CN105694414A - 一种高含量玻纤增强无卤阻燃pc复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料及其制备方法，包括如下重量百分比的组分：聚碳酸酯50~60%；玻纤35~45%；增韧剂2~5%；阻燃剂8~20%；阻燃协效剂1~3%；润滑剂0.1~1%；抗氧剂0.1~1%；所述的聚碳酸酯为普通聚碳酸酯与硅氧烷共聚物中的两种复合物，本发明采用PC和硅氧烷形成共聚物，PC是一种性能优良的非晶型树脂，硅氧烷共聚物具有耐低温、耐化学腐蚀性、介电性能优良等优点。硅氧烷-PC共聚物综合了两者的优点，具有降低应力开裂性能和缺口敏感性能、提高低温冲击性能和耐候老化性能。

Description

一种高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于改性工程塑料领域，尤其涉及一种高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料及其制备方法。
背景技术
随着电子电器领域产品的发展，对材料性能的要求越来越高，尤其笔记本行业的发展，更轻薄更大的显示屏成为笔记本发展的趋势，于是对笔记本外壳材料的选择显得越来越举足轻重。
笔记本外壳材料主要包含如下几种;普通硬工程塑料外壳、金属外壳、碳纤维外壳、玻纤改性工程塑料外壳。
普通硬工程塑料外壳材料，常用的ABS料，强度不高且散热性差，长时间使用下容易产生不同程度的磨损和变形，这种材料逐渐被市场淘汰。铝镁合金类金属材料的特点强度高、散热好、抗压性好，但其缺点是信号屏蔽、加工困难、成本高、且长时间使用下易掉漆，色泽变暗，会造成划伤现象。碳纤维材质既拥有铝镁合金高雅坚固的特性，又有ABS工程塑料的高可塑性，且其强度和导热能力优于普通的ABS塑料，但是碳纤维的缺点是成本较高，成型困难，因此碳纤维机壳的形状一般都比较简单缺乏变化，另外着色也比较难。尼龙玻纤增强改性材料具有刚性强、易加工成型、成本较金属低，但是具有吸水性强，易变形、不易喷涂、散热性差的缺点。而聚碳酸酯玻纤增强改性材料，具有高刚性、尺寸稳定性好、耐化学性好、易喷涂的优点，所以越来越多的用于成型笔记本外壳材料。
玻纤含量较高时，由于玻纤形成的烛芯效应的影响，往往不能制取阻燃性能优异的材料，达不到使用要求，另外，在玻纤含量增加时，材料的韧性会急剧下降，使用过程中材料会容易造成断裂等破坏。
综合比较上述几种材质，如果能合理将聚碳酸酯和玻纤增强制备的改性材料能够具备优良的性能，将会受到市场的青睐。
发明内容
本发明的目的主要是针对上述现有技术中的不足而提出了一种高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料及其制备方法。
本发明针对以上问题进行了改良，制取的PC复合材料具有高达40%的玻纤含量，采取特殊的阻燃剂组合和用量，制取的PC复合材料具有非常优良的阻燃性能，可达到UL941.0mm，V0级，采取特殊改性的PC基材保证了复合材料的较高的韧性，且由于采用异形玻纤使制取的PC复合材料的整体机械性能非常优异。尤其是本发明制取的PC复合材料具有强度高、刚性好、尺寸稳定、易喷涂、耐化学性能好、阻燃性能优异，可用于笔记本等大型薄壁外壳材料。
为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：
一种高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料，包括如下重量百分比的组分：
聚碳酸酯50~60%；
玻纤35~45%；
增韧剂2~5%；
阻燃剂8~20%；
阻燃协效剂1~3%；
润滑剂0.1~1%；
抗氧剂0.1~1%；
所述的聚碳酸酯为普通聚碳酸酯与硅氧烷的两种复合物，普通聚碳酸酯与硅氧烷的重量比为20:1-5：1，其融指指数为7~30g/10min。
所述的玻纤为普通无碱玻纤和异形玻纤中的一种或两种的复合物；所述的异形玻纤为扁平或蛹形的短玻璃纤维。
所述的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（MBS）、聚乙烯辛烯共弹性体接枝马来酸酐或甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅共聚物的任一种及以上。
所述的阻燃剂为BDP（双酚A-双（二苯基磷酸酯））阻燃剂、聚硅氧烷阻燃剂、芳香族磺酸盐阻燃剂中的一种或几种。
所述的阻燃协效剂为硅酸盐或硅微粉的任一种及两种以上的混合物。
所述润滑剂是季戊四醇硬脂酸酯类（如PETS）、乙烯蜡或硅油中的一种或几种的混合物。
所述抗氧化剂是抗氧化剂1076、抗氧化剂168或抗氧剂626中的一种或一种以上的混合物。
