘米处放置外科用棉花。将点燃的本生灯置于待测试片下方，进行第一次点火，持续10秒后移开，测量火焰移开后至待测试片自熄所需时间，纪录为第一自熄时间。移开10秒后将点燃的本生灯再度移置待测试片下方，进行第二次点火，持续10秒后移开并再度测量火焰移开后至待测试片自熄所需时间，纪录为第二自熄时间。并依照各试片的最长自熄时间、总燃烧时间、试片燃烧中是否滴垂、试片燃烧是否延烧至夹具、若试片燃烧有滴垂是否引燃棉花、以及试片燃烧期间中烟雾是否遮熄本生灯等结果，判定各样品是否通过UL 94 V0垂直燃烧试验，以及其防火等级。总燃烧时间是指单一样品的五片试片经燃烧测试后测得的第一燃烧时间与第二燃烧时间的总和。各等级(UL 94 V0、V1、V2)的通过规范如表三所示。

此外，表三中所示的最长自熄时间、可否滴垂、滴垂可否引燃棉花的标准，各样本需五片试片均符合等级规范才算是通过。而在防火等级UL 94V0、V1、V2中，五片试片均不可发生延烧至夹具的现象。

B.测试结果：

I.实验组防火复合材料经燃烧试验均符合UL 94 V0防火等级：

依据本发明所提供的防火复合材料(实验组)，经垂直燃烧试验后，所测得的防火等级均为UL 94 V0。各编号的样本试验结果如下表四所示：

^*：T₁、T₂是分别表示各试片第一次自熄时间与第二次自熄时间

如同表四所示，实验组编号1至5的样本中，厚度皆为1.0厘米，最长自熄时间均小于10秒，最长自熄时间出现于样本3于厚度1.0厘米的状态下，试片5的第二次自熄时间，为9.2秒。且总燃烧时间介于25.5秒至45.3秒之间，均短于50秒，且各样本的燃烧状况均未发生滴垂，亦未延烧至夹具，燃烧期间中烟雾并未遮熄本生灯。

因此，如上所示，本发明所提供的厚度为1.0厘米的复合防火样本，透过调整聚四氟乙烯的重量份、滑石(无机硅酸盐层状材料)、玻璃纤维(无机填充材料)的重量份或聚四氟乙烯(抗滴垂剂)重量份。调整之后发现以上经UL 94 V0燃烧试验后，证实编号1至5的样本皆能符合UL 94V0防火等级。

实验组编号6的样本未添加滑石，仅以玻璃纤维做为无机填充材料，且未添加聚四氟乙烯作为抗滴垂剂。经UL 94 V0垂直燃烧试验发现，其样本试验结果如表四所示，最长自熄时间都短于10秒，且总燃烧时间未超过50秒，而且编号6的样本在燃烧时，未有滴垂且未引燃棉花，亦未延烧至夹具，燃烧期间中烟雾并未遮熄本生灯，故其防火等级在厚度为1.5厘米的情况下为UL 94 V0。

实验组编号7与8的样本未添加滑石，仅以玻璃纤维作为无机填充材料。经UL 94 V0垂直燃烧试验发现，试验结果如表四所示，未加入滑石制得厚度为1.5厘米的防火复合材料，最长自熄时间均未超过10秒，总燃烧时间亦低于50秒，而且编号7与8的样本在燃烧时，均未发生滴垂及延烧至夹具的情况，燃烧期间中烟雾并未遮熄本生灯，故编号7与8的防火等级符合UL 94 V0的标准。

II.未使用全氟丁基磺酸钾会影响防火等级：

第一对照组编号9的样本经UL 94 V0垂直燃烧试验发现，其各样本试验结果如下表五所示：

试验结果显示，第一对照组的编号9的样本，并未采用阻燃剂。如表五所示，在厚度为1.5厘米时，最长自熄时间超过30秒，总燃烧时间超过250秒，且样本在燃烧时有滴垂并引燃棉花，试片5于第二自熄时间更发生延烧至试片夹，不符最低防火等级V2的标准，故判定为未通过UL 94 V0垂直燃烧试验。

III.具有防静电材料的防火复合材料的防火等级测试结果：

依据本发明所提供的防火复合材料(实验组编号1、2、3、4、5)，经UL 94垂直燃烧试验发现，其防火等级在厚度为2.2厘米的情况下为V0。

聚碳酸酯(Polycarbonate)成份比例为100重量份、抗静电剂采用双三氟甲烷磺酰亚胺盐(bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)成份比例为2.～2.17重量份、磺酸盐阻燃剂采用全氟丁基磺酸钾(Potassium perfluorobutanesulfonate)成份比例为0.1～0.109重量份、无机填充材料采用滑石(Talc)成份比例为0～5.423重量份、以及聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)成份比例为0.3～0.76重量份，综合以上制成复合防火材料，各样本的材料组成如表六所示：

