CN103131144B - 绝缘部件用聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种目前难以实现的在0.75~3mmt的厚度下满足GWIT标准的绝缘部件用聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物。详细地来讲,相对(A)聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂100重量份,配合(B)卤素系阻燃剂5~50重量份、(C)锑化合物5~50重量份、(D)氮系化合物35~100重量份及(E)纤维状强化剂30~200重量份而成。
Description
本申请是申请日为2007年6月19日、申请号为200780024739.4、发明名称为“绝缘部件用聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物”的专利申请的分案申请。
相关申请的描述
本申请以2006年7月14日申请的日本专利申请2006-194661号作为在先申请,要求优先权。
技术领域
本发明涉及一种提高了灼热丝起燃温度的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(以下有时简称为PBT树脂)组合物及由该PBT树脂组合物构成的绝缘材料部件。
背景技术
由于PBT树脂具有优异的机械特性、电特性、耐热性、耐候性、耐水性、耐化学药品性及耐溶剂性,因此,作为工程塑料被广泛利用于汽车部件、电气·电子部件等各种用途。另外,还开发了多种提高其阻燃性的技术,但主要是美国保险商协会安检实验所(Underwriter’s Laboratories Inc.)的UL-94标准的阻燃性或比较留痕指数(Comparative Tracking Index、简称为CTI)等得到提高的报告,几乎没有涉及国际电工委员会(International Electrotechnical Commission、简称为IEC)的IEC60695-2标准的报告。在同一标准中,要求用于电气电子设备的绝缘材料部件对工作中的起燃及火焰传播具有耐性,特别是操作人员不在的状态下工作的设备的部件,对支撑额定电流超过0.2A的连接部或位于离这些连接部3mm以内的距离的电绝缘材料部件的安全性要求高。而且,同一标准中,灼热丝燃烧指数(Glow-wire Flamability Index、简称为GWFI)必须为850℃以上、且灼热丝起燃温度(Glow-wire Ignition Temperature、简称为GWIT)必须为775℃以上。使热塑性树脂满足特别是GWIT标准,在目前的UL-94标准的阻燃性评价中即使是具有V-0级别的材料也非常困难,近年来加强了进一步改良现有技术的阻燃化技术的开发。
作为实际的GWIT评价中的趋势,可知有对于使其在接触灼热丝的30秒间没有穿透的壁厚的材料(例如纤维强化材料的3mmt)、非常薄的壁厚的材料处于能得到良好结果的趋势,纤维强化类PBT树脂、特别是1~2mm的厚度是最苛刻的。
目前研究的树脂材料用于市场时,由于其产品壁厚没有限制,因此必须以所有的壁厚重新进行同样的燃烧试验。
另外,作为这些材料,除了要求对于燃烧试验具有耐性之外,还要求阻燃性、耐漏电性、机械性质均衡优良的材料。
作为对PBT树脂赋予阻燃性的方法,已知有组合使用溴系阻燃剂和三氧化锑及蜜胺类的树脂组合物,但没有提及灼热丝试验(日本特开平3-195765号公报)。
另外,具有使用在PBT树脂中配合了聚卤化(甲基)丙烯酸苄酯和五氧化锑的树脂组合物形成的树脂成形部的绝缘材料部件,可实现GWIT温度的提高,对于2mm以下的树脂部,通过使其与金属等耐热板组合,可以实现IEC60695-2-13标准记载的GWIT温度的提高,以PBT树脂组合物单独还不能满足同样标准(日本特开2005-232410号公报)。
而且,具有使用相对PBT树脂配合了溴系阻燃剂、氧化锑类、α-烯烃和α,β-不饱和酸的缩水甘油酯构成的含缩水甘油基的共聚物、分子量为1万~100万的直链状烯烃树脂的树脂组合物形成的树脂成形部的绝缘材料部件,可实现GWIT温度的提高,但其是以厚度为3mm进行的评价,没有提及IEC推荐的0.75mm、1.5mm厚度(日本特开2006-45544号公报)。
发明内容
