CN105504751A - 一种高硬度的透明阻燃pc材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高硬度的透明阻燃PC材料及其制备方法。该PC材料含有PC树脂、PMMA树脂、有机硅添加剂、相容剂、阻燃剂、增韧剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂、紫外线吸收剂、润滑剂。本发明PC材料具有表面硬度高、耐划伤，同时具有透明性好、高抗冲、阻燃性好及易成型等优点，所得制品的透光率可达到87%，表面铅笔硬度可达到3H，能够满足人们对材料的高硬度耐划伤、高透明性，高阻燃性的要求，可广泛用于手机、电视机液晶显示器等家用电器、汽车仪表显示器外壳等通讯电子电器零部件的生产。

Description

一种高硬度的透明阻燃PC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，具体是涉及一种高硬度的透明阻燃PC材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯（PC）具有高的冲击强度及优异的机械、热、电综合性能，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。

然而现在的电器外壳产品，对材料的表面也有较严格的要求，其中比较难满足的一个要求是材料表面要有一定硬度和抗划伤性，即在顾客擦拭产品时，不能轻易的划伤。为表征材料的表面硬度，一般通过划破材料表面的铅笔硬度来测定其抗划伤表面硬度，其硬度从低到高依次为：6B、5B、4B、3B、2B、B、HB、H、2H、3H、4H、5H、6H、7H、8H、9H。PC材料表面铅笔硬度只有2B等级，做为电子产品外壳材料易划伤，而产品要求的等级一般为2H等级。现有的解决方法是在PC表面涂上一层纳米涂料来提高PC的硬度，可达到2H级，但这种方法工序复杂，操作麻烦，会使产品产生较大的内应力，而PC对缺口敏感，产品很容易开裂，其应用受到限制。

随着全球安全规范的持续推出，要求电子电器通讯器材外壳在火险中燃烧缓慢或者不起燃，也即要求达到UL94V0等级。

针对PC的缺点，现有技术中通过聚碳酸酯与聚甲基丙烯酸甲酯共混来解决这一问题，中国专利201210005100.4公开了一种在PC中添加PMMA树脂和抗划伤改性剂来得到较高硬度和较好抗划伤性能的PC材料，然而公开的内容是使用大量碳纤维、无机填料、金属粉等来提高表面硬度，这一方面使得材料完全失去了透明性，另一方面大量无机填料的加入严重影响材料的冲击强度，所制得的材料冲击强度只有50kj/m²。再者此专利并未提高材料的阻燃性能，使得在应用方面受到了一定的限制。中国专利201210442504.X公布了一种高硬度高透明高流动性PC合金材料，通过加入透明的PS树脂以及透明增韧剂、透明无卤阻燃剂等保持了较高的透明度和2H的表面铅笔硬度，同时流动性也有较大的提高，但由于PS本身的冲击强度很低使得制得的PC合金材料的冲击强度只有5-10kJ/m²，此专利虽然使用了无卤阻燃剂，但并未提及所得PC合金材料的阻燃性能。

发明内容

为了解决上述存在问题，本发明通过研究，制备了一种高硬度的透明阻燃PC材料，该材料具有较高的表面硬度耐划伤，同时具有高透光性、高抗冲、阻燃性好、易成型等特点。可用于手机、电视机液晶显示器等家用电器、汽车仪表显示器外壳等电子电器零部件。

本发明的目的在于提供一种高硬度的透明阻燃PC材料。

本发明的另一目的在于提供一种高硬度的透明阻燃PC材料的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种高硬度的透明阻燃PC材料，该材料含有以下重量份数的原料：PC树脂67.5-84份、PMMA树脂5-10份、有机硅添加剂1-3份、相容剂2-4份、阻燃剂4-8份、增韧剂3-5份。

进一步的，上述材料还含有以下重量份数的原料：抗氧剂0.3-1份、紫外线吸收剂0.2-0.5份、润滑剂0.5-1份。

进一步的，上述PC树脂为其熔融指数为（20-50）g/10min。

进一步的，上述PMMA树脂为折射率为1.49-1.50、透光率为90%-92%的聚甲基丙烯酸甲酯。

进一步的，上述有机硅添加剂为改性聚硅氧烷。

进一步的，上述相容剂选自乙烯-丙烯酸甲酯共聚物EMA、苯乙烯-马来酸酐共聚物SMA、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物中的至少一种。

