CN103421290B - 一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料，其原料配方由聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂、润滑剂、紫外线吸收剂、增韧剂、耐寒剂及阻燃剂组成。本发明的复合材料可以耐-70℃的超低温，而且抗冲击性能非常好，阻燃性能也很优良，适用于制备寒带地区市政路灯壳体、航空航天器内饰、汽车配件以及各类仪表及电器的外壳和配件。

Description

一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及玻纤增强聚碳酸酯复合材料，具体涉及一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯（PC）是一种综合性能优越的工程塑料，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料，具有优异的冲击韧性、尺寸稳定性、电气绝缘性、耐蠕变性、耐候性、透明性和无毒性等优点，目前广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医疗保健等领域，随着改性研究的不断深入，正迅速拓展到航空航天、计算机、光盘等高科技领域、但它也存在一些缺点，如加工流动性差、易于应力开裂、对缺口比较敏感以及耐磨性欠佳等。
玻璃纤维（GF）具有拉伸强度高、弹性系数高、吸收冲击能量大、耐化学性佳、吸水性小、耐热性好、加工性佳、价格低廉等特性，属典型的优良产品，主要用作电绝缘材料、工业过滤材料、防腐、防潮、隔热、隔音、减震材料。还可作为多种工业制品的增强材料。
玻璃纤维增强聚碳酸酯作为一种具有前沿技术特点的优良产品，其拥有强度高、耐化学性优异等显著优点，对于该产品的开发研究具有重要的市场价值，对促进国民经济的发展起到重要作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有耐超低温、高抗冲击性且阻燃的玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
本发明的另一个目的是提供上述玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法。
本发明的另一目的是提供上述玻纤增强聚碳酸酯复合材料的应用。
本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：
本发明人意在得到一种可耐超低温高抗冲击性能，并且能够阻燃的玻纤增强聚碳酸酯复合材料，通过合理搭配玻璃纤维与聚碳酸酯的配比，并对大量助剂进行研究筛选后，得到一种可以耐-70℃以下超低温、高抗冲击且阻燃的玻纤增强聚碳酸酯复合材料，其具体技术方案如下所示：
一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
聚碳酸酯              67～88份；
玻璃纤维               8～20份；
抗氧剂1010           0.1～0.3份；
抗氧剂168            0.1～0.3份；
润滑剂PETS                 0.1～0.5份；
紫外线吸收剂UV-531   0.1～0.5份；
增韧剂METABLEN SX-006      2～6份；
耐寒剂METABLEN S-2030       1～5份；
阻燃剂SN3300          0.1～0.5份；
阻燃剂FR2025          0.5～1份。
上述原料配方中，聚碳酸酯选用高粘或中粘性、玻璃纤维可选用任意一种现有的玻璃纤维。
上述原料配方中，抗氧剂1010、抗氧剂168均为市售产品，而这能够有效提升本发明产品的抗氧化能力，延缓产品衰老。
上述原料配方中，紫外线吸收剂UV-531为市售产品，紫外吸收剂UV-531是具有反映官能团的长效吸收剂，能够有效吸收250nm-340nm波段的紫外线，从而抑制本发明产品中的高分子聚合物的光催化降解，与本发明所述的抗氧剂1010及抗氧剂168可协同作用，有效延缓产品的老化，增长其使用寿命。
上述原料配方中，阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025均为市售产品。向玻纤增强聚碳酸酯材料中添加阻燃剂的做法通常会影响产品的机械性能，导致产品的低温环境中出现冲击、降低现有产品对缺口敏感及耐磨性差等问题。发明人在实践中发现，以上述配方向玻纤增强聚碳酸酯材料中同时添加阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025，在使产品表现出良好的阻燃性能之余，其对产品机械性能的影响低于添加任意一种单一阻燃剂。
上述原料配方中，PETS的中文名为季戊四醇硬脂酸酯，其在本发明中起到润滑剂以及分散剂的作用，有助于提高各原料组分的混融，使产品质地均匀。PETS具有较强的热稳定性，在较高的加工温度下亦不易分解。
上述原料配方中，METABLEN SX-006和METABLEN S-2030是指三菱丽阳的美大布伦METABLEN SX-006和美大布伦METABLEN S-2030；美大布伦METABLEN SX-006具有耐超低温、耐候和协助防火的性能；美大布伦METABLEN S-2030具有耐超低温、耐候、高抗冲击和协助防火的性能。METABLEN SX-006通常只作为普通的增韧剂使用，在常温下对玻纤增强聚碳酸酯复合材料具有良好的增韧效果，但在低温环境中表现不佳。添加METABLEN S-2030则可以使产品在-50℃以上的低温环境中具有较好的抗冲性能，但当环境温度低于-50℃时，METABLEN S-2030对产品的增韧作用则十分微弱。本发明人在对大量可挑选的助剂进行研究筛选时，发现将METABLEN SX-006和METABLEN S-2030以一定比例结合起来引入本发明的配方中，能够赋予本发明产品耐超低温性能和高抗冲性能，最终制得的产品可耐受低至-70℃以下的超低温度。
本发明还提供上述耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其步骤如下所示：
将聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、PETS、紫外线吸收剂UV-531、METABLEN SX-006、METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在250℃～290℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为本发明的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
上述制备方法中，将聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PETS、紫外线吸收剂UV-531、增韧剂METABLEN SX-006、耐寒剂METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025混合均匀，是指在650～1300转/分的转速下将聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PETS、紫外线吸收剂UV-531、增韧剂METABLEN SX-006、耐寒剂METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025混合均匀；采用650～1300转/分的转速进行搅拌，转速太低、搅拌太慢原料混合不好，搅拌太快，原料中的助剂则会可能裂解而效力降低甚至失效。
上述制备方法中，双螺杆挤出机的转速为300～500转/分。
