CN104341761A - 一种玻璃纤维合金阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

一种玻璃纤维合金阻燃材料及其制备方法 Download PDF

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车泳
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Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述合金阻燃材料包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、玻璃纤维、全氟丁基磺酸盐类阻燃剂、有机硅氧烷阻燃协效剂、抗氧剂、润滑剂，其重量分别为聚碳酸酯：100g；聚甲基丙烯酸甲酯：5～50g；丙烯腈-苯乙烯共聚物：5～50g；乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物：5～30g；乙烯-丙烯酸酯共聚物：5～30g；玻璃纤维：5～30g；全氟丁基磺酸盐类阻燃剂：1～5g；有机硅氧烷阻燃协效剂：1～5g；抗氧剂：0.1～1g；润滑剂：0.1～1g。本发明具有高硬度和高流动性的优点。

Description

一种玻璃纤维合金阻燃材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维合金阻燃材料及其制备方法，具体地说是一种具有高硬度和高流动性的玻璃纤维合金阻燃材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯（PC）材料是一种重要的功能材料，具有高的冲击强度、电气绝缘性、光学透明性、尺寸稳定性，广泛用于汽车、航空航天、医疗器械、电子电器、电器家电、显示器外壳、通信器材罩壳零组件等其他领域。然而它也存在一些明显的缺点：流动性差、耐化学性差、表面硬度不够高、耐刮花效果不好等。
当前，随着电子电器产品的广泛使用，人们对产品的外壳性能要求也越来越高，不仅需要高抗冲，还要求其耐刮擦，在频繁的使用中，外壳无明显刮痕。现在电子电器产品外壳通常采用PC/ABS合金作原料，耐摔但不耐刮擦，日常使用中，其外壳很容易被刮花，严重影响其美观。为获得一种即高抗冲又耐刮擦的电子电器产品外壳，需要从其原材料着手，在兼顾材料高抗冲的前提下，改善材料表面硬度，从而提高其抗刮擦性能。
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是一种热塑性塑料，具有透光率高、比重轻、耐候好等特点。其密度1.19～1.20，有极高的透明度，透射率高达91%～93%，重量轻，抗碎裂性能为普通硅玻璃的12～18倍，机械强度和韧性大于普通玻璃10倍以上，硬度末加处理前2H以上，经表面强化后表面硬度可达5H以上，抗划伤，具有突出的耐候性和耐老性，在低温(-50℃至-60℃)和较高温度(100℃以下)冲击强度不变，有良好的电绝缘性能，可耐电弧，化学性能稳定，能耐一般的化学腐蚀。
若将聚甲基丙烯酸甲酯与聚碳酸酯材料共混，生产一种外观透明性好、质量轻的合金材料，可以极大的扩展聚碳酸酯的用途，本发明在下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
然而，由于基团的极性效应，PC与PMMA部分相容，在进行共混改性时，会因为相分离而大大降低合金材料的强度。
丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）是苯乙烯树脂中的一种，具有光泽性、高流动性的优点。本发明通过加入丙烯腈-苯乙烯共聚物来改善PC与PMMA的相容性问题，同时也可以改善PC的加工流动性。
另外，为了进一步提高合金材料的韧性，本发明还需要加入玻璃纤维。为了满足电器电子产品对阻燃性的要求，本发明同时还需要加入阻燃剂。目前，玻璃纤维型聚碳酸酯所用的阻燃剂分卤系阻燃剂和无卤阻燃剂(磺酸盐类阻燃剂以及磷系、硅系阻燃剂)，卤系阻燃剂可使材料获得良好的阻燃效果，但自1986年以来，阻燃领域内开展了多溴二苯醚类阻燃剂的毒性与环境问题的争议，即所谓的Dioxin问题之争。近几年来，欧洲阻燃协会提出了禁用多溴二苯醚的法案，荷兰首先实施，其它国家如德国开始仿效。连多溴二苯醚的替代品四溴双酚A也已经被许多公司列入管控名单，这使得阻燃材料制造商开始以谨慎的态度对待溴系阻燃剂在高聚物中的应用。无卤阻燃剂中最具代表性的磷系阻燃剂，其热稳定性、与高聚物的兼容性、渗出性、加工型及其对被阻燃基材的一些关键性能等存在诸多问题。因此，高分子材料的无卤阻燃剂成为亟待解决的课题。
目前国内外对于玻璃纤维增韧改性PC/PMMA/AS三元合金阻燃材料的研究较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高硬度和高流动性的玻璃纤维合金阻燃材料及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现。
一种玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述合金阻燃材料包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、玻璃纤维、全氟丁基磺酸盐类阻燃剂、有机硅氧烷阻燃协效剂、抗氧剂、润滑剂，其重量分别为聚碳酸酯：100g；聚甲基丙烯酸甲酯：5～50g；丙烯腈-苯乙烯共聚物：5～50g；乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物：5～30g；乙烯-丙烯酸酯共聚物：5～30g；玻璃纤维：5～30g；全氟丁基磺酸盐类阻燃剂：1～5g；有机硅氧烷阻燃协效剂：1～5g；抗氧剂：0.1～1g；润滑剂：0.1～1g。
