CN103435989B - 一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/abs合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金，由以下物质的混合物为原料制的：聚碳酸酯、ABS、抗氧剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、耐寒剂。本发明的一种耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金具有高阻燃性能，且在-70℃的低温环境中表现出高抗冲、耐磨等良好的机械性能，尤其适用于生产在低温环境中工作的照明设备、电表、仪表、水表、家用电器外壳及汽车构造零件和内饰。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及聚碳酸酯/ABS合金领域，具体涉及一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯（PC）模塑品已长期且被广泛用于电气工程和电子、数据处理、照明设备、光学器件、汽车构造等领域。为增强产品的加工性能，通常会使用聚碳酸酯及丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）制成聚碳酸酯/ABS合金。现有的聚碳酸酯/ABS合金通常阻燃性能较差，安全性低，限制了其在许多领域的应用；例如在照明设备/汽车构造中的应用，聚碳酸酯/ABS合金必须满足非常苛刻的防火标准，为此只能通过加入阻燃剂来增强产品的阻燃性能。但阻燃剂的添加往往会降低产品的机械性能，当被用于低温的环境中时，这些产品容易表现存在应力易开裂、对缺口抗冲击力低、耐磨性差、流动性差等缺点，产品可靠性不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种在耐受低温且具有较好阻燃性、在低温环境下可靠性高的聚碳酸酯/ABS合金。
本发明的另一目的是提供一种可大规模推广、提高上述聚碳酸酯/ABS合金性能的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种上述聚碳酸酯/ABS合金的应用。
本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：
一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金，其原料是由如下重量份的各组分组成的混合物：
10-30份的ABS；
0.1-0.3份的抗氧剂1010；
0.1-0.3份的抗氧剂168；
0.1-0.5份的紫外线吸收剂UV-531；
0.1-0.5份的阻燃剂SN-3300；
1-9份的阻燃剂TPP；
3.5-8份的耐寒剂；
2-5份的增韧剂
55-77份的聚碳酸酯；
所述耐寒剂为日本三菱丽阳的耐寒剂METABLEN S2030；所述增韧剂为日本三菱丽阳的增韧剂METABLEN S2100。
上述原料中，聚碳酸酯应选用高粘性或中粘性的聚碳酸酯，及ABS可选用任意市售的ABS实施。
上述原料中，抗氧剂1010及抗氧剂168均为市售产品，具有增强产品抗氧化性能的作用，能够有效延缓产品的老化。
上述原料中，紫外线吸收剂UV-531采用市售产品。紫外线吸收剂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，更能有效延缓产品的老化，增长其使用寿命。
上述原料中，所述阻燃剂TPP为市售产品，具有阻燃及增塑的作用。
上述原料中，所述阻燃剂SN-3300为市售产品。阻燃剂SN-3300不但能够有效地与所述阻燃剂TPP协同作用提高产品的阻燃性能，更具有在产品燃烧时降低燃烧滴扩散的作用，提高产品的安全性能。同时，阻燃剂SN-3300与阻燃剂TPP搭配使用，能够最大限度的降低添加阻燃剂对产品机械性能的影响。
上述原料中，所述耐寒剂选用了日本三菱丽阳的耐寒剂METABLEN S2030，该耐寒剂是一种硅-丙烯酸型增韧剂，在本发明中起增强产品在低温条件下抗冲击性的作用。所述增韧剂选用的是日本三菱丽阳的增韧剂METABLEN S2100，其具有耐高温、耐低温、耐候、高抗冲击、耐水解、着色性优异等特性。特别要提到的是，所述耐寒剂METABLEN S2030以及METABLEN S2100通常被认为只在-40℃左右时才具备良好的增韧效果。但发明人发现本发明中，耐寒剂METABLEN S2030、METABLEN S2100在与本发明其他助剂的协同作用下，可使得聚碳酸酯/ABS合金在-70℃的环境中仍呈现出优异的机械性能，在同等条件下抗冲击性能、缺口抗冲击力、耐磨性能均高于同类产品，完全满足超低温环境中的应用需求。此外，本发明产品的阻燃性能达到UL94测试的V0，达到相关产品的标准。
上述一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其具体包括如下步骤：按上述的比例将聚碳酸酯、ABS、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-531、阻燃剂TPP、耐寒剂METABLEN S2030、增韧剂METABLEN S2100装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在230-310℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为本发明所需耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金材料。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为50-100分钟。
