CN104371255A

CN104371255A - 一种改性阻燃复合材料

Info

Publication number: CN104371255A
Application number: CN201310347583.0A
Authority: CN
Inventors: 刘泽华
Original assignee: QINGDAO BOYANDA INDUSTRIAL TECHNOLOGY INSTITUTE (GENERAL PARTNERSHIP)
Current assignee: QINGDAO BOYANDA INDUSTRIAL TECHNOLOGY INSTITUTE (GENERAL PARTNERSHIP)
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-25

Abstract

本发明提供了一种改性阻燃复合材料，其特征在于，各组分按照重量分配比如下：ABS树脂60-80份；ABS-g-MAH5-10份；复合炭黑2-3份；ABS高胶粉2-3份；增强剂2-3份；磷系阻燃剂5-10份；氮系阻燃剂5-10份；增容剂 3-5份；抗静电剂2-3份；（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸三酯2-3份。本发明得到的改性阻燃复合材料提高无卤阻燃ABS材料的阻燃效率，且减少燃烧过程中释放出的有毒的气体，低烟少毒。复合炭黑的加入使复合材料具有良好的力学性能，发热较快，能满足环保要求。抗静电剂使ABS具有持久的抗静电效果、良好的机械强度、易于流动加工。ABS-g-MAH的加入在ABS复合材料高强度性能的基础上提高了抗冲击强度，扩大了材料的使用范围。

Description

一种改性阻燃复合材料

技术领域

本发明属于复合材料加工领域，具体涉及到一种改性阻燃复合材料。

背景技术

ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或丙烯腈/苯乙烯的共聚物和苯乙烯/丁二烯共聚物的共混物，它是丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，其中丙烯腈占15%-35%，丁二烯占5%-30%，苯乙烯占40-60%。随着三种成分比例的变化，ABS树脂的物理机械性能随之改变。ABS树脂是一种强度高、韧性好、耐热、耐低温、耐化学药品腐蚀、机械强度和电器性能优良，易于加工成型的热塑型高分子材料。ABS广泛用于汽车、电子电器、建材、包装、体育用品，机械仪表工业等领域。随着国内ABS树脂在汽车、电子电器、建材等行业年需求量的增加，阻燃ABS的需求量逐年增加。

长期以来，ABS的阻燃主要采用的是含卤化合物，其中十溴联苯醚、四溴双酚A、八溴醚等溴系阻燃剂阻燃效果最好，特别是当它们与三氧化二锑联用时，可使ABS达到优异的阻燃性能。由于难燃聚合物 (PVC) 和氯化聚乙烯 (CPE) 与ABS具有良好的相容性和高的含氯量，因而也是ABS的一种阻燃剂，并可降低小分子阻燃剂对ABS的力学损失。但这些含卤化合物在燃烧中会产生大量的有毒气体，另外PVC、CPE阻燃的ABS还存在着热稳定性差、易分解、难加工等缺点。因而在阻燃材料无卤化呼声日渐高涨的形势下，国内外研究者开始纷纷尝试着将各类无卤阻燃剂应用于ABS，以期获得低毒、少烟、高效环保绿色的无卤阻燃ABS产品。

目前，ABS树脂及其合金的无卤阻燃体系包括含磷、氮、硅阻燃体系以及无机阻燃体系。氢氧化铝和氢氧化镁是最为常用的两种无机阻燃剂，因具有无毒、抑烟、价格低廉等优势而广泛用于ABS的阻燃改性，但是无机粉末填料的阻燃效率较低，添加量达到40%以上才有可能达到UL94V-0阻燃等级，另外无机阻燃剂与ABS相容性差，大量无机填料使得ABS树脂中材料的力学性能下降严重，外观和加工性能急剧恶化。

在磷系阻燃体系中，三苯基磷酸酯及其衍生物因阻燃效率较高而被广泛应用于聚合物中，但是，当TPP应用于ABS时无产生明显的阻燃作用。这主要是由于ABS结构中无含氧官能团，不利于含磷阻燃剂燃烧时形成炭化膜；另一方面则是由于TPP的挥发温度比ABS的加工温度低，造成了TPP在ABS加工过程中挥发渗出，无法达到预期的阻燃效果。针对上述原因，选用热稳定性较高的磷系阻燃剂以及在磷系阻燃剂中引入协效剂可以有效地提高ABS的阻燃效率。

尽管ABS 应用广泛，但由于ABS 本身分子结构性能的特性，使得ABS 在力学强度方面，如弯曲强度和压缩强度较差；在电气性能方面由于绝缘性能好而易于静电积累，从而在电子电气应用领域受到局限，如用于制造办公机器传递纸张机构、IC 芯片托架时既要求在ABS 纯树脂性能基础上提高强度又要赋予抗静电性能。如何使ABS 复合材料具有抗电性值得研究。