所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。
所述聚甲基丙烯酸甲酯为通用型聚甲基丙烯酸甲酯树脂。
所述丙烯腈-苯乙烯共聚物中丙烯腈的含量在9～33wt%。
所述乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规共聚物中丙烯酸甲酯含量为24%重量份数，甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为8%重量份数。
所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，且在使用前需要预先用硅烷偶联剂进行表面处理。
所述抗氧剂为自抗氧剂1010或抗氧剂168，或其混配物。
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
一种如权利要求1所述玻璃纤维合金阻燃材料的制作方法，其特征在于：所述制作方法为：
（1）将上述重量的聚碳酸酯置于100～120℃干燥4～12小时，将上述重量份的聚甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于70～90℃干燥4～12小时。
（2）上述组分冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（3）将上述重量份的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、全氟丁基磺酸盐类阻燃剂、有机硅氧烷阻燃协效剂、抗氧剂及润滑剂加入到另一台高速搅拌机中进行充分混合后，再将该混合物加入到步骤（2）中的高速搅拌机中进行混合；
（4）将混好的原料投置于双螺杆挤出机中，而玻璃纤维通过侧喂料方式进料，经过熔融挤出、冷却、切粒，得到最终产品。
本发明与现有技术相比具有以下优点。
本发明的玻璃纤维合金阻燃材料，添加的相容剂乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规共聚物，既有长链型分子结构，可以和玻璃纤维进行缠结，又有反应型官能团，可以和玻璃纤维、PMMA、PC很好的相容，而AS与PC及PMMA之间亦有较高的相容性，从而保证材料在较好的相容性情况下具有较高的冲击强度。此外，本发明通过适量添加EMA，较大幅度提高了无碱短切玻璃纤维与PC相容性，从而进一步提高复合材料的韧性和表面光洁度，降低浮纤显像。本发明的玻璃纤维增韧型PC/PMMA/AS合金阻燃材料强度高、表面硬度大、光泽度好、浮纤现象少，可广泛应用于电子元器件，工业用零件和精密部件等。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。
实施例1：
聚碳酸酯：100份；
聚甲基丙烯酸甲酯：10份；
丙烯腈-苯乙烯共聚物：10份；
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物：5份；
乙烯-丙烯酸酯共聚物：5份；
玻璃纤维：5份；
全氟丁基磺酸盐类阻燃剂：2份；
有机硅氧烷阻燃协效剂：1份；
抗氧剂：0.2；
润滑剂：0.2。
实施例2：
聚碳酸酯：100份；
聚甲基丙烯酸甲酯：20份；
丙烯腈-苯乙烯共聚物：30份；
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物：20份；
乙烯-丙烯酸酯共聚物：10份；
玻璃纤维：10份；
全氟丁基磺酸盐类阻燃剂：2份；
有机硅氧烷阻燃协效剂：1份；
抗氧剂：0.2；
润滑剂：0.2。
实施例3：
聚碳酸酯：100份；
聚甲基丙烯酸甲酯：30份；
丙烯腈-苯乙烯共聚物：40份；
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物：20份；
乙烯-丙烯酸酯共聚物：20份；
玻璃纤维：10份；
全氟丁基磺酸盐类阻燃剂：2份；
有机硅氧烷阻燃协效剂：1份；
抗氧剂：0.2；
润滑剂：0.2。
实施例4：
聚碳酸酯：100份；
聚甲基丙烯酸甲酯：40份；
丙烯腈-苯乙烯共聚物：30份；
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物：20份；
乙烯-丙烯酸酯共聚物：20份；
玻璃纤维：20份；
全氟丁基磺酸盐类阻燃剂：2份；
有机硅氧烷阻燃协效剂：1份；
抗氧剂：0.2；
润滑剂：0.2。
实施例5：
聚碳酸酯：100份；
聚甲基丙烯酸甲酯：40份；
丙烯腈-苯乙烯共聚物：30份；
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物：20份；
乙烯-丙烯酸酯共聚物：20份；
玻璃纤维：20份；
全氟丁基磺酸盐类阻燃剂：2份；
有机硅氧烷阻燃协效剂：1份；
抗氧剂：0.2；
润滑剂：0.2。
由上述实施例1至5得到的玻璃纤维合金阻燃材料与未进行改性的聚碳酸酯经对比测试，测试方法如下：
拉伸性能：按ASTM-D638标准测试，拉伸速率50mm/min；
弯曲性能：按ASTM-D790标准测试，弯曲速率2mm/min；
热变形温度：按ASTM-D648标准测试，负荷0.45MPa；
熔融指数：按ASTM-D1238标准测试，测试温度260℃，负荷5Kg；
冲击性能：按ASTM-D256标准测试，样条厚度为3.2mm；
铅笔硬度：按ASTM-D3363标准测试。
光泽度：使用表面光泽测试仪，按照GB88072-1988标准，在60度角下进行测试。把一个面积不小于40cm2的样品，表面擦干净平放，将光泽测试仪摆放上面，压紧并选择60度的角度进行测试，所得的读数即为光泽度。
其检测指标如下：
测试对比数据表