进一步的，上述的阻燃剂选自苯氧基四溴双酚A碳酸酯齐聚物、2,4,6-三溴苯氧基封端四溴双酚A碳酸酯齐聚物中的至少一种。

进一步的，上述增韧剂选自丙烯酸酯树脂ACR、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接枝共聚物中的至少一种。

进一步的，上述抗氧剂由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成，主抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂MD-697中的至少一种；辅助抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂412S中的至少一种。

一种高硬度的透明阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将PC树脂在120-130℃条件下干燥至含水量低于0.02%；

2）按上述所述配方称取各种原料，然后将所有原料混合均匀；

3）将混匀后的原料加入至双螺杆挤出机中，挤出造粒后，得到高硬度的透明阻燃PC材料；其中，双螺杆挤出机的各区加工温度为250-270℃，螺杆转数为250-300RPM。

本发明的有益效果是：

1）本发明通过添加PMMA树脂提高PC材料的表面铅笔硬度，改善耐划伤性能；同时PMMA和PC树脂的混合加入不影响材料的透明性。

2）本发明使用的有机硅添加剂（聚硅氧烷），可能一方面液态聚硅氧烷与PC相容性良好，能均匀分散于基体树脂中，不影响材料透明性，且降低了材料表面摩擦系数，提高了硬度和耐刮伤性能；另一方面，可能聚硅氧烷燃烧时呈熔融态，易于向树脂表面迁移和富集，并形成均质的阻燃炭化层，且提高了炭层的抗氧化性，促进了材料的阻燃功效。

3）本发明所使用的阻燃剂（双酚A型碳酸酯齐聚物），完全不影响材料的透明性；此阻燃剂与有机硅材料配合使用实现了溴-硅阻燃协效作用，最大程度提高阻燃效率，既可以降低阻燃剂的添加量又避免由于大量阻燃剂的加入而影响透明性。

4）本发明为了提高PC复合材料的使用寿命降低产品的加工难度，本发明还添加了其他助剂，如抗氧剂、紫外线吸收剂及润滑剂。

5）本发明制备方法简单，工艺操作易于实现；本发明所得PC材料具有表面硬度高、耐划伤，同时具有透明性好、高抗冲、阻燃性好及易成型等优点，所得制品的透光率可达到87%，表面铅笔硬度可达到3H，能够满足人们对材料的高硬度耐划伤、高透明性，高阻燃性的要求，可广泛用于手机、电视机液晶显示器等家用电器、汽车仪表显示器外壳等通讯电子电器零部件的生产。

具体实施方式

一种高硬度的透明阻燃PC材料，该材料含有以下重量份数的原料：PC树脂67.5-84份、PMMA树脂5-10份、有机硅添加剂1-3份、相容剂2-4份、阻燃剂4-8份、增韧剂3-5份。

优选的，上述PC材料还含有以下重量份数的原料：PC树脂67.5-84份、PMMA树脂5-10份、有机硅添加剂1-3份、相容剂2-4份、阻燃剂4-8份、增韧剂3-5份、主抗氧剂0.1-0.5份、辅助抗氧剂0.2-0.5份、紫外线吸收剂0.2-0.5份、润滑剂0.5-1份。

优选的，上述PC树脂为其熔融指数为20-50g/10min。

更优选的，上述PC树脂选自韩国三星SC-1200R、日本帝人L-1225L和日本三菱H-3000R中的至少一种。

优选的，上述PMMA树脂为折射率为1.49-1.50、透光率为90%-92%的聚甲基丙烯酸甲酯。

更优选的，上述PMMA树脂选自奇美CM-207、CM-211、韩国LGIG840、南通三菱丽阳VH001中的至少一种。

优选的，上述有机硅添加剂为改性聚硅氧烷。

更优选的，上述有机硅添加剂选自康宁的FCA117、DC-8808中的至少一种。

优选的，上述相容剂选自乙烯-丙烯酸甲酯共聚物EMA、苯乙烯-马来酸酐共聚物SMA、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物中的至少一种。

更优选的，上述相容剂选自海华雯的SMA-800、美国杜邦的EMA1125AC、法国阿克玛的AX8900中的至少一种。

优选的，上述的阻燃剂选自苯氧基四溴双酚A碳酸酯齐聚物、2,4,6-三溴苯氧基封端四溴双酚A碳酸酯齐聚物中的至少一种。

更优选的，上述的阻燃剂选自美国科聚亚的BC-52、BC-58中的至少一种。

优选的，上述增韧剂选自丙烯酸酯树脂ACR、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接枝共聚物中的至少一种。