所述搅拌机的转速为650-1300转/分。
发明人在实践中总结经验后发现，提高搅拌机的转速可使各原料组分混合更充分从而获得质地均匀的效果。对于某些助剂来说，搅拌速度过慢则不易混合均匀，过高的搅拌转速容易导致其自身结构的裂解。上述搅拌机的转速是本发明发明人根据本发明各种原料组分的物性而优选的，在此范围内，既能保证原料的各组分能够混合均匀，又能有效防止原料发生裂解而失效。所述反复搅拌是指交替改变搅拌机的搅拌方向，如此便能够在不增加转速的情况下进一步促进各原料组分的混合。
温度过低容易导致熔融混炼不彻底，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，且不易因温度过高而裂解或变色而影响最终产品的外观。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。
进一步的，所述双螺旋挤出机的转速为300-500转/分。
进一步的，所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为50-70℃。
由于产品的性质不同，其冷却水温也各不一致。一般来说，升高水槽内的水温能够缩减粒料间的空隙使其不易碎裂，但过高的水温将导致粒料粘结，影响产品品质及外观。因此在本发明中，发明人根据双螺旋挤出机的转速、熔体的性质设计出上述的水槽水温范围，在该温度范围内生产出的本发明产品粒料间隙适中、不易粘结，具有良好的加工性能。
更进一步的，所述切粒机的转速为300-900转/分。
本发明发明人在实践和研究中发现，切粒机转速过高会使粒料体积过小而在后续的拉条工序中容易断裂，切粒机转速过慢时则会使粒料肥大，影响最终粒料美观的同时还会加大粒料应用中的加工难度。而每一种成分的粒料均有其适宜的粒料大小，对于本发明而言，300-900转/分的切粒机的转速能够最大程度地提升本发明产品的外观及加工性能。
对产品的各项测试表明，本发明的一种耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金具有高阻燃性能，且在-70℃的低温环境中表现出高抗冲、耐磨等良好的机械性能，尤其适用于生产在低温环境中工作的照明设备、电表、仪表、水表、家用电器外壳及汽车构造零件和内饰。
优选的，原料中耐寒剂METABLEN S2030的重量份为6份，增韧剂METABLEN S2100重量份为3份
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明的聚碳酸酯/ABS合金材料，选用了耐寒剂METABLEN S2030、增韧剂METABLEN S2100及其他助剂结合协效增强产品的性能，并对各原料组分的比例进行了优化，有效解决了现有的阻燃流动性差、在低温条件下抗冲性能及耐磨性能低、易于应力开裂及对缺口敏感等缺点。
2.本发明的聚碳酸酯/ABS合金材料阻燃性能可达V0（1/8＇＇），缺口冲击强度在23℃时可达660J/M、-70℃时可达380J/M，拉伸强度在66MPa以上，弯曲强度在110MPa以上，弯曲模数则可达2600MPa；产品的加工性能及机械性能较高，是目前制备在低温环境中工作的照明设备、电表、仪表、水表、家用电器外壳及汽车构造零件和内饰等领域的零部件最适合、最稳定的材料。
3.本发明聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，是依据各原料组分的特点对搅拌机转速、熔炼温度、水槽水温、挤出机和切粒机转速等工艺参数优化而得，保证所制得的聚碳酸酯/ABS合金产品能够实现本发明所追寻的技术效果。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合对比例及实施例对本发明作进一步详细描述，但无意于对本发明进行任何限制：
对比例
本对比例提供一种现有的聚碳酸酯/ABS合金，如下重量份的各组分组成的混合物：
12份的ABS；
0.7份的抗氧剂1010；
0.1份的抗氧剂168；
0.6份的紫外线吸收剂UV-531；
0.8份的阻燃剂SN-3300；
3份增韧剂METABLEN S2100；
77份的聚碳酸酯。
使用ASTM国际标准对本实施例所得的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金进行测试，其结果如下表所示：
| 性质 | 方法 | 单位 | 数据 |
| 比重 | ASTM D792 | — | 1.20 |
| 模收缩 | ASTM D955 | % | 0.4 |
| 拉伸强度（-70℃） | ASTM D638 | Mpa | 13 |
| 拉伸强度（23℃） | ASTM D638 | Mpa | 59 |
| 弯曲强度（-70℃） | ASTM D790 | Mpa | 25 |
| 弯曲强度（23℃） | ASTM D790 | Mpa | 109 |
| 延伸率 | ASTM D638 | % | 90 |
| 弯曲模数（-70℃） | ASTM D790 | Mpa | 525 |
| 弯曲模数（23℃） | ASTM D790 | Mpa | 2200 |
| 缺口冲击强度(1/8")（-70℃） | ASTM D256 | J/M | 53 |
| 缺口冲击强度(1/8")（23℃） | ASTM D256 | J/M | 610 |
| 热变形温度 | ASTM D648 | ℃ | 90 |
| 耐燃性 | UL94 | (1/8") | V0 |
| 干燥温度 | — | ℃ | 85 |
| 干燥时间 | — | HR | 4 |
| 熔融温度 | — | ℃ | 220-260 |
| 建议模温 | — | ℃ | 50 |
实施例1