Claims (9)

1.一种玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述合金阻燃材料包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、玻璃纤维、全氟丁基磺酸盐类阻燃剂、有机硅氧烷阻燃协效剂、抗氧剂、润滑剂，其重量分别为聚碳酸酯：100g；聚甲基丙烯酸甲酯：5～50g；丙烯腈-苯乙烯共聚物：5～50g；乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物：5～30g；乙烯-丙烯酸酯共聚物：5～30g；玻璃纤维：5～30g；全氟丁基磺酸盐类阻燃剂：1～5g；有机硅氧烷阻燃协效剂：1～5g；抗氧剂：0.1～1g；润滑剂：0.1～1g。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述聚甲基丙烯酸甲酯为通用型聚甲基丙烯酸甲酯树脂。
4.根据权利要求1所述的玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述丙烯腈-苯乙烯共聚物中丙烯腈的含量在9～33wt%。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规共聚物中丙烯酸甲酯含量为24%重量份数，甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为8%重量份数。
6.根据权利要求1所述的玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，且在使用前需要预先用硅烷偶联剂进行表面处理。
7.根据权利要求1所述的玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述抗氧剂为自抗氧剂1010或抗氧剂168，或其混配物。
8.根据权利要求1所述的玻璃纤维合金阻燃材料，其特征在于：所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
9.一种如权利要求1所述玻璃纤维合金阻燃材料的制作方法，其特征在于：所述制作方法为：
（1）将上述重量的聚碳酸酯置于100～120℃干燥4～12小时，将上述重量份的聚甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于70～90℃干燥4～12小时。
（2）上述组分冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（3）将上述重量份的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、全氟丁基磺酸盐类阻燃剂、有机硅氧烷阻燃协效剂、抗氧剂及润滑剂加入到另一台高速搅拌机中进行充分混合后，再将该混合物加入到步骤（2）中的高速搅拌机中进行混合；
（4）将混好的原料投置于双螺杆挤出机中，而玻璃纤维通过侧喂料方式进料，经过熔融挤出、冷却、切粒，得到最终产品。
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