更优选的，上述增韧剂选自LGEM600、日本钟渊M511、日本钟渊M711中的至少一种。

优选的，上述主抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂MD-697中的至少一种。

优选的，上述辅助抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂412S中的至少一种。

优选的，上述紫外线吸收剂选自UV-329、UV-234和UV-531中的至少一种。

优选的，上述润滑剂为PETS润滑剂。

一种高硬度的透明阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将PC树脂在120-130℃条件下干燥至含水量低于0.02%；

2）按上述所述的配方称取各种原料，然后将所有原料混合均匀；

3）将混匀后的原料加入至双螺杆挤出机中，挤出造粒后，得到高硬度的透明阻燃PC材料；其中，双螺杆挤出机的各区加工温度为250-270℃，螺杆转数为250-300RPM。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但并不局限于此。

实施例1：

一种高硬度的透明阻燃PC材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

1）将韩国三星SC-1200R进行干燥，干燥温度在120℃，干燥4h后PC树脂的含水量低于0.02%；

2）称取经步骤1）之后的韩国三星PCSC-1200R79.5份、奇美PMMACM-2075份、有机硅添加剂道康宁FCA1171.5份、相容剂SMA3份、阻燃剂美国科聚亚BC-586份、增韧剂日本钟渊M7113份、抗氧剂0.3份、紫外线吸收剂UV-3290.2份及PETS润滑剂0.5份，然后将该原料加入至高混机中混合1-2min；

其中，本实施例中的抗氧剂由主抗氧剂与辅助抗氧剂按重量比为1:1的比例组成，主抗氧剂为抗氧剂1010，辅助抗氧剂为抗氧剂168；

3）将经步骤2）之后的原料加入至双螺杆挤出机中挤出造粒后，得到高硬度的透明阻燃PC材料；

其中，双螺杆挤出机的各区加工温度为270℃，螺杆转数为260RPM。

实施例2

一种高硬度的透明阻燃PC材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

1）将韩国三星SC-1200R进行干燥，干燥温度在120℃，干燥4h后PC树脂的含水量低于0.02%；

2）称取经步骤1）之后的韩国三星PCSC-1200R73份、奇美PMMACM-20710份、有机硅添加剂道康宁FCA1173份、相容剂SMA3份、阻燃剂美国科聚亚BC-587份、增韧剂日本钟渊M7113份、抗氧剂0.3份、紫外线吸收剂UV-3290.2份及PETS润滑剂0.5份，然后将该原料加入至高混机中混合1-2min；

其中，本实施例中的抗氧剂由主抗氧剂与辅助抗氧剂按重量比为1:1的比例组成，主抗氧剂为抗氧剂1010，辅助抗氧剂为抗氧剂168；

3）将经步骤2）之后的原料加入至双螺杆挤出机中挤出造粒后，得到高硬度的透明阻燃PC材料；其中，双螺杆挤出机的各区加工温度为260℃，螺杆转数为260RPM。

实施例3

一种高硬度的透明阻燃PC材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

1）将日本帝人L-1225L进行干燥，干燥温度在120℃，干燥4h后PC树脂的含水量低于0.02%；

2）称取经步骤1）之后的日本帝人L-1225L76份、奇美PMMACM-2117份、有机硅添加剂道康宁DC-80052份、相容剂SMA3份、阻燃剂美国科聚亚BC-586份、增韧剂日本钟渊M7113份、抗氧剂0.3份、紫外线吸收剂UV-3290.2份及PETS润滑剂0.5份，然后将该原料加入至高混机中混合1-2min；

其中，本实施例中的抗氧剂由主抗氧剂与辅助抗氧剂按重量比为1:1的比例组成，主抗氧剂为抗氧剂1010，辅助抗氧剂为抗氧剂168；

3）将经步骤2）之后的原料加入至双螺杆挤出机中挤出造粒后，得到高硬度的透明阻燃PC材料；其中，双螺杆挤出机的各区加工温度为270℃，螺杆转数为260RPM。

实施例4

一种高硬度的透明阻燃PC材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

1）将韩国三星SC-1200R进行干燥，干燥温度在120℃，干燥4h后PC树脂的含水量低于0.02%；

2）称取经步骤1）之后的韩国三星PCSC-1200R79.5份、奇美PMMACM-2075份、有机硅添加剂道康宁FCA1171.5份、相容剂SMA3份、阻燃剂美国科聚亚BC-586份、增韧剂日本钟渊M7113份、抗氧剂0.3份、紫外线吸收剂UV-3290.2份及PETS润滑剂0.5份，然后将该原料加入至高混机中混合1-2min；