依前述各组组成比例制得的复合防火材料，将其裁切为长宽厚分别为120厘米、13厘米、2.2厘米(120mm x 13mm x 2.2mm)的复合防火材料试片，以下述方式进行UL 94垂直燃烧试验。

由上表得知，编号1～5的样本厚度为2.2厘米，在双三氟甲烷磺酰亚胺盐与全氟丁基磺酸钾的成分比例固定之下，试着去改变聚碳酸酯、滑石、聚四氟乙的成份比例，防火等级经判定亦可达到V0的等级。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于本领域普通技术人员应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书中。

Claims

1.一种防火复合材料，包含：

一聚碳酸酯，其成份比例为100重量份；

一磺酸盐阻燃剂，其成份比例为0.1～5.0重量份；以及

一玻璃纤维材料，其成份比例为5～50重量份。

2.根据权利要求1所述的防火复合材料，其中该磺酸盐阻燃剂选自由全氟烷基磺酸碱金属盐、以及全氟烷基磺酸铵盐所组成的群组。

3.根据权利要求2所述的防火复合材料，其中该磺酸盐阻燃剂为全氟烷基磺酸C₁-C₆铵盐。

4.根据权利要求2所述的防火复合材料，其中该磺酸盐阻燃剂为全氟丁基磺酸钾或3-苯磺酰基苯磺酸钾。

5.根据权利要求1所述的防火复合材料，进一步包含有一聚四氟乙烯，该聚四氟乙烯成份比例为0.2～2.0重量份。

6.根据权利要求1所述的防火复合材料，进一步包含有一无机硅酸盐层状材料，该无机硅酸盐层状材料成份比例范围为1至20重量份。

7.根据权利要求1所述的防火复合材料，其中该玻璃纤维材料成分比例为11～42重量份。

8.根据权利要求1所述的防火复合材料，经一垂直燃烧试验后符合UL 94 V0等级。

9.一种防火复合材料，包含：

一聚碳酸酯，其成份比例为100重量份；

一磺酸盐阻燃剂，其成份比例为0.1～5.0重量份；

一玻璃纤维材料，其成份比例为5～50重量份；以及

一聚四氟乙烯，其成份比例为0.2～2.0重量份；

藉此，经一垂直燃烧试验后符合UL 94 V0等级。

10.根据权利要求9所述的防火复合材料，其中该磺酸盐阻燃剂选自由全氟烷基磺酸碱金属盐、以及全氟烷基磺酸铵盐所组成的群组。

11.根据权利要求9所述的防火复合材料，其中该磺酸盐阻燃剂为全氟烷基磺酸C₁-C₆铵盐。

12.根据权利要求9所述的防火复合材料，其中该磺酸盐阻燃剂为全氟丁基磺酸钾或3-苯磺酰基苯磺酸钾。

13.根据权利要求9所述的防火复合材料，进一步包含有一无机硅酸盐层状材料，该无机硅酸盐层状材料成份比例为1至20重量份。

14.一种防火复合材料，包含：

一聚碳酸酯，其成份比例为100重量份；

一抗静电剂，其成份比例为2～2.17重量份；

一磺酸盐阻燃剂，其成份比例为0.1～0.109重量份；

一无机填充材料，其是选自于由滑石及云母所构成的群组；以及

一聚四氟乙烯，其成份比例为0.3～0.76重量份。

15.根据权利要求14所述的防火复合材料，其中该抗静电剂选自于由双三氟甲烷磺酰亚胺盐及磷烷基苯基磺酸盐所构成的群组。

16.根据权利要求14所述的防火复合材料，其中该磺酸盐阻燃剂选自由全氟烷基磺酸碱金属盐、以及全氟烷基磺酸铵盐所组成的群组。

17.根据权利要求16所述的防火复合材料，其中该磺酸盐阻燃剂为全氟烷基磺酸C₁-C₆铵盐。

18.根据权利要求16所述的防火复合材料，其中该磺酸盐阻燃剂为全氟丁基磺酸钾或3-苯磺酰基苯磺酸钾。

19.根据权利要求14所述的防火复合材料，其中该无机填充材料为滑石的成分比例为0～5.423重量份。