本发明提供一种目前难以实现的技术,即,用阻燃性PBT树脂组合物,以0.75~3mmt的厚度可使其满足GWIT标准,而且,对于由该组合物构成的成形部件,特别是以薄壁成形品即使不施加二次加工也能满足IEC60695-2标准。
本发明还提供一种树脂组合物,其除了具有上述特性之外,阻燃性、耐漏电性、机械性质也均衡优良,可以广泛应用于市场。
本发明人等为了实现上述目的而进行了潜心研究,结果发现,通过使PBT树脂与卤素类阻燃剂、阻燃助剂、氮系化合物、纤维状强化剂组合而得到的树脂组合物,其相对灼热丝的耐性提高,而且即使是推荐厚度中特别难以实现的成形品厚度1.5mm,通过配合特定量的阻燃剂,也可以使其利用IEC60695-2-13标准测定的灼热丝起燃温度为775℃以上,以致于完成了本发明。
即,本发明涉及一种绝缘部件用聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物,其构成为:相对(A)聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂100重量份,配合(B)卤素系阻燃剂5~50重量份、(C)阻燃助剂5~50重量份、(D)氮系化合物1~100重量份、(E)纤维状强化剂0~200重量份,优选还配合有(F)次膦酸盐和/或二次膦酸盐1~50重量份(相对(A)成分100重量份)而成。而且,本发明还涉及一种由上述聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物构成的绝缘材料部件。
根据本发明的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物,可以提供成型性和安装性优异的绝缘材料部件(印刷电路板、接线板、插头等),可以提高支撑额定电流超过0.2A的连接部或处于离这些连接部3mm以内的距离的绝缘材料部件的安全性,可以广泛使用。
具体实施方式
下面,详细说明本发明。用于本发明的PBT树脂组合物的组成包括:(A)聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、(B)卤素系阻燃剂、(C)阻燃助剂、(D)氮系化合物,优选进一步配合(E)纤维状强化剂,还优选配合(F)次膦酸盐及二次膦酸盐。
[(A)PBT树脂]
本发明中的(A)PBT树脂是使对苯二甲酸或其酯形成性衍生物和碳数为4的烷二醇(1,4-丁二醇)或其酯形成性衍生物缩聚而得到的热塑性树脂,可以是含有70重量%以上的对苯二甲酸丁二醇酯重复单元的共聚物。
作为对苯二甲酸或其酯形成性衍生物(低级醇酯等)以外的二元酸成分,可列举间苯二甲酸、萘二甲酸、己二酸、癸二酸、偏苯三酸、琥珀酸等脂肪族、芳香族多元酸或其酯形成性衍生物。另外,作为1,4-丁二醇以外的二醇成分,可列举:通常的烷二醇,例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、三亚甲基二醇、六亚甲基二醇、新戊二醇、环己烷二甲醇等、1,3-辛二醇等低级烷二醇;双酚A、4,4’-二羟基联苯等芳香族醇、双酚A的2摩尔环氧乙烷加成物、双酚A的3摩尔环氧丙烷加成物等环氧烷加成物醇、甘油、季戊四醇等多羟基化合物或其酯形成性衍生物等。在本发明中,以如上所述的化合物为单体成分缩聚得到的PBT树脂均可以用作本发明的(A)成分,可以单独使用或两种以上混合使用。
本发明中可使用的PBT树脂(A),希望其在25℃、使用邻氯苯酚为溶剂测定的特性粘度为0.6~1.2dl/g的范围、优选为0.65~1.1dl/g的范围、进一步优选为0.65~0.9dl/g的范围。当其特性粘度低于0.6dl/g时,不能充分减低四氢呋喃等将PBT树脂作为发生源的气体的产生量,成形时发生外观不良及沉淀附着等而不优选。另外,当其特性粘度超过1.2dl/g时,往往成形时的流动性不良。
在本发明中,也可以使用属于共聚物的支链聚合物作为PBT树脂。在此所谓的PBT树脂支链聚合物,是指通过以所谓的PBT树脂或对苯二甲酸丁二醇酯单体为主要成分、添加多官能性化合物而形成了支链的聚酯。在此可以使用的多官能性化合物有均苯三酸、偏苯三酸、均苯四酸及这些多元酸的醇酯、甘油、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、季戊四醇等。
[(B)卤素系阻燃剂]