上述制备方法中，熔融混炼采用温度为250～290℃；本发明的熔炼温度是根据各类原料的性质选定的，在该温度范围内，各类原料均可熔化彻底而得以充分混融，且不因温度过高而分解。原料只有得到充分混融结合，才能协同作用获得本发明所需的优质性能的复合材料。
上述制备方法中，由双螺杆挤出机挤出的熔体经水槽冷却时，所用的水槽温度为60～80℃；本发明人通过研究发现，此处水槽冷却的温度也会对产品有一定影响，若水槽温度过低，则粒料间空隙过大而易碎，若水槽温度过高，则粒料易粘结，因此，经过对水槽温度进行优化后，本发明人选择用于冷却熔体的水槽温度为60℃～80℃。
上述制备方法中，切粒机的转速为300～900转/分；本发明人通过研究发现，在生产本发明产品时，若切粒机转速过慢，则粒料会太肥大，若切粒机转速过快，则粒料会太小，因此，切粒机的转速需要调整合适，否则都会对最终粒料的美观有影响；对此，本发明人对切粒机的转速进行了优化调整，最终选择切粒机的转速为转300～900转/分。
对本发明的玻纤增强聚碳酸酯复合材料进行性能测试，结果发现该复合材料可以耐-70℃的超低温，而且抗冲击性能良好，阻燃性能优良，适用于制备寒带地区市市政政路灯壳体、航空航天器内饰、汽车配件以及各类仪表及电器的外壳和配件。
优选的，原料配方中，所述增韧剂METABLEN SX-006的重量份为4份，所述耐寒剂METABLEN S-2030重量份为。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明特采用METABLEN SX-006和METABLEN S-2030结合起来引入本发明的配方中，并采用合适的比例，赋予了本发明产品此前并未公开过的耐超低温性能和高抗冲性能。具体而言，经ASTM D638标准测试，本发明产品在-70℃～-80℃的条件下拉伸强度可达60Mpa以上、弯曲强度可达90MPa以上；经ASTM  D90标准测试，本发明产品在-70℃～-80℃的条件下弯曲模数可达2400Mpa以上；经ASTM D256标准测试，本发明产品在-70℃～-80℃的条件下缺口冲击强度可达90J/M以上。本发明的产品特别适用于制备高寒环境中工作的市政路灯壳体、航空航天器内饰、汽车配件以及各类仪表及电器的外壳和配件等，以上产品在极端寒冷的环境下仍能保持较高的拉伸性能及机械强度，满足高寒地区的生产、生活需要。
具体实施方式
下面结合具体对比例及实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。
对比例1
本对比例提供一种现有的玻纤增强聚碳酸酯复合材料，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
聚碳酸酯              77份；
玻璃纤维              14份；
抗氧剂1010           0.5份；
抗氧剂168            0.8份；
紫外线吸收剂UV-531   1份；
增韧剂METABLEN SX-006     10份；
阻燃剂FR2025          1份。
采用ASTM国际标准对本对比例制备的玻纤增强聚碳酸酯复合材料进行性能测试，结果如下表所示。
性质 方法 单位 数据
比重 ASTM D792 — 1.26
模收缩 ASTM D955 % 0.5
拉伸强度（-70℃） ASTM D638 Mpa 10
拉伸强度（23℃） ASTM D638 Mpa 65
弯曲强度（-70℃） ASTM D638 Mpa 15
弯曲强度（23℃） ASTM D638 Mpa 100
延伸率  ASTM D90 % 3.8
弯曲模数（-70℃） ASTM D90 Mpa 1890
弯曲模数（23℃） ASTM D90 Mpa 3000
缺口冲击强度(1/8")（-70℃） ASTM D256 J/M 38
缺口冲击强度(1/8")（23℃） ASTM D256 J/M 150
热变形温度 ASTM D648 ℃ 127
耐燃性 UL94 (1/8") V0
干燥温度 — ℃ 120
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 220-250
建议模温 — ℃ 50
对比例2
本对比例提供一种现有的耐寒玻纤增强聚碳酸酯复合材料，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
聚碳酸酯              77份；
玻璃纤维              14份；
抗氧剂1010           0.5份；
抗氧剂168            0.8份；
紫外线吸收剂UV-531   1份；
耐寒剂METABLEN S-2030     9份；
阻燃剂FR2025          1份。
采用ASTM国际标准对本对比例制备的玻纤增强聚碳酸酯复合材料进行性能测试，结果如下表所示。
实施例1
本实施例提供一种用于制造耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
聚碳酸酯              77份；
玻璃纤维              14份；
抗氧剂1010           0.1份；
抗氧剂168            0.2份；
润滑剂PETS                 0.3份；
紫外线吸收剂UV-531   0.1份；
增韧剂METABLEN SX-006     4份；
耐寒剂METABLEN S-2030      3份；
阻燃剂SN3300          0.2份；
阻燃剂FR2025          1份。
上述原料配方中，聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PETS、紫外线吸收剂UV-531、增韧剂METABLEN SX-006、耐寒剂METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025均为市售产品。
上述耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法包括如下步骤：
在1000转/分的转速下将聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PETS、紫外线吸收剂UV-531、增韧剂METABLEN SX-006、耐寒剂METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在280℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经70℃水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为本实施例的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
上述双螺杆挤出机的转速为400转/分。
上述切粒机的转速为650转/分。
采用ASTM国际标准对本实施例制备的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料进行性能测试，结果如表1所示。
表1 实施例1的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的性能测试结果
实施例2
本实施例提供一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
聚碳酸酯              81份；
玻璃纤维              10份；
抗氧剂1010          0.3份；
抗氧剂168            0.1份；
润滑剂PETS                 0.5份；
紫外线吸收剂UV-531   0.3份；
增韧剂METABLEN SX-006     5份；
耐寒剂METABLEN S-2030      2份；
阻燃剂SN3300          0.2份；
阻燃剂FR2025         0.6份。
