CN103756276A - 一种高环保性的阻燃增强pc/abs共混材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高环保性的阻燃增强PC/ABS共混材料及其制备方法，包括以下重量百分比计的原料：PC50～80%，ABS10～30%，阻燃剂5～15%，碳纤维3～15%。所述的碳纤维为表面活化处理后的碳纤维。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、高阻燃性及高环保性能等多重优势。表面活化的碳纤维的加入，不仅能增强共混材料的拉伸、弯曲性能，更能利用其表面存在的大量微孔，有效吸附阻燃PC/ABS中的各种有机挥发物组分，提高材料的气味、总碳挥发物(TVOC)等多个环保指标，且更重要的是，这种环保性能的提升并不是以牺牲材料的阻燃性能为代价，相反共混材料的阻燃性能表现也有所提升，其离火后燃烧时间更短，自熄性更好。

Description

一种高环保性的阻燃增强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，具体涉及一种高环保性的阻燃增强聚碳酸酯（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共混材料一方面具备PC材料的较高力学性能、抗冲击性能、优良的耐热性及耐化学性能，同时ABS的加入能弥补PC因过高的熔体黏度而导致的加工问题，使材料的加工流动性大为改善，两者之间具有良好的相容性，因而在汽车内外饰、电动工具、家用电器及照明设备等领域有着广泛的使用。
随着现代汽车工业的不断发展，汽车已经成为日常生活所不可或缺的重要工具。随着在车内停留时间的延长，车内空气质量问题逐渐被重视起来。对于汽车内饰件用阻燃PC/ABS来说，卤系阻燃剂因其燃烧后高毒性、重发烟而逐渐被无卤系阻燃剂所取代，这其中磷-氮系膨胀型无卤阻燃剂IFR一直是无卤阻燃研究热点之一。CN1435445所提供的一种无卤阻燃聚碳酸酯共混材料，其阻燃剂为磷酸酯与含氮化合物复配而成，CN101045812所述的无卤阻燃聚碳酸酯/苯乙烯基树脂也是以磷酸酯类化合物为阻燃剂，其燃烧后表现确实明显优于传统的卤系阻燃剂。
但是与卤系阻燃剂相对简单的组分及合成工艺不同的是，磷-氮系膨胀型无卤阻燃剂IFR往往会涉及到多个有机化合物的合成及搭配使用，这必然会对阻燃材料的一些环保指标如气味、总碳(TVOC)带来负面影响，尤其是用作汽车内饰件时，而相关的情况在当前的无卤阻燃研究中却未能引起关注。碳纤维作为碳系材料的一种，不仅具有增强体的特征，同样具备其他碳系材料如活性炭所特有的小分子物质吸附性能，将其与无卤膨胀型阻燃剂IFR搭配使用，可明显改善共混材料的环保性能。
发明内容
本发明提供了一种高环保性的阻燃增强聚碳酸酯（PC）/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）共混材料，通过引入活化处理后的碳纤维，利用纤维表面的大量微孔来有效吸附无卤阻燃剂的小分子挥发物质，从而改善PC/ABS共混材料的气味、总碳TVOC等环保性能，同时也能提升共混材料的刚性、耐热性等，从而获得综合性能优异的PC/ABS共混材料，特别适用于汽车内饰件的制造之中。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种高环保性的阻燃增强PC/ABS共混材料，包括以下重量百分比计的原料：
Figure BDA0000449101410000021
所述的碳纤维为表面活化处理后的碳纤维。
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。
所述的阻燃剂是由碳源、酸源和气源复配而成的无卤膨胀型阻燃剂IFR，可由多个商业来源获得。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。
所述的碳纤维的表面活化处理包括以下步骤：将碳纤维浸泡于0.1～1mol/L的NaOH溶液中12～24小时，取出过滤后放入600～800℃的马弗炉中，于有氧条件下灼烧30～60分钟，冷却后用去离子水反复冲洗，烘干后即得表面活化处理后的碳纤维，其中所述碳纤维为长度为6～12mm的短碳纤维切片，堆积密度为380～520g/L。
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。
一种高环保性的阻燃增强PC/ABS共混材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）按上述重量百分比称取原料，混合均匀后得到混合原料；
（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，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400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、高阻燃性及高环保性能等多重优势。表面活化的碳纤维的加入，不仅能增强共混材料的拉伸、弯曲性能，更能利用其表面存在的大量微孔，有效吸附阻燃PC/ABS中的各种有机挥发物组分，提高材料的气味、总碳挥发物(TVOC)等多个环保指标，且更重要的是，这种环保性能的提升并不是以牺牲材料的阻燃性能为代价，相反共混材料的阻燃性能表现也有所提升，其离火后燃烧时间更短，自熄性更好。
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：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。
垂直燃烧等级：按UL94V垂直燃烧标准测试，1.6毫米及0.8毫米厚度的试样。
气味测试：按VDA270:1992标准测试，测试条件为80℃、2小时。
总碳挥发物测试：按VDA277:1995标准用GC-MS进行测试，测试值≤50ugC/g为合格。
实施例1
将3g碳纤维浸泡于1mol/L的NaOH溶液中24小时，取出过滤后放入马弗炉中，于600℃、有氧条件下灼烧30分钟，冷却后用去离子水反复冲洗，烘干后即得表面活化处理后的碳纤维。
称取PC树脂57g、ABS树脂30g、阻燃剂10g，与3g碳纤维一并投入高速搅拌机中混合均匀。将得到的混合原料投入到双螺杆挤出的主喂料仓，经喂料螺杆投入到主机筒中，挤出机螺杆直径为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℃，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。用注塑机制备标准测试样条进行拉伸、弯曲、阻燃、气味、总碳等性能，测试结果见表1。
