CN103740082A - 一种ul94-5va级的高性能阻燃增强pc/abs共混材料及其制备方法 - Google Patents

一种ul94-5va级的高性能阻燃增强pc/abs共混材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料及其制备方法，其包括按照重量百分比计的以下原料：PC50～80%，ABS10～30%，阻燃剂5～10%，碳纤维5～20%。这种共混材料，具有高强度、高耐热、高阻燃性及低燃烧发烟量等多重特性。所得的阻燃增强PC/ABS共混材料不仅能满足基本的UL94V-0要求，更能在较低的样件2.0mm厚度下达到了UL94-5VA的各项指标，样件在火焰的多次作用下无扭曲、无穿孔，保持了较完整的外观形状，这一特性对汽车、工程机械、家电产品中关键性电子部件的火灾防护、降低损失有着重要的应用。

Description

一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强聚碳酸酯（PC）/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）共混材料及其制备方法。
背景技术
PC/ABS共混材料因具备较好的相间相容性，能将材料中各组分的特性充分发挥出来，其中PC赋予复合材料优良的耐热性、抗冲击性及耐化学性能，而ABS能明显降低材料的熔体黏度，使复合材料具备良好的加工流动性，因而在汽车内外饰、工程机械、通讯器材、家电用品及照明设备等多个领域得以广泛应用。
阻燃PC/ABS材料是为了应对日益严峻的防火形势而做针对性改进的新材料，通常是加入特定的阻燃剂复配体系，使PC/ABS材料的阻燃性能通过相关的燃烧测试标准，而UL94无疑是测试设备、电器用塑料件的可燃性最常用的标准之一。常规的阻燃PC/ABS材料大多都能满足UL94-V0的规范要求，如CN103073864提供一种无卤阻燃聚碳酸酯组合物，具备UL94-V0的阻燃等级、低烟、无卤等特点，CN101759977提供的玻纤增强阻燃PC组合物，玻璃纤维增强体的加入有助于其刚性提高，但阻燃等级却难以进一步提高至UL94-5V级别，尤其是UL94-5VA级，其要求测试样品与火焰的接触面在要求多次施焰后必须无穿孔现象，这对耐热性相对较低的聚合物来说是很难达到的。碳纤维材料作为一种轻质、高强的增强体，其同样具备优良的耐热性能，其力学性能甚至能在1500℃的高温下保持不变，将碳纤维加入到阻燃PC/ABS合金材料中，可明显改善其在火焰中的抗扭曲、抗形变能力，从而将PC/ABS材料的阻燃等级进一步提高，但相关的研究却一直少见报道。
发明内容
本发明提供了一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料及其制备方法，通过加入高强度、高耐热性的碳纤维增强体，在提高PC/ABS材料基本力学性能的同时，大幅度提升了共混材料在测试火焰中的外形保持能力，使其满足了UL94-5VA(2.0mm)阻燃等级的规范要求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料，其包括按照重量百分比计的以下原料：
Figure BDA0000449101710000021
所述的聚碳酸酯PC为分子量20000～30000的双酚A型树脂，可由多个商业来源获得。
所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS为连续本体法和乳液橡胶接枝-本体SAN掺混法合成的树脂，可由多个商业来源获得。
所述的阻燃剂是十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、溴化环氧、溴化苯乙烯，以及由碳源、酸源和气源复配而成的无卤膨胀型阻燃剂IFR中的一种，可由多个商业来源获得。为无卤膨胀型阻燃剂IFR时，所述的碳源选自季戊四醇和淀粉中的一种或两种混合物；所述的酸源选自磷酸和聚磷酸铵APP中的一种或两种；所述的气源选自尿素、双氰胺及其衍生物中的一种或几种。
所述的碳纤维是长度在4～12mm的短碳纤维切片，其堆积密度为350～600g/L，可由多个商业来源获得。
所述的共混材料中还可包括润滑剂、抗氧剂、抗紫外剂、填料等功能性助剂。
一种UL94-5VA级高性能的阻燃增强PC/ABS共混材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量百分比称取原料，将碳纤维以外的其他组分混合均匀，得到混合原料；
（2）将干燥后的混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到螺杆直径35mm，长径比L/D=36的挤出机主机筒内，将碳纤维置于双螺杆挤出机的侧喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，主机筒各分段的控制温度，从加料口到机头出口依次为：215℃、220℃、225℃、230℃、230℃、230℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
通过本发明的技术方案得到的阻燃增强PC/ABS共混材料，具有高强度、高耐热、高阻燃性及低燃烧发烟量等多重特性，其中，所用无卤阻燃剂在燃烧后发烟少，能在样件的表面形成隔热、隔氧的致密碳层，而碳纤维加入能有效加强碳层以下的基体树脂耐热性，使其在测试火焰的作用下不至于发生明显的扭曲、变形，从而保证了样件外表面碳层的完整性，所得的阻燃增强PC/ABS共混材料不仅能满足基本的UL94V-0要求，更能在较低的样件厚度下（2.0mm）达到了UL94-5VA的各项指标，样件在火焰的多次作用下无扭曲、无穿孔，保持了较完整的外观形状，这一特性对汽车、工程机械、家电产品中关键性电子部件的火灾防护、降低损失有着重要的应用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但所述实施例仅用于说明本发明而不是对本发明的限制。
本发明实施例所用原料：
PC：分子量为24000～27000的双酚A树脂型树脂，韩国三星石化公司。
ABS：连续本体法合成树脂，中石化上海高桥分公司。
阻燃剂-1：十溴二苯乙烷，市售。
阻燃剂-2：溴化环氧树脂，市售。
阻燃剂-3：无卤膨胀型阻燃剂IFR，市售。
碳纤维：短切长度为6mm的碳纤维切片，堆积密度：420g/L，市售。
产品性能测试方法：
拉伸性能测试：按ISO527-2标准测试，测试速率为50mm/min。
弯曲性能测试：按ISO178标准测试，测试速率为2mm/min。
热变形温度测试：按ISO75-2标准测试，测试条件为1.8MPa，120℃/小时
垂直燃烧等级：按UL94V垂直燃烧标准测试，1.6毫米厚度的试样。
实施例1～3及对比例1～3
按照表1中对应的实施例1～4及对比例1～3的百分比例称取各组分，将碳纤维置于双螺杆挤出机的侧喂料仓，其余组分混合均匀后投入到双螺杆挤出的主喂料仓，螺杆直径35毫米，长径比L/D=36，主机转速400转/分钟，主机筒各段控制温度（从加料口到机头出口）为215℃、220℃、225℃、230℃、230℃、230℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。用注塑机制备标准测试样条进行拉伸、弯曲、热变形、阻燃等性能。
表1
Figure BDA0000449101710000041
由表1可见，常规的PC/ABS共混材料用阻燃体系，无论是卤系还是无卤系（对比例1～3），其加入后均能使共混材料的阻燃性能达到UL94V-0(1.6mm)的等级，但却很难再有所提高。碳纤维的加入有助于提高阻燃PC/ABS的耐火焰变形性能，对比实施例1～3可以发现，其中实施例3代表的无卤膨胀型阻燃体系与碳纤维的搭配效果最好，不仅具有最高的拉伸、弯曲性能指标，且两者搭配使用后，PC/ABS共混材料的阻燃等级可顺利提高至UL94所有等级中最高的5VA（2.0mm）级。
实施例5～8及对比例4
按照表2中对应的实施例5～8及对比例4的百分比例称取各组分，将碳纤维置于双螺杆挤出机的侧喂料仓，其余组分混合均匀后投入到双螺杆挤出的主喂料仓，螺杆直径35毫米，长径比L/D=36，主机转速400转/分钟，主机筒各段控制温度（从加料口到机头出口）为215℃、220℃、225℃、230℃、230℃、230℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。用注塑机制备标准测试样条进行拉伸、弯曲、热变形、阻燃等性能。
表2
Figure BDA0000449101710000051
Figure BDA0000449101710000061
由表2可知，碳纤维的含量对所得阻燃增强PC/ABS共混材料的阻燃等级有着直接的影响，当含量较低（2%、4%）时，共混材料仅能满足UL94-5VB的等级要求，从测试结果来看材料与火焰的接触部位有穿孔现象发生，而将碳纤维含量提升至较高水平（8%、15%）时，增强体对基体树脂的支撑力度被加强，一旦材料接触火焰后，其无卤膨胀所形成的表面碳层不容易发生扭曲、变形，而会保持一个相对较完整的外观形状，有效防止了火焰对共混材料的进一步损伤，从而满足了UL94-5VA（2.0mm）的相关要求。此外，碳纤维的加入，还可以明显加强PC/ABS共混材料的基本性能如拉伸强度、弯曲强度及模量、热变形温度等。
通过本发明得到的模塑制品，可广泛应用于汽车、工程机械、基建、电子电器等行业的内部及外部零件，其所得的壳体材料具有优异的高强、耐火特性。