本实施例提供一种用于制造寒带地区市政路灯外壳的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金。上述聚碳酸酯/ABS合金由由如下重量份的各组分组成的混合物：
12份的ABS；
0.2份的抗氧剂1010；
0.2份的抗氧剂168；
0.3份的紫外线吸收剂UV-531；
0.2份的阻燃剂SN-3300；
8份的阻燃剂TPP；
6份的耐寒剂；
3份增韧剂；
73.1份的聚碳酸酯；
所述耐寒剂为日本三菱丽阳的耐寒剂METABLEN S2030，所述增韧剂选用日本三菱丽阳的增韧剂METABLEN S2100。
上述聚碳酸酯、ABS、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-531、阻燃剂SN-3300、阻燃剂TPP均采用市售产品。为增强产品性能，各原料组分纯度都应尽可能高。
上述一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其具体包括如下步骤：按上述的比例将聚碳酸酯、ABS、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-531、阻燃剂TPP、耐寒剂METABLEN S2030、增韧剂METABLEN S2100装入搅拌机以850转/分反复搅拌混合均匀送入双螺杆挤出机中，在250℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机以450转/分的转速挤出并经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为本实施例所需耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金。
上述反复搅拌是指以顺时针、逆时针交替地反复搅拌原料3次，每次搅拌时间为60分钟。
上述水槽中的水温为60℃。
上述切粒机转速为550转/分。
使用ASTM国际标准对本实施例所得的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金进行测试，其结果如表1所示：
表1 实施例1的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金的性能测试结果
由上表可见，本实施例所提供的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金不但具有良好的阻燃性能，在-70℃的超低温条件下也表现出优异的抗冲击强度。用该种合金材料制备寒带地区的市政路灯外壳，阻燃效果达到V0，不但满足防火的相关标准，更具有使用寿命长、不易老化等优点。
实施例2
本实施例提供一种用于制造寒带地区的汽车零部件的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金。上述聚碳酸酯/ABS合金由由如下重量份的各组分组成的混合物：
10份的ABS；
0.1份的抗氧剂1010；
0.3份的抗氧剂168；
0.1份的紫外线吸收剂UV-531；
0.5份的阻燃剂SN-3300；
1份的阻燃剂TPP；
8份的耐寒剂；
5份的增韧剂；
60份的聚碳酸酯；
所述耐寒剂为日本三菱丽阳的耐寒剂METABLEN S2030，所述增韧剂选用日本三菱丽阳的增韧剂METABLEN S2100。
上述聚碳酸酯、ABS、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-531、阻燃剂SN-3300、阻燃剂TPP均采用市售产品。为增强产品性能，各原料组分纯度都应尽可能高。
上述一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其具体包括如下步骤：按上述的比例将聚碳酸酯、ABS、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-531、阻燃剂TPP、耐寒剂METABLEN S2030、METABLEN S2100装入搅拌机以650转/分反复搅拌混合均匀送入双螺杆挤出机中，在220℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机以500转/分的转速挤出并经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为本实施例所需耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金。
上述反复搅拌是指以顺时针、逆时针交替地反复搅拌原料3次，每次搅拌时间为50分钟。
上述水槽中的水温为50℃。
上述切粒机转速为900转/分。
使用ASTM国际标准对本实施例所得的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金进行测试，其结果如表2所示：
表2 实施例2的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金的性能测试结果
由上表可见，本实施例所提供的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金不但具有良好的阻燃性能，在-70℃的超低温条件下也表现出优异的抗冲击强度。用该种合金材料制备寒带地区的汽车零部件，阻燃效果达到V0，不但满足防火的相关标准，更具有使用寿命长、不易老化等优点。
实施例3
本实施例提供一种用于制造寒带地区的汽车内饰的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金。上述聚碳酸酯/ABS合金由由如下重量份的各组分组成的混合物为原料制成：
30份的ABS；
0.3份的抗氧剂1010；
0.1份的抗氧剂168；
0.5份的紫外线吸收剂UV-531；