上述原料配方中，聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PETS、紫外线吸收剂UV-531、增韧剂METABLEN SX-006、耐寒剂METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025均为市售产品。
上述耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法包括如下步骤：
在650转/分的转速下将聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PETS、紫外线吸收剂UV-531、增韧剂METABLEN SX-006、耐寒剂METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在250℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经80℃水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为本实施例的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
上述双螺杆挤出机的转速为500转/分。
上述切粒机的转速为900转/分。
采用ASTM国际标准对本实施例制备的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料进行性能测试，结果如表2所示。
表2 实施例2的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的性能测试结果
实施例3
本实施例提供一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料，其原料配方是由如下重量份数的各组份组成：
聚碳酸酯              74份；
玻璃纤维              18份；
抗氧剂1010          0.2份；
抗氧剂168            0.3份；
润滑剂PETS                 0.5份；
紫外线吸收剂UV-531   0.2份；
增韧剂METABLEN SX-006     3份；
耐寒剂METABLEN S-2030      3份；
阻燃剂SN3300          0.4份；
阻燃剂FR2025         0.4份。
上述原料配聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PETS、紫外线吸收剂UV-531、增韧剂METABLEN SX-006、耐寒剂METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025均为市售产品。
上述耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法包括如下步骤：
在1300转/分的转速下将聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PETS、紫外线吸收剂UV-531、增韧剂METABLEN SX-006、耐寒剂METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300和阻燃剂FR2025混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在260℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经70℃水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为本实施例的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
上述双螺杆挤出机的转速为300转/分。
上述切粒机的转速为400转/分。
采用ASTM国际标准对本实施例制备的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料进行性能测试，结果如表3所示。
表3 实施例3的玻纤增强聚碳酸酯复合材料的性能测试结果
以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改变、修饰、简化，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料，其原料配方是由如下重量份数
的各组份组成：
聚碳酸酯 67 ～ 88 份；
玻璃纤维 8 ～ 20 份；
抗氧剂1010 0.1 ～ 0.3 份；
抗氧剂168 0.1 ～ 0.3 份；
润滑剂PETS 0.1 ～ 0.5 份；
紫外线吸收剂UV-531 0.1 ～ 0.5 份；
增韧剂METABLEN SX-006 2 ～ 6 份；
耐寒剂METABLEN S-2030 1 ～ 5 份；
阻燃剂SN3300 0.1 ～ 0.5 份；
阻燃剂FR2025 0.5 ～ 1 份。
2.权利要求1 所述一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法包括如下步骤：
将聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PETS、紫外线吸收剂UV-531、增韧剂METABLEN SX-006、耐寒剂METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300 和阻燃剂FR2025 混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在250℃～ 290℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为所述的耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
3.根据权利要求2 所述一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于所述将聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、PETS、紫外线吸收剂UV-531、METABLEN SX-006、METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300 和阻燃剂FR2025 混合均匀，是指在650～1300 转/ 分的转速下将聚碳酸酯、玻璃纤维、抗氧剂1010、抗氧剂168、PETS、紫外线吸收剂UV-531、METABLEN SX-006、METABLEN S-2030、阻燃剂SN3300 和阻燃剂FR2025混合均匀。
4.根据权利要求2 所述一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于所述双螺杆挤出机的转速为300～500转/分。
5.根据权利要求2 所述一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于所述水槽温度为60 ～ 80℃。
6.根据权利要求2 所述一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于所述切粒机的转速为300 ～ 900 转/ 分。
7.权利要求1 所述一种耐低温高抗冲阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料在制备寒带地区市政路灯壳体、航空航天器内饰、汽车配件以及各类仪表及电器的外壳和配件中的应用。
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