CN104086974B - 阻燃聚苯醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃聚苯醚复合材料及其制备方法和一种汽车刹车片。该阻燃聚苯醚复合材料包括如下重量份的组分：聚苯醚35.5‑89.5份、合成树脂8‑32份、润滑剂0.1‑3.2份、耐磨改性剂1‑24份、热稳定剂0.1‑3.5份、石墨0.5‑5.8份、相容剂0.1‑5.9份、活性炭0.3‑5.5份、阻燃剂2‑4份；其中，阻燃剂为有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的混合物，且所述有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为3：(4‑8)。上述阻燃聚苯醚复合材料具有优异自润滑性和耐磨性以及其他机械性能的同时具有良好的阻燃性，因此，提高了其安全性能。

Description

阻燃聚苯醚复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种阻燃聚苯醚复合材料的制备方法。

背景技术

聚苯醚是本世纪60年代发展起来的高强度工程塑料，简称PPO，市场上通用的主要为改性的聚苯醚，简称MPPO，或者MPPE，可大大改善加工性能，改进耐应力开裂性和冲击性能，降低成本，只是耐热性和光泽略有降低。PPO和MPPO可以采用注塑、挤出、吹塑、模压、发泡和电镀、真空镀膜、印刷机加工等各种加工方法，因熔体粘度大，加工温度较高。PPO和MPPO主要用于电子电器、汽车、家用电器、办公室设备和工业机械等方面，利用MPPO耐热性、耐冲击性、尺寸稳定性、耐擦伤、耐剥落、可涂性和电气性能，用于做汽车仪表板、散热器格子、扬声器格栅、控制台、保险盒、继电器箱、连接器、轮罩；电子电器工业上广泛用于制造连接器、线圈绕线轴、开关继电器、调谐设备、大型电子显示器、可变电容器、蓄电池配件、话筒等零部件。家用电器上用于电视机、摄影机、录像带、录音机、空调机、加温器、电饭煲等零部件。

目前公开了一种复合聚苯醚材料，通过添加石墨该聚苯醚复合材料的自润滑性和耐磨性。但是在实际使用中，该材料不具备阻燃性能，因此，该材料安全性不高。目前也有公开了具有阻燃性的聚苯醚复合材料，但是针对自润滑性和耐磨性改善的基础上提高聚苯醚复合材料的阻燃性能时，又导致了其机械性能以及耐磨性的降低。因此，如何在改善聚苯醚复合材料自润滑性和耐磨性以及其他机械性能的基础上，赋予聚苯醚复合材料良好的阻燃性是需要克服的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种阻燃聚苯醚复合材料的制备方法，以解决现有汽车刹车片热传递和耐热性差，材料不稳定导刹车片致摩擦系数不稳定的技术问题。

本发明另一目的在于提供一种材料稳定、摩擦系数稳定的汽车刹车片。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种阻燃聚苯醚复合材料，按重量份计，包括如下组分：

其中，阻燃剂为有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的混合物，且所述有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为3：(4-8)。

以及，一种阻燃聚苯醚复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述的阻燃聚苯醚复合材料分别称取各组分；

将称取的除所述石墨、活性炭之外的组分进行混料处理，得到第一混合物料；

将所述石墨、活性炭进行混料处理，得到第二混合物料；

将第一混合物料从主料口加入，第二混合物从侧料口加入进行熔融混料、挤出。

与现有技术相比，上述阻燃聚苯醚复合材料通过选用阻燃剂的种类和控制其用量，使得该阻燃剂与其他组分共同作用，使得该阻燃聚苯醚复合材料具有优异自润滑性和耐磨性以及其他机械性能的同时具有良好的阻燃性，因此，提高了其安全性能。

上述阻燃聚苯醚复合材料的制备方法采用侧进料的方式，使得各组分在熔融状态下能够均匀混合，且在挤出过程中，各组分分子间发生作用和反应，在冷却后形成特定分子结构的阻燃聚苯醚复合材料，使其具有优异的自润滑性和耐磨性以及阻燃性能。另外，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低的特点，适于工业化生产。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种即具有自润滑性和耐磨性又具有良好的阻燃性能的阻燃聚苯醚复合材料。按重量份计，该阻燃聚苯醚复合材料包括如下组分：