卤素系阻燃剂(B)是用于维持提高阻燃性的必须成分。作为卤素系阻燃剂(B),从GWIT提高效果方面考虑,优选卤化芳香族双亚胺化合物、卤化丙烯酸苄酯、卤化聚苯乙烯化合物或对末端进行了改性的卤化芳香族环氧化合物。
将作为卤素系阻燃剂通常使用的卤化聚碳酸酯与后述的氮系化合物组合使用时,虽然可得到GWIT性提高的效果,但由于在混炼时或成形时的滞留稳定性劣化,可看到气体产生或粘度下降等现象,因此不优选。
另外,将卤化芳香族环氧化合物与后述的氮系化合物组合使用时,由于在混炼时或成形时粘度明显上升而致使生产率下降,因此必须选择对环氧末端进行了改性的卤化芳香族环氧化合物。
基于以上原因,优选卤化芳香族双亚胺化合物、卤化丙烯酸苄酯、卤化聚苯乙烯化合物作为卤素系阻燃剂。
卤原子包括例如氟、氯、溴、碘等,但优选为氯、溴。
卤素系阻燃剂(B)可以单独使用或两种以上组合使用。卤素系阻燃剂(B)的添加量相对PBT树脂(A)100重量份为5~50重量份、优选为10~40重量份、特别优选为15~40重量份。卤素系阻燃剂(B)的添加量少于5重量份时,无法得到充分的阻燃性,其添加量超过50重量份时,机械特性容易下降。
[(C)阻燃助剂]
阻燃助剂(C)可以使用已知的与卤素系阻燃剂(B)组合使用时可得到阻燃性的协同效应的三氧化锑或五氧化锑等锑化合物、以及滑石或云母等硅酸盐类、碳酸钙、氢氧化镁、勃姆石、硫酸锌、氧化锌等,但优选锑化合物。
阻燃助剂(C)的添加量相对PBT树脂(A)100重量份为5~50重量份、优选为10~40重量份、进一步优选为15~30重量份。阻燃助剂(C)的添加量少于5重量份时,无法发挥作为阻燃助剂的效果,其添加量超过50重量份时,可使机械强度下降。
[(D)氮系化合物]
作为氮系化合物(D),可列举蜜胺的缩合物或蜜胺-磷反应物等,可列举例如:蜜胺、蜜白胺、蜜勒胺、蜜弄、蜜胺磷酸酯、二蜜胺磷酸酯、蜜胺聚磷酸酯、蜜白胺(或蜜勒胺、蜜弄)聚磷酸酯盐、蜜胺氰脲酸酯等,优选使用蜜胺氰脲酸酯。
氮系化合物(D)的添加量相对PBT树脂(A)100重量份为1~100重量份、优选为5~80重量份、进一步优选为10~70重量份。氮系化合物(D)的添加量少于1重量份时,GWIT改善效果小,其添加量超过100重量份时,可看出机械特性下降或成形时的流动性下降。
[(E)纤维状强化剂]
在用于本发明的树脂组合物中,为了改善拉伸强度等机械强度,优选添加纤维状强化剂(E)。
纤维状强化剂包括例如:无机纤维[例如玻璃纤维、硅石·氧化铝纤维、氧化锆纤维、金属纤维(不锈钢、铝、钛、铜、黄铜等)等]、有机纤维(例如芳香族聚酰胺纤维、氟树脂纤维、液晶性芳香族纤维等)。这些纤维状强化剂可以单独使用或两种以上组合使用。优选的纤维状强化剂是玻璃纤维。
纤维状强化剂的平均纤维直径没有特别限制,例如为1~100μm、优选为1~50μm、特别优选为3~30μm左右。另外,纤维状强化剂的平均纤维长度也没有特别限制,例如为0.1~20mm左右。
纤维状强化剂(E)的添加量可以从例如相对PBT树脂(A)100重量份为0~200重量份、优选30~100重量份的范围中选择。当纤维状强化剂的添加量超过200重量份时,熔融混炼性、成型性下降,故不优选。
需要说明的是,对上述纤维状强化剂而言,可以根据需要用收敛剂或表面处理剂(例如环氧系化合物、异氰酸酯系化合物、硅烷系化合物、钛酸盐系化合物等官能性化合物)进行表面处理。纤维状强化剂可以预先用上述收敛剂或表面处理剂进行表面处理,或者也可以在制备树脂组合物时添加收敛剂或表面处理剂进行表面处理。
在本发明的PBT树脂组合物中,为了进一步提高GWIT,优选配合次膦酸盐和/或二次膦酸盐作为(F)成分。
作为本发明使用的次膦酸盐,例如下述通式(1)所示的次膦酸盐,作为二次膦酸盐,例如下述通式(2)所示的二次膦酸盐,也可以使用这些次膦酸盐的聚合物。
(式中,R1及R2表示直链或支链的C1~C6烷基、或者苯基,R3表示直链或支链的C1~C10亚烷基、亚芳基、烷基亚芳基或芳基亚烷基,M表示钙离子或铝离子,m为2或3,n为1或3,x为1或2。)
其中,可以优选利用二甲基次膦酸盐、乙基甲基次膦酸盐、二乙基次膦酸盐、甲基苯基次膦酸盐等金属盐,特别优选二乙基次膦酸盐的金属盐。本发明中可以使用这些化合物的一种或两种以上。
次膦酸盐和/或二次膦酸盐(F)的添加量相对PBT树脂(A)100重量份为1~50重量份、优选为5~30重量份。(F)成分的添加量少于1重量份时,GWIT改善效果小,其添加量超过50重量份时,往往会使机械物性下降。