Claims (8)

1.一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：其包括按照重量百分比计的以下原料：
Figure FDA0000449101700000011
2.根据权利要求1所述的一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的聚碳酸酯PC为分子量20000～30000的双酚A型树脂。
3.根据权利要求1所述的一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的ABS为连续本体法和乳液橡胶接枝-本体SAN掺混法合成的树脂。
4.根据权利要求1所述的一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的阻燃剂是十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、溴化环氧、溴化苯乙烯，以及由碳源、酸源和气源复配而成的无卤膨胀型阻燃剂IFR中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的阻燃剂为无卤膨胀型阻燃剂IFR时，所述的碳源选自季戊四醇和淀粉中的一种或两种混合物；所述的酸源选自磷酸和聚磷酸铵APP中的一种或两种；所述的气源选自尿素、双氰胺及其衍生物中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的碳纤维是长度在4～12mm的短碳纤维切片，其堆积密度为350～600g/L。
7.根据权利要求1所述的一种UL94-5VA级的高性能阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：还包括润滑剂、抗氧剂、抗紫外剂或填料。
8.一种制备UL94-5VA级高性能的阻燃增强PC/ABS共混材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按上述重量百分比称取原料，将碳纤维以外的其他组分混合均匀，得到混合原料；
（2）将干燥后的混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到螺杆直径35mm，长径比L/D=36的挤出机主机筒内，将碳纤维置于双螺杆挤出机的侧喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，主机筒各分段的控制温度，从加料口到机头出口依次为：215℃、220℃、225℃、230℃、230℃、230℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
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