0.1份的阻燃剂SN-3300；
9份的阻燃剂TPP；
3.5份的耐寒剂；
2份的增韧剂；
79份的聚碳酸酯；
所述耐寒剂为日本三菱丽阳的耐寒剂METABLEN S2030，所述增韧剂选用日本三菱丽阳的增韧剂METABLEN S2100。
上述聚碳酸酯、ABS、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-531、阻燃剂SN-3300、阻燃剂TPP、增韧剂METABLEN S2100均采用市售产品。为增强产品性能，各原料组分纯度都应尽可能高。
上述一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其具体包括如下步骤：按上述的比例将聚碳酸酯、ABS、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-531、阻燃剂TPP、耐寒剂METABLEN S2030、增韧剂METABLEN S2100装入搅拌机以1300转/分反复搅拌混合均匀送入双螺杆挤出机中，在260℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机以300转/分的转速挤出并经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为本实施例所需耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金。
上述反复搅拌是指以顺时针、逆时针交替地反复搅拌原料3次，每次搅拌时间为100分钟。
上述水槽中的水温为70℃。
上述切粒机转速为300转/分。
使用ASTM国际标准对本实施例所得的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金进行测试，其结果如表3所示：
表3 实施例3的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金的性能测试结果
由上表可见，本实施例所提供的耐低温高抗冲阻燃聚碳酸酯/ABS合金不但具有良好的阻燃性能，在-70℃的超低温条件下也表现出优异的抗冲击强度。用该种合金材料制备寒带地区的汽车内饰，阻燃效果达到V0，不但满足防火的相关标准，更具有使用寿命长、不易老化等优点。
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和改进、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 (9)
1.一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金，其原料是由如下重量份的各组分组成的混合物：
10-30份的ABS；
0.1-0.3份的抗氧剂1010；
0.1-0.3份的抗氧剂168；
0.1-0.5份的紫外线吸收剂UV-531；
0.1-0.5份的阻燃剂SN-3300；
1-9份的阻燃剂TPP；
3.5-8份的耐寒剂；
2-5份的增韧剂；
55-77份的聚碳酸酯；
所述耐寒剂为日本三菱丽阳的耐寒剂METABLEN S2030；所述增韧剂为日本三菱丽阳的增韧剂METABLEN S2100。
2.根据权利要求1所述的耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金，其特征在于：原料中耐寒剂METABLEN S2030的重量份为6份，增韧剂METABLEN S2100重量份为3份。
3.一种权利要求1所述一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将聚碳酸酯、ABS、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-531、阻燃剂SN-3300、阻燃剂TPP、耐寒剂METABLEN S2030、增韧剂METABLEN S2100装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在220-260℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金。
4.根据权利要求3所述的一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其特征在于：所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为50-100分钟。
5.根据权利要求3所述的一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其特征在于：所述搅拌机的转速为650-1300转/分。
6.根据权利要求3所述的一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其特征在于：所述双螺旋挤出机的转速为300-500转/分。
7.根据权利要求3所述的一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其特征在于：所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为50-70℃。
8.根据权利要求3所述的种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金的制备方法，其特征在于：所述切粒机的转速为300-900转/分。
9.权利要求1所述的一种耐低温高抗冲阻燃的聚碳酸酯/ABS合金在照明设备、仪表、家用电器外壳及汽车构造零件和内饰制造中的应用。
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