其中，聚苯醚和合成树脂在阻燃聚苯醚复合材料中作为基体材料。其中，聚苯醚可以选用常规的橡胶；合成树脂优选为热固性树脂有酚醛树脂和脲醛树脂，环氧树脂，氟树脂，不饱和聚酯和聚氨酯等。

在一具体实施例中，该聚苯醚含量可以是35.5份、38份、40份、44份、46份、50份、54份、58份、62份、68份、72份、76份、82份、85份、89.5份等重量份。

在另一具体实施例中，合成树脂含量可以是8份、10份、15份、18份、20份、25份、25份、28份、30份、32份等重量份。

润滑剂含量可以是0.1份、0.3份、0.5份、0.8份、1.0份、1.2份、1.5份、1.8份、2.0份、2.5份、2.8份、3.0份、3.2份等重量份。该润滑剂可以选用本领域常规的树脂用的润滑剂。

耐磨改性剂作用是提高阻燃聚苯醚复合材料的耐磨性，因此，其也可以选用常规用于树脂的耐磨改性剂。在一实施例中，该耐磨改性剂含量可以是1份、4份、6份、8份、10份、15份、18份、20份、22份、24份等重量份。

热稳定剂作用是提高阻燃聚苯醚复合材料的耐热性能，因此，其也可以选用常规用于树脂的热稳定剂。在一实施例中，该热稳定剂含量可以是0.1份、0.3份、0.5份、0.8份、1.0份、1.2份、1.5份、1.8份、2.0份、2.5份、2.8份、3.0份、3.2份、3.5份等重量份。

活性炭含量可以是0.3份、0.5份、0.8份、1.0份、1.2份、1.5份、1.8份、2.0份、2.5份、2.8份、3.0份、3.2份、3.5份、4.0份、4.5份、5.0份、5.5份等重量份。

相容剂能有效提高阻燃剂、石墨、活性炭等组分与基体材料在熔融挤出过程中互相作用，从而提高上述阻燃聚苯醚复合材料自润滑性和耐磨性以及阻燃性。为了使得该相容剂组分的作用更加优异，在优选实施例中，该相容剂选自反应型相容剂。在具体实施例中，该相容剂选用苯乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物。

在一实施例中，该相容剂含量可以是0.1份、0.3份、0.5份、0.8份、1.0份、1.2份、1.5份、1.8份、2.0份、2.5份、2.8份、3.0份、3.2份、3.5份、4.0份、4.5份、5.0份、5.5份、5.9份等重量份。

阻燃剂的选用对上述阻燃聚苯醚复合材料是否同时自润滑性和耐磨性以及阻燃性起到决定性的作用。为了保证阻燃聚苯醚复合材料自润滑性和耐磨性不受不利影响甚至有所提高的基础上，使其具备阻燃性能，已达到提高其安全性能的目的。因此，上述阻燃剂为有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的混合物，且所述有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为3：(4-8)。

为了进一步发挥该阻燃剂的该作用，在优选实施例中，有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为3：(5-6)。在进一步优选实施例中，有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为3：6。

在另一优选实施例中，该有机磷系阻燃剂选自9,10-二氢-9-氧杂-10磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、醇烷基芳基磷酸酯8、聚苯基磷酸二苯酯(PSPPP)、聚苯基磷酸二苯偶氮酯(PAPPP)、聚苯基磷酸(9,10-二氢9-氧杂-10膦酰杂菲苯撑酯(PDPPP)中的至少一种。

在又一优选实施例中，该氮系阻燃剂选自氰尿酸三聚氰胺盐(MCA)、三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯、氰尿酸、氰尿酸衍生物中的至少一种。其中，该氰尿酸衍生物可以是三甲基(异)氰尿酸酯、三乙基(异)氰尿酸酯、三(n-丙基)(异)氰尿酸酯、三(2,3-环氧丙基)(异)氰尿酸酯等。

在一实施例中，该阻燃剂含量可以是2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份、2.5份、2.6份、2.7份、2.8份、3.0份、3.2份、3.5份、3.7份、3.8份、4.0份等重量份。

上述阻燃聚苯醚复合材料具有优异自润滑性和耐磨性以及其他机械性能的同时具有良好的阻燃性，因此，其安全性能明显提高，另外，通过对各组分的选用和用量控制，能进一步提高其目标性能，使其润滑性、耐磨性、阻燃性更优。