在本发明的树脂组合物中,通过使(B)卤素系阻燃剂、(C)阻燃助剂、(D)氮系化合物及(F)次膦酸盐和/或二次膦酸盐的配合量在上述范围的同时,总配合量相对(A)成分100重量份为50重量份以上、优选70重量份以上,可以使试验片厚度为0.75mmt、1.5mmt、3mmt的任一种均满足IEC的60695-2-13记载的灼热丝起燃温度为775℃以上。另一方面,作为这些阻燃性化合物的总配合量的上限,从机械特性方面考虑,通常优选为100重量份左右。即使不组合使用(F)次膦酸盐和/或二次膦酸盐,利用(D)氮系化合物的增量也可以使其满足同一标准的775℃以上,但存在机械物性下降的问题,如上所述,优选组合使用(F)次膦酸盐和/或二次膦酸盐。
在本发明的树脂组合物中,为了提高燃烧时的安全性,优选配合氟系树脂作为燃烧时的防滴剂。
氟系树脂包括:四氟乙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯、六氟丙烯、全氟烷基乙烯基醚等含氟单体的均聚物或共聚物;上述含氟单体与乙烯、丙烯、(甲基)丙烯酸酯等共聚性单体的共聚物。作为这样的氟系树脂,可示例例如:聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯等均聚物;四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物等共聚物。这些氟系树脂可以单独使用一种或混合使用两种以上。另外,这些氟系树脂可以以分散状的形式使用。
氟系树脂的添加量相对PBT树脂(A)100重量份例如为0~10重量份、优选为0.1~5重量份、进一步优选为0.2~1.5重量份左右。
而且,在用于本发明的树脂组合物中,可以根据需要添加常用的添加剂,例如:抗氧化剂、紫外线吸收剂、耐热稳定剂、耐候稳定剂等稳定剂;润滑剂、脱模剂、着色剂、成核剂、结晶促进剂等,另外也可以添加其它热塑性树脂(例如:聚酰胺、丙烯酸树脂等)或热固性树脂(例如:不饱和PBT树脂、酚醛树脂、环氧树脂等)。
用于本发明的PBT树脂组合物可以是粉体混合物或熔融混合物,可以通过将(A)PBT树脂、(B)卤素系阻燃剂、(C)阻燃助剂、(D)氮系化合物、根据需要的(E)纤维状强化剂、(F)次膦酸盐和/或二次膦酸盐、氟系树脂、其它添加剂等用常用的方法混合来制备。例如,将各成分混合,利用单轴挤压机或双轴挤压机进行混炼、挤压,可以制备PBT树脂组合物颗粒。本发明的绝缘材料部件是使用如上所述制备的PBT树脂组合物进行注射成形等公知的成形而得到的。
实施例
下面,利用实施例更详细地说明本发明,但本发明并不限定于这些实施例。
实施例1~8、比较例1~4
如表1所示,在(A)PBT树脂100重量份中配合规定量的(B)、(C)、(D)及(F)成分,用V型混合机均匀混合。将该得到的混合物投入日本制钢所株式会社制造的双轴挤压机的加料斗中,规定量的(E)玻璃纤维侧进料,在滚筒温度260℃进行熔融混合,将由模头喷出的条冷却后进行切断,得到颗粒状组合物。将得到的颗粒在140℃干燥3小时后,使用Fanuc公司制造的注射成型机,在汽缸温度为260℃、模具温度为80℃的条件下,成形规定的各种试验用成形品,进行下述的各种物性评价。结果示于表1。
(1)GWIT评价
对于评价用试验片(8cm×8cm×厚3mm的平板、8cm×8cm×厚1.5mm的平板、以及6cm×6cm×厚0.75mm的平板),依照IEC60695-2-13规定的试验法进行评价。即,其定义为:使其接触规定形状的灼热丝(将外形4mm的镍/铬(80/20)线作成圈状的)30秒,比没有起燃或没有延烧5秒以上时的前端的最高温度高25℃的温度。作为同一标准的阻燃用途,要求GWIT为775℃以上。
(2)GWFI评价
对于上述试验片,依照IEC60695-2-12规定的试验法。即,其定义为:在使其接触规定形状的灼热丝(将外形4mm的镍/铬(80/20)线作成圈状的)30秒、其后拉开的动作中没有起燃或即使起燃在拉开后30秒以内火灭了的前端的最高温度。在阻燃用途中,要求GWFI为850℃以上。
(3)阻燃性试验
对于试验片(厚1/32英寸),利用美国保险商协会安检实验所的UL-94标准垂直燃烧试验来进行试验。
(4)耐漏电特性(CTI)
