CN105968764A - 一种安全帽用pc/abs塑料合金及其制备方法 - Google Patents

一种安全帽用pc/abs塑料合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种安全帽用PC/ABS塑料合金及其制备方法。一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于由下列重量份的原材料组成：PC：70份；ABS：10～30份；增韧剂：5～20份；增容剂：2～10份；阻燃剂：5～10份；紫外线吸收剂：1～5份；光稳定剂：1～5份；抗氧化剂：1～5份；TiO2：1～10份；抗静电剂:2～8份。通过各成份的合理组配，本发明的安全帽用PC/ABS塑料合金具有以下优点：高耐冲击强度、抗老化、抗静电、无卤阻燃。由本发明的PC/ABS塑料合金制造的安全帽，各项检测指标远远高于GB 2811‑2007安全帽国家标准，耐候抗老化性能优越安全可靠，适用于建筑工地、井下、矿山等多种工况条件。

Description

一种安全帽用PC/ABS塑料合金及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种安全帽用PC/ABS塑料合金及其制备方法。
【背景技术】
目前建筑、采矿、机械工业等行业普遍使用ABS材质的安全帽。ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂)具有耐热、表面硬度高、尺寸稳定的优点，同时电绝缘性能良好，很少受温度、湿度的影响，而且在很大的频率变化范围内保持恒定。另外其化学性能也很好，对水、无机盐、碱及酸类几乎没有影响。但ABS安全帽的缺点是不耐燃烧，不耐低温，抗老化性能较差，在恶劣环境下使用力学性能下降得很快，往往因未及时更换对佩戴者失去保护。PC(聚碳酸酯)具有冲击强度高、抗蠕变、尺寸稳定性好、耐热、透明、介电性能优良等优点；但同时也存在加工流动性差、容易发生应力开裂、对缺口敏感、耐磨性差等缺点。PC与和ABS按一定的比例合成的合金材料性能上可互补。不仅共混合金的耐热性、冲击强度以及拉伸强度优于ABS，而且其熔体粘度比PC低，加工性能好，制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性都大大降低。用于安全帽的PC/ABS合金要求高韧性、抗老化、抗静电，通常采用有界面改性作用的弹性体以改善两者间的粘结，力求赋予复合材料高的冲击韧性，而往往在提高材料冲击强度的同时，材料的拉伸强度下降。而采用增韧剂和刚性增容剂对PC/ABS合金进行增韧改性，在一定程度上减小材料强度方面损失的同时，显著提高了材料的缺口冲击强度，取得了良好的效果。含卤阻燃剂PC/ABS复合材料的阻燃中有较多的应用，但其存在一些显著的缺陷，例如材料在燃烧过程中会产生较多的烟和有毒气体，对环境的影响非常大。随着人们环保和安全意识的增强，对环境友好性的要求越来越高，国际上也开始限制含卤阻燃剂的使用，相继出台了多部指令，使用无卤阻燃剂成为现今的潮流和趋势。
目前开发出安全帽用高耐冲击强度、抗老化、抗静电、无卤阻燃PC/ABS塑料合金，对保护广大劳动者的人身安全有重要的意义。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种安全帽用高耐冲击强度、抗老化、抗静电、无卤阻燃PC/ABS塑料合金及其制备方法。
本发明的一种安全帽用PC/ABS塑料合金是通过以下技术方案实现的：
一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于由下列重量份的原材料组成：
PC：70份；
ABS：10～30份；
增韧剂：5～20份；
增容剂：2～10份；
阻燃剂：5～10份；
紫外线吸收剂：1～5份；
光稳定剂：1～5份；
抗氧化剂：1～5份；
TiO2：1～10份；
抗静电剂:2～8份。
所述增韧剂是MBS。
所述增容剂是SMA。
所述阻燃剂是PPSQ。
所述紫外线吸收剂是苯并三唑类紫外线吸收剂。
所述光稳定剂是巴斯夫CHIMASSORB 119FL。
所述抗氧化剂是季戊四醇二亚磷酸酯类抗氧剂。
所述抗静电剂是聚苯乙烯磺酸钠。
一种安全帽用PC/ABS塑料合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将PC在120℃下烘干处理4小时，ABS在80℃下烘干处理6小时；
2)将TiO2与PPSQ充分混合，然后与PC、ABS及其他助剂经双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度215～255℃，喂料转速为10Hz，主机转速为15Hz。
MBS树脂是甲基丙烯