一种高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比称取上述50~60份聚碳酸酯、2~5份增韧剂、8~20份阻燃剂、1~3份阻燃协效剂、0.1~1份润滑剂和0.1~1份抗氧剂；
(2)将所述组分投入高速混合机中混合10~30min，得到均一的混合物；
(3)将所述混合物于双螺杆挤出机中熔融挤出，将玻纤侧喂料加入，造粒、得到本发明的高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料。
其中双螺杆挤出机包括8个温控区，温控一区的温度为180-220℃；温控二区的温度为220～240℃；温控三区的温度为240～260℃；温控四区的温度为240～260℃；温控五区的温度为220～240℃；温控六区的温度为210～230℃；温控七区的温度为200～220℃；温控八区的温度为220～240℃；模头温度为250～270℃；转速为300-450r/min。
本发明的有益效果：
1.本发明基体材料中使用PC和硅氧烷得到两者的共聚物，PC是一种性能优良的非晶型树脂，具有优良的电绝缘性，延伸性、尺寸稳定性，高抗冲击强度等优点，硅氧烷高聚物具有耐低温、耐化学腐蚀性、介电性能优良，耐候性极好，分子链柔性极高，低表面张力和低表面能，可有效改善聚合物链段的运动能力。硅氧烷-PC共聚物综合了两者的优点，各方面大幅提高PC的性能，改善了PC的加工流动性能、降低应力开裂性能和缺口敏感性能、提高低温冲击性能和耐候老化性能，所以本发明制取的PC复合材料具有非常优良综合机械性能，尤其冲击强度很高。
2.本发明使用的阻燃剂为双酚A双（二苯基磷酸酯）、聚硅氧烷阻燃剂、芳香族磺酸盐阻燃剂中的一种或几种。阻燃协效剂为硅酸盐或硅微粉，通过调整阻燃剂的用量和与阻燃协效剂的搭配，有效避免了高玻纤含量下玻纤“灯芯效应“的产生，制得的复合材料的阻燃性能非常优良，可达到UL940.75mmV0稳定效果。
3.本发明使用的玻璃纤维为扁平或蛹形的异形短玻璃纤维，异形玻璃纤维可以提高玻璃纤维增强塑料强度和结合性能、具有优良的耐水性和耐酸性，较高的抗拉性强度和抗弯折性，且可减少制品的收缩和翘曲，塑件双向的性能差异很小。所以本发明制取的复合材料具有优异的机械强度和韧性，且表面效果非常优良。
具体实施方式
为了更详细地说明本发明，给出下述制备实例。但本发明的范围并不局限于此。
实施例1
(1)按配比称取上述46份聚碳酸酯、2份增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、11份阻燃剂双酚A双（二苯基磷酸酯）、0.5份润滑剂和0.1份抗氧剂1076和0.4份抗氧剂168；
(2)将所述组分投入高速混合机中混合10~30min，得到均一的混合物；
(3)将所述混合物于双螺杆挤出机中熔融挤出，将40份无碱玻纤侧喂料加入，造粒、得到PC复合材料。
其中双螺杆挤出机包括十个温控区，各区温度分别为;一区180-220℃，二区220-240℃，三区240-260℃，四区240-260℃，五区220-240℃，六区210-230℃，七区200-220℃，八区220-240℃，模头温度250-270℃，转速为300-450r/min.
实施例2
（1）称取26份聚碳酸酯、20份聚碳酸酯硅氧烷-PC共聚物、2份增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、11份阻燃剂双酚A双（二苯基磷酸酯）、0.5份润滑剂和0.1份抗氧剂1076和0.4份抗氧剂168；
(2)将所述组分投入高速混合机中混合10~30min，得到均一的混合物；
(3)将所述混合物于双螺杆挤出机中熔融挤出，将40份无碱玻纤侧喂料加入，造粒、得到PC复合材料。
其中双螺杆挤出机包括十个温控区，各区温度分别为;一区180-220℃，二区220-240℃，三区240-260℃，四区240-260℃，五区220-240℃，六区210-230℃，七区200-220℃，八区220-240℃，模头温度250-270℃，转速为300-450r/min.
实施例3
（1）称取26份聚碳酸酯、20份硅氧烷-PC共聚物、2份增韧剂甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅共聚物、8份阻燃剂双酚A双（二苯基磷酸酯）、3份硅酸盐、0.5份润滑剂和0.1份抗氧剂1076和0.4份抗氧剂168；
(2)将所述组分投入高速混合机中混合10~30min，得到均一的混合物；
(3)将所述混合物于双螺杆挤出机中熔融挤出，将30份无碱玻纤和10份异形玻纤侧喂料加入，造粒、得到PC复合材料。
其中双螺杆挤出机包括十个温控区，各区温度分别为;一区180-220℃，二区220-240℃，三区240-260℃，四区240-260℃，五区220-240℃，六区210-230℃，七区200-220℃，八区220-240℃，模头温度250-270℃，转速为300-450r/min.