实施例2
将6g碳纤维浸泡于1mol/L的NaOH溶液中24小时，取出过滤后放入马弗炉中，于600℃、有氧条件下灼烧30分钟，冷却后用去离子水反复冲洗，烘干后即得表面活化处理后的碳纤维。
称取PC树脂57g、ABS树脂27g、阻燃剂10g，与6g碳纤维一并投入高速搅拌机中混合均匀。将得到的混合原料投入到双螺杆挤出的主喂料仓，经喂料螺杆投入到主机筒中，挤出机螺杆直径为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℃，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。用注塑机制备标准测试样条进行拉伸、弯曲、阻燃、气味、总碳等性能，测试结果见表1。
实施例3
将8g碳纤维浸泡于1mol/L的NaOH溶液中24小时，取出过滤后放入马弗炉中，于800℃、有氧条件下灼烧30分钟，冷却后用去离子水反复冲洗，烘干后即得表面活化处理后的碳纤维。
称取PC树脂57g、ABS树脂25g、阻燃剂10g，与8g碳纤维一并投入高速搅拌机中混合均匀。将得到的混合原料投入到双螺杆挤出的主喂料仓，经喂料螺杆投入到主机筒中，挤出机螺杆直径为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℃，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。用注塑机制备标准测试样条进行拉伸、弯曲、阻燃、气味、总碳等性能，测试结果见表1。
实施例4
将12g碳纤维浸泡于1mol/L的NaOH溶液中24小时，取出过滤后放入马弗炉中，于800℃、有氧条件下灼烧60分钟，冷却后用去离子水反复冲洗，烘干后即得表面活化处理后的碳纤维。
称取PC树脂57g、ABS树脂21g、阻燃剂10g，与12g碳纤维一并投入高速搅拌机中混合均匀。将得到的混合原料投入到双螺杆挤出的主喂料仓，经喂料螺杆投入到主机筒中，挤出机螺杆直径为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℃，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。用注塑机制备标准测试样条进行拉伸、弯曲、阻燃、气味、总碳等性能，测试结果见表1。
对比例1
称取PC树脂60g、ABS树脂30g、阻燃剂10g，投入高速搅拌机中混合均匀。将得到的混合原料投入到双螺杆挤出的主喂料仓，经喂料螺杆投入到主机筒中，挤出机螺杆直径为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℃，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。用注塑机制备标准测试样条进行拉伸、弯曲、阻燃、气味、总碳等性能，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0000449101410000051
Figure BDA0000449101410000061
从表1中的测试结果来看，碳纤维经过表面处理后，其增强效果有所减弱，其少量加入（3～6%）时共混材料的拉伸、弯曲性能的提高幅度并不大，阻燃性能与对比例相比也没有明显区别，而随着表面处理的温度提升至800℃，时间延长至60分钟，共混材料的环保性有所改善，其气味等级可由对比例1的4.5提升至3.5，总碳挥发物有着近30%的降低幅度，这表明在更高的处理温度有利于碳纤维表面微孔的生成，而数量更多、孔径更大的微孔分布状况对共混材料中的有机挥发物组分有更好的吸附效果。
本发明所提供的技术方案是针对现有的无卤膨胀型阻燃PC/ABS共混材料的环保性能尤其是气味散发性能的一种有效解决途径，其在材料刚性、耐热性、阻燃性、环保性等多方面有共同提高的改性效果，可广泛应用于汽车、家用电器、建筑材料等多个领域。

Claims (8)

1.一种高环保性的阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：包括以下重量百分比计的原料：
所述的碳纤维为表面活化处理后的碳纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高环保性的阻燃增强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所述的一种高环保性的阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：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。
4.根据权利要求1所述的一种高环保性的阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的阻燃剂是由碳源、酸源和气源复配而成的无卤膨胀型阻燃剂IFR。
5.根据权利要求4所述的一种高环保性的阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：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所述的一种高环保性的阻燃增强PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的碳纤维的表面活化处理包括以下步骤：将碳纤维浸泡于0.1～1mol/L的NaOH溶液中12～24小时，取出过滤后放入600～800℃的马弗炉中，于有氧条件下灼烧30～60分钟，冷却后用去离子水反复冲洗，烘干后即得表面活化处理后的碳纤维，其中所述碳纤维为长度为6～12mm的短碳纤维切片，堆积密度为380～520g/L。
7.根据权利要求1所述的一种高环保性的阻燃增强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。
8.一种制备高环保性的阻燃增强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，混合均匀后得到混合原料；
（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，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400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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