相应地，本发明实施例还提供了上述阻燃聚苯醚复合材料的制备方法。该方法包括如下步骤：

S01.按照上述的阻燃聚苯醚复合材料分别称取各组分；

S02.将步骤S01中称取的除所述石墨、活性炭之外的组分进行混料处理，得到第一混合物料；

S03.将步骤S01中称取的所述石墨、活性炭进行混料处理，得到第二混合物料；

S04.将步骤S02中得到的第一混合物料从主料口加入，步骤S03中得到的第二混合物从侧料口加入进行熔融混料、挤出。

具体地，上述步骤S01中的阻燃聚苯醚复合材料以及其各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02、S03中的混料处理没有特别要求，只要使得各组分混合均匀即可。且S02、S03不分先后。

上述步骤S04熔融混料、挤出的设备可以是具有侧料口的双螺杆挤出机。为了使得该阻燃聚苯醚复合材料的各组分在熔融混合、挤出过程中分散更加均匀，各组分之间作用效果更好，在优选实施例中，该熔融混料、挤出的工艺温度为：220-230℃→235-240℃→235-240℃→235-240℃→240-250℃→245-250℃→240-245℃→235-240℃。

上述阻燃聚苯醚复合材料的制备方法只需将各组分按照要求进行熔融混料挤出处理即可，其制备方法能使得各组分分散均匀并发生协同作用，使其制备的阻燃聚苯醚复合材料具有上述的优异性能。另外，其制备方法工艺简单。

当然，上述阻燃聚苯醚复合材料也可以用以下方法制备获得：

先将聚苯醚、合成树脂制成60％的水溶液，并在常压和30℃的温度下，为了使得用聚苯醚制得的塑料具备一定的自润滑性能、耐磨性能，应当将一定比例的润滑剂、耐磨改性剂、抗氧化剂、热稳定剂、石墨、相容剂、阻燃剂，待这些试剂充分混合后，在另一器皿中搅拌，搅拌10分钟后，可以得到其他试剂的混合溶液，然后在温度为65℃的温度下烘干，确保粒子和粉末基本均匀，没有明显团块或集聚，然后冷却，用活性炭净化、过滤，此时得到30％的盐溶液，将30％的盐溶液与60％的聚苯醚的合成树脂溶液的混合溶液于105℃下反应制备聚苯醚、合成树脂粉体后，得到生料，生料放入壁厚均匀一致、脱模斜度成55°，模塑制品表面上采用活性能量射线照射固化作为保护层的模具里，加热加压，高温煅烧脱水，再冷却得到自润滑耐磨聚苯醚塑料。

现以阻燃聚苯醚复合材料及其制备方法为例，对本发明进行进一步详细说明。其中，阻燃剂、相容剂所选用的种类如上文所述的种类。

实施例1

一种阻燃聚苯醚复合材料及其制备方法。按重量份计，该阻燃聚苯醚复合材料包括如下组分：

聚苯醚55份、合成树脂20份、润滑剂2份、耐磨改性剂15份、热稳定剂2.5份、石墨3份、相容剂3.5份、活性炭2.5份、阻燃剂3份。其中，阻燃剂为PDPPP与三(2,3-环氧丙基)(异)氰尿酸酯的重量比为3:6，相容剂选用苯乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物。

其制备方法如下：

S11.按照上述的阻燃聚苯醚复合材料分别称取各组分；

S12.将步骤S11中称取的除所述石墨、活性炭之外的组分进行混料处理，得到第一混合物料；

S13.将步骤S11中称取的所述石墨、活性炭进行混料处理，得到第二混合物料；

S14.将第一混合物料从主料口加入，第二混合物从侧料口加入进行熔融混料、挤出。其中，该熔融混料、挤出的工艺温度为：220-230℃→235-240℃→235-240℃→235-240℃→240-250℃→245-250℃→240-245℃→235-240℃。

实施例2

一种阻燃聚苯醚复合材料及其制备方法。按重量份计，该阻燃聚苯醚复合材料包括如下组分：

聚苯醚36份、合成树脂32份、润滑剂3.2份、耐磨改性剂24份、热稳定剂3.5份、石墨0.5份、相容剂0.1份、活性炭0.3份、阻燃剂4份。其中，阻燃剂为DOPO与MCA的重量比为3:4，相容剂选用苯乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物。