其中，本实施例中的抗氧剂由主抗氧剂与辅助抗氧剂按重量比为1:1的比例组成，主抗氧剂为抗氧剂1010，辅助抗氧剂为抗氧剂168；

3）将经步骤2）之后的原料加入至双螺杆挤出机中挤出造粒后，得到高硬度的透明阻燃PC材料；

其中，双螺杆挤出机的各区加工温度为270℃，螺杆转数为260RPM。

下面对上述实施例制备的PC材料作进一步的性能检测。

将实施例1-4所得的高硬度的透明阻燃PC材料注塑成型标准测试样条并进行性能测试，成型工艺条件：射嘴温度280℃，各区温度为275℃、275℃、270℃，保压时间6-10s，注射压力40-60MPa。各项性能的测试方法如下：

拉伸强度：按照ASTMD638标准进行测试；

弯曲强度：按照ASTMD790标准进行测试；

Lzod缺口冲击强度：按照ASTMD256标准进行测试；

铅笔硬度：按照ASTMD3363标准进行测试；

透光率：按照ASTMD1003标准进行测试；

阻燃性：按照UL94V0标准进行测试。

测试结果如表1所示：

表1实施例1-4所得高硬度的透明阻燃PC材料的各项性能表

由表1可知，本发明PC材料具有表面硬度高、耐划伤，同时具有透明性好、高抗冲、阻燃性好及易成型等优点，所得制品的透光率可达到87%，表面铅笔硬度可达到3H，能够满足人们对材料的高硬度耐划伤、高透明性，高阻燃性的要求，可广泛用于手机、电视机液晶显示器等家用电器、汽车仪表显示器外壳等通讯电子电器零部件的生产。

根据以上说明书中的阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高硬度的透明阻燃PC材料，其特征在于：该材料含有以下重量份数的原料：PC树脂67.5-84份、PMMA树脂5-10份、有机硅添加剂1-3份、相容剂2-4份、阻燃剂4-8份、增韧剂3-5份。

2.根据权利要求1所述的一种高硬度的透明阻燃PC材料，其特征在于：该材料还含有以下重量份数的原料：抗氧剂0.3-1份、紫外线吸收剂0.2-0.5份、润滑剂0.5-1份。

3.根据权利要求1或2所述的一种高硬度的透明阻燃PC材料，其特征在于：所述PC树脂为其熔融指数为（20-50）g/10min。

4.根据权利要求1或2所述的一种高硬度的透明阻燃PC材料，其特征在于：所述PMMA树脂为折射率为1.49-1.50、透光率为90%-92%的聚甲基丙烯酸甲酯。

5.根据权利要求1或2所述的一种高硬度的透明阻燃PC材料，其特征在于：所述有机硅添加剂为改性聚硅氧烷。

6.根据权利要求1或2所述的一种高硬度的透明阻燃PC材料，其特征在于：所述相容剂选自乙烯-丙烯酸甲酯共聚物EMA、苯乙烯-马来酸酐共聚物SMA、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的一种高硬度的透明阻燃PC材料，其特征在于：所述的阻燃剂选自苯氧基四溴双酚A碳酸酯齐聚物、2,4,6-三溴苯氧基封端四溴双酚A碳酸酯齐聚物中的至少一种。

8.根据权利要求1或2所述的一种高硬度的透明阻燃PC材料，其特征在于：所述增韧剂选自丙烯酸酯树脂ACR、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接枝共聚物中的至少一种。

9.根据权利要求2所述的一种高硬度的透明阻燃PC材料，其特征在于：所述抗氧剂由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成，主抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂MD-697中的至少一种；辅助抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂412S中的至少一种。

10.一种高硬度的透明阻燃PC材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将PC树脂在120-130℃条件下干燥至含水量低于0.02%；

2）按权利要求1或2任一所述配方称取各种原料，然后将所有原料混合均匀；

3）将混匀后的原料加入至双螺杆挤出机中，挤出造粒后，得到高硬度的透明阻燃PC材料；其中，双螺杆挤出机的各区加工温度为250-270℃，螺杆转数为250-300RPM。