因此如何使ABS复合材料具有高性能、高抗冲、抗静电、高稳定性且具有耐热阻燃性是本发明要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种改性阻燃复合材料，其特征在于，各组分按照重量分配比如下： ABS树脂60-80份；ABS-g-MAH 5-10份；复合炭黑2-3 份；ABS 高胶粉2-3份；增强剂2-3份；磷系阻燃剂 5-10份；氮系阻燃剂 5-10份；增容剂 3-5份；抗静电剂 2-3份；（2,4- 二叔丁基苯基）亚磷酸三酯2-3份。

上述的一种改性阻燃复合材料，其特征在于，所述增强剂为硫酸钡、滑石粉的一种或二者的混合物。

上述的一种改性阻燃复合材料，其特征在于，所述的磷系阻燃剂包括磷酸盐、聚磷酸盐、焦磷酸盐中的任一种。

上述的一种改性阻燃复合材料，其特征在于，所述的氮系阻燃剂包括三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸盐、双氰胺及其胍盐中的任一种。

上述的一种改性阻燃复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为氧化镁、氧化钛、氧化锡、氧化铝、氧化铬、氧化钡中的一种或几种。

上述的磷系协效阻燃ABS复合材料，其特征在于所含的增容剂为马来酸酐接枝聚苯乙烯、马来酸酐接枝ABS、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝SBS、马来酸酐接枝SBS、马来酸酐接枝橡胶、乙烯-丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸酯共聚物中的任一种。

发明的有益效果：

本发明中提供的阻燃ABS复合材料采用磷系和氮系协效阻燃体系或磷系和硅系阻燃剂协同使用，一方面可以提高无卤阻燃ABS材料的阻燃效率，提升无卤阻燃ABS复合材料的综合力学性能；而且减少燃烧过程中释放出的有毒的气体，低烟少毒。复合炭黑的加入使复合材料具有良好的力学性能，发热较快，能满足环保要求。抗静电剂使ABS 具有持久的抗静电效果、良好的机械强度、易于流动加工。ABS-g-MAH的加入在ABS 复合材料高强度性能的基础上提高了抗冲击强度，同时解决现有技术存在的燃烧时卤素分解出的有害气体，高材料成本，以及限制了材料的使用范围等问题。

具体实施方式

实施例1

将ABS树脂69份、ABS-g-MAH 5份、复合炭黑2份、ABS 高胶粉2份、硫酸钡2份加入到高速混合机混料，泥合均匀后加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，并控制挤出机温度范围为180℃，螺杆转速为400r/min ，熔体压力为1.5MPa ；真空度为-0.04MPa，挤出后经过水槽冷却到常温，通过切粒机造粒，再将所得粒料放入烘箱中，温度范围为80℃，干燥3小时，得到改性ABS粒子；依次称取定量的磷系阻燃剂磷酸钠5-10份；三聚氰胺5份；马来酸酐接枝聚苯乙烯3份；氧化镁2份；（2,4- 二叔丁基苯基）亚磷酸三酯2份，将以上组分以及加入导电物料的ABS粒子加入到高速混炼机中，混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出温度范围为220℃，螺杆转速为400r/min ，熔体压力为1.5MPa ；真空度为-0.04MPa，挤出料条通过循环水槽冷却至常温，经过吹风机吹风干燥后进入切粒机造粒。所得的磷系协同阻燃的ABS材料的LOI 为25.6%，UL94垂直燃烧级别为V-0。

实施例2

将ABS树脂69份、ABS-g-MAH 5份、复合炭黑2 份、ABS 高胶粉2份、滑石粉2份加入到高速混合机混料，泥合均匀后加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，并控制挤出机温度范围为200℃，螺杆转速为500r/min ，熔体压力为1.5MPa ；真空度为-0.04MPa，挤出后经过水槽冷却到常温，通过切粒机造粒，再将所得粒料放入烘箱中，温度范围为80℃，干燥3小时，得到改性ABS粒子；依次称取定量的聚磷酸钠 5份；三聚氰胺氰脲酸钠5份；马来酸酐接枝ABS 3份；氧化钛2份；（2,4- 二叔丁基苯基）亚磷酸三酯2份，将以上组分以及加入导电物料的ABS粒子加入到高速混炼机中，混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出温度范围为260℃，螺杆转速为500r/min ，熔体压力为1.5MPa ；真空度为-0.04MPa，挤出料条通过循环水槽冷却至常温，经过吹风机吹风干燥后进入切粒机造粒。所得的磷系协同阻燃的ABS材料的LOI 为25.4%，UL94垂直燃烧级别为V-0。