对于3mm厚的试验片,利用UL-746规定的试验方法来测定相对漏电的耐性。
(5)拉伸试验
使用ISO294记载的4mm厚的哑铃试验片,以ISO527为标准测定拉伸强度、拉断伸长率。
实施例·比较例中使用的各成分的详细情况如下所述。
(A)PBT树脂
·ウインテツクポリマ一公司制造、特性粘度0.7dl/g
(B)卤素系阻燃剂
·(B-1)聚丙烯酸五溴苄酯(ブロムケムフア一イ一スト公司制造、FR1025)
·(B-2)乙撑双(四溴邻苯二甲酰胺)(アルベ一ル公司制造、SAYTEX BT93W)
·(B-3)溴化聚苯乙烯(グレ一トレイクスケミカルズ公司制造、PDBS-80M GLC)
(C)阻燃助剂
·(C-1)三氧化锑(日本精矿公司制造、PATOX-M)
·(C-2)五氧化锑(日产化学工业公司制造、サン工ポツクNA1040L)
(D)氮系化合物;蜜胺氰脲酸酯(日产化学公司制造、MC860)
(E)纤维状强化剂;玻璃纤维(日本电气硝子公司制造、ECS03T-127、Φ10)
(F)1,2二乙基膦酸的铝盐
利用下述方法来制造。
将2106g(19.5摩尔)的二乙基膦酸溶解于6.5升的水中,一边剧烈搅拌一边加入507g(6.5摩尔)的氢氧化铝,将混合物加热至85℃。
将混合物在80~90℃共搅拌65小时,然后冷却至60℃,进行抽滤。在120℃的真空干燥箱中干燥至质量恒定后,得到在300℃以下没有熔融的微粒粉末2140g。收率为理论值的95%。
防滴剂;四氟乙烯树脂(ヘキストインダストリ一公司制造、ホスタフロンTF1620)
如表1所示,根据本发明的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物,可以使试验片厚度为0.75mmt、1.5mmt、3mmt的任一种的IEC的60695-2-13记载的灼热丝起燃温度均为775℃以上。
即,由比较例1和比较例2的对比可知,仅仅增加卤素系阻燃剂的配合量无法实现上述GWIT特性。相对于此,在本发明中,通过配合氮系化合物,可提高相对灼热丝的耐性,在从0.75mmt的薄壁到3mmt厚壁的范围内,均可以满足IEC的60695-2-13记载的GWIT为775℃以上、GWFI为850℃以上。另外,使用次膦酸盐时,可以减少氮系化合物的配合量,可以尽可能抑制其对机械特性的不良影响。
Claims (5)
1.聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物用于绝缘部件的用途,其特征在于,所述聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物由(A)聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂100重量份、(B)卤素系阻燃剂5~50重量份、(C)锑化合物5~50重量份、(D)氮系化合物35~100重量份及(E)纤维状强化剂30~200重量份、以及任选的一种或多种选自抗氧化剂、紫外线吸收剂、耐热稳定剂、耐候稳定剂、润滑剂、脱模剂、着色剂、成核剂、结晶促进剂和防滴剂的添加剂构成,其中所述聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂在25℃下使用邻氯苯酚为溶剂测定的特性粘度为0.65~0.9dl/g,所述(B)卤素系阻燃剂为聚丙烯酸五溴苄酯。
2.根据权利要求1所述的用途,所述(D)氮系化合物包括选自蜜胺、蜜白胺、蜜勒胺、蜜弄、蜜胺磷酸酯、二蜜胺磷酸酯、蜜胺聚磷酸酯、蜜白胺聚磷酸酯或蜜勒胺聚磷酸酯、蜜弄聚磷酸酯、蜜胺氰脲酸酯的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的用途,其中,相对(A)成分100重量份,(B)卤素系阻燃剂、(C)锑化合物及(D)氮系化合物的总配合量为50重量份以上。
4.根据权利要求1所述的用途,其中,试验片厚度为0.75mmt、1.5mmt、3mmt的任一种均满足IEC60695-2-13记载的灼热丝起燃温度为775℃以上的条件。
5.一种绝缘材料部件,其由权利要求1~4中任一项所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂组合物构成。
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