其制备方法参照实施例1。

实施例3

一种阻燃聚苯醚复合材料及其制备方法。按重量份计，该阻燃聚苯醚复合材料包括如下组分：

聚苯醚89.5份、合成树脂8份、润滑剂0.2份、耐磨改性剂2份、热稳定剂0.2份、石墨5.8份、相容剂5.9份、活性炭5.5份、阻燃剂2份。其中，阻燃剂为PAPPP与氰尿酸的重量比为3:8，相容剂选用苯乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物。

其制备方法参照实施例1。

对比例1

一种聚苯醚复合材料及其制备方法。按重量份计，该阻燃聚苯醚复合材料包括如下组分：

聚苯醚55份、合成树脂20份、润滑剂2份、耐磨改性剂15份、热稳定剂2.5份、石墨3份、相容剂3.5份、活性炭2.5份。其中，相容剂选用苯乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物。

对比例2

一种聚苯醚复合材料及其制备方法。按重量份计，该阻燃聚苯醚复合材料包括如下组分：

聚苯醚55份、合成树脂20份、润滑剂2份、耐磨改性剂15份、热稳定剂2.5份、石墨3份、相容剂3.5份、活性炭2.5份，阻燃剂3份。其中，阻燃剂单独选用其他含磷有机阻燃剂或单独选用其他氮系阻燃剂或含卤阻燃剂，相容剂选用除苯乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物之外的其他相容剂。

性能测试

将实施例1-3中提供的阻燃聚苯醚复合材料和对比例1、2中提供的聚苯醚复合材料进行阻燃性、自润滑性、耐磨性以及弯曲强度按照相关国标分析。分析结果显示：

实施例1-3与对比例1相比，各自的自润滑性、耐磨性相近，但是对比例1中的阻燃聚苯醚复合材料不具备阻燃性能，能够燃烧。而对比实施例1-3中的阻燃聚苯醚复合材料具有优异的阻燃性能，与对比例1在相同的条件下，燃烧性能明显低于对比例1，特别是实施例1中的阻燃聚苯醚复合材料几乎没有燃烧的现象。另外，由于实施例1-3中的阻燃剂不含有卤元素，因此，其在阻燃实验中产生的烟相对而言毒性小，安全，环保。

实施例1-3与对比例2相比，虽然各自的阻燃性能接近，但是对比例2自润滑性、耐磨性和弯曲强度均明显低于实施例1-3。这说明了对比例2中的阻燃剂选用影响了聚苯醚复合材料的机械性能，而在实施例1-3中的阻燃剂选用则没有影响到阻燃聚苯醚复合材料的机械性能，与对比文件1相比，该实施例1-3中的阻燃剂还能略微改善阻燃聚苯醚复合材料的机械性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种阻燃聚苯醚复合材料，按重量份计，包括如下组分：

其中，阻燃剂为有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的混合物，且所述有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为3：(4-8)；所述有机磷系阻燃剂选自9,10-二氢-9-氧杂-10磷杂菲-10-氧化物、醇烷基芳基磷酸酯、聚苯基磷酸二苯酯、聚苯基磷酸二苯偶氮酯、聚苯基磷酸(9,10-二氢9-氧杂-10膦酰杂菲)苯撑酯中的至少一种；所述氮系阻燃剂选自氰尿酸三聚氰胺盐、三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯、氰尿酸、氰尿酸衍生物中的至少一种；所述相容剂选自反应型相容剂，所述反应型相容剂为苯乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物。

2.根据权利要求1所述的阻燃聚苯醚复合材料，其特征在于：所述有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为3：(5-6)。

3.根据权利要求1所述的阻燃聚苯醚复合材料，其特征在于：所述有机磷系阻燃剂与氮系阻燃剂的重量比为3：6。

4.一种阻燃聚苯醚复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按照权利要求1～3任一项所述的阻燃聚苯醚复合材料分别称取各组分；

将称取的除所述石墨、活性炭之外的组分进行混料处理，得到第一混合物料；

将所述石墨、活性炭进行混料处理，得到第二混合物料；

将第一混合物料从主料口加入，第二混合物从侧料口加入进行熔融混料、挤出。

5.根据权利要求4所述的阻燃聚苯醚复合材料的制备方法，其特征在于：所述熔融混料、挤出的工艺温度为：220-230℃→235-240℃→235-240℃→235-240℃→240-250℃→245-250℃→240-245℃→235-240℃。