实施例3

将ABS树脂69份、ABS-g-MAH 5份、复合炭黑2份、ABS 高胶粉2份、滑石粉2份加入到高速混合机混料，泥合均匀后加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，并控制挤出机温度范围为220℃，螺杆转速为600r/min ，熔体压力为2.5MPa ；真空度为-0.04MPa，挤出后经过水槽冷却到常温，通过切粒机造粒，再将所得粒料放入烘箱中，温度范围为90℃，干燥4小时，得到改性ABS粒子；依次称取定量的焦磷酸盐 5份；双氰胺5份；甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝SBS3份；氧化锡 2份；（2,4- 二叔丁基苯基）亚磷酸三酯2份，将以上组分以及加入导电物料的ABS粒子加入到高速混炼机中，混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出温度范围为260℃，螺杆转速为600r/min ，熔体压力为2.5MPa ；真空度为-0.04MPa，挤出料条通过循环水槽冷却至常温，经过吹风机吹风干燥后进入切粒机造粒。所得的磷系协同阻燃的ABS材料的LOI 为25.5%，UL94垂直燃烧级别为V-0。

本发明一种改性阻燃复合材料中各组分及其重量份数见表1，相应的物理性能见表2。实施例制备的一种改性阻燃复合材料按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，其物理性能分别按我国国家标准和美国UL标准测试。其中ABS树脂是德国巴斯夫GP22。

拉伸强度 GB1040

断裂伸长率 GB1040

Izod 缺口冲击强度 GB1843

弯曲强度 GB9341

燃烧性 UL94

LOI GB/T 2406-93

表1 对照例和实施例中对应的磷系协效阻燃ABS的具体配方

样品	实施例1	实施例2	实施例3	对照例
					ABS树脂（份）	69	69	69	98
ABS-g-MAH （份）	5	5	5	0
					复合炭黑	2	2	2
高胶粉	5	5	5
					磷酸盐	5
聚磷酸盐		5
					焦磷酸盐			5
三聚氰胺	5
					三聚氰胺氰脲酸盐		5
双氰胺			5
					马来酸酐接枝聚苯乙烯	3
马来酸酐接枝ABS		3
					甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝SBS			3
硫酸钡	2		2
					滑石粉		2
氧化镁	2
					氧化钛		2
氧化锡			2
					（2,4- 二叔丁基苯基）亚磷酸三酯	2	2	2	2

表2 实施例阻燃ABS和对照例ABS样品的机械性能和阻燃性能

性能	实施例1	实施例2	实施例3	对照例
					拉伸强度/MPa	40.5	38.7	38. 5	44.2
拉伸模量/GPa	2.14	2.52	2.42	26
					伸长率/%	6	5	5	7
缺口冲击强度 / KJ/m²	4.5	4.3	4.4	8.3
					弯曲强度/ MPa	63.2	62.4	61.2	65.2
弯曲模量/ GPa	45	4.21	45	4.12
					阻燃等级/3.2mm	V-0	V-0	V-0	NR
氧指数（LOI）/%	25.6	25.4	25.5	18

Claims

1.一种改性阻燃复合材料，其特征在于，各组分按照重量分配比如下：

ABS树脂60-80份；

ABS-g-MAH 5-10份；

复合炭黑2-3 份；

ABS 高胶粉2-3份；

增强剂2-3份；

磷系阻燃剂 5-10份；

氮系阻燃剂 5-10份；

增容剂 3-5份；

抗静电剂 2-3份；

（2,4- 二叔丁基苯基）亚磷酸三酯2-3份。

2.根据权利要求1所述的一种改性阻燃复合材料，其特征在于，所述增强剂为硫酸钡、滑石粉的一种或二者的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种改性阻燃复合材料，其特征在于，所述的磷系阻燃剂包括磷酸盐、聚磷酸盐、焦磷酸盐中的任一种。

4.根据权利要求1所述的一种改性阻燃复合材料，其特征在于，所述的氮系阻燃剂包括三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸盐、双氰胺及其胍盐中的任一种。

5.根据权利要求1所述的一种改性阻燃复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为氧化镁、氧化钛、氧化锡、氧化铝、氧化铬、氧化钡中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的磷系协效阻燃ABS复合材料，其特征在于所含的增容剂为马来酸酐接枝聚苯乙烯、马来酸酐接枝ABS、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝SBS、马来酸酐接枝SBS、马来酸酐接枝橡胶、乙烯-丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸酯共聚物中的任一种。