实施例4
（1）称取26份聚碳酸酯、20份硅氧烷-PC共聚物、2份增韧剂甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅共聚物、8份阻燃剂双酚A双（二苯基磷酸酯）、3份硅酸盐、0.5份润滑剂和0.1份抗氧剂1076和0.4份抗氧剂168；
(2)将所述组分投入高速混合机中混合10~30min，得到均一的混合物；
(3)将所述混合物于双螺杆挤出机中熔融挤出，将20份无碱玻纤、20份异形玻纤侧喂料加入，造粒、得到PC复合材料。
其中双螺杆挤出机包括十个温控区，各区温度分别为;一区180-220℃，二区220-240℃，三区240-260℃，四区240-260℃，五区220-240℃，六区210-230℃，七区200-220℃，八区220-240℃，模头温度250-270℃，转速为300-450r/min.
表1：各实施例的性能测试结果
单位 测试条件 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
弯曲模量 Mpa 2.0mm/min ASTM D790 9804 10202 10650 10880
弯曲强度 Mpa 2.1mm/min ASTM D790 126 180 220 230
拉伸强度 Mpa 50mm/min ASTM D638 19 75 90 104
断裂伸长率 % 50mm/min ASTM D639 1.1 1.5 2.1 2.5
缺口冲击强度 J/m 23℃ ASTM D256 54 90 120 148
熔融指数 g/10min 260℃/5.0kg ASTM D1238 16 11 18 20
热变形温度HDT ℃ 1.82MPa ASTM D648 86 85 95 96
燃烧特性 UL94 1.5/V0 1.5/V0 1.0/V0 1.0/V0
有上表1可以看出：
制取的40%含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料可达到非常优异的阻燃等级，实施例1和实施例2中单纯使用一种阻燃剂条件下，阻燃可达到UL941.5mm/V0级别，实施例3和实施例4中在使用阻燃剂和阻燃协效剂共同作用下，阻燃级别可达到UL94,1.0mm/V0的阻燃效果，说明阻燃协效剂的加入对提高复合材料的阻燃性能具有非常优异的效果。另外本发明制取的复合材料仍具有优异的机械性能，缺口冲击强度可达到148J/m,与普通条件下制取40%玻纤增强PC复合材料相比，性能非常优异。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：
聚碳酸酯50~60%；
玻纤35~45%；
增韧剂2~5%；
阻燃剂8~20%；
阻燃协效剂1~3%；
润滑剂0.1~1%；
抗氧剂0.1~1%；
所述的聚碳酸酯为普通聚碳酸酯与硅氧烷中的两种复合物，普通聚碳酸酯与硅氧烷的重量比为20:1-5：1，其融指指数为7~30g/10min。
2.如权利要求1所述的高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料，其特征在于：所述的玻纤为普通无碱玻纤和异形玻纤中的一种或两种的复合物；所述的异形玻纤为扁平或蛹形的短玻璃纤维。
3.如权利要求1所述的高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（MBS）、聚乙烯辛烯共弹性体接枝马来酸酐或甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-有机硅共聚物的任一种及以上。
4.如权利要求1所述的高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂为BDP（双酚A-双（二苯基磷酸酯））阻燃剂、聚硅氧烷阻燃剂、芳香族磺酸盐阻燃剂中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料，其特征在于：，所述的阻燃协效剂为硅酸盐或硅微粉的任一种及两种以上的混合物。
6.如权利要求1所述的高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料，其特征在于：所述润滑剂是季戊四醇硬脂酸酯类（如PETS）、乙烯蜡或硅油中的一种或几种的混合物。
7.如权利要求1所述的高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料，其特征在于：所述抗氧化剂是抗氧化剂1076、抗氧化剂168或抗氧剂626中的一种或一种以上的混合物。
8.一种高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按配比称取上述50~60份聚碳酸酯、2~5份增韧剂、8~20份阻燃剂、1~3份阻燃协效剂、0.1~1份润滑剂和0.1~1份抗氧剂；
(2)将所述组分投入高速混合机中混合10~30min，得到均一的混合物；
(3)将所述混合物于双螺杆挤出机中熔融挤出，将玻纤侧喂料加入，造粒、得到权利要求1-7任一项所述的高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料。
9.根据权利要求8所述的高含量玻纤增强无卤阻燃PC复合材料的制备方法，其特征在于：
其中双螺杆挤出机包括8个温控区，温控一区的温度为180-220℃；温控二区的温度为220～240℃；温控三区的温度为240～260℃；温控四区的温度为240～260℃；温控五区的温度为220～240℃；温控六区的温度为210～230℃；温控七区的温度为200～220℃；温控八区的温度为220～240℃；模头温度为250～270℃；转速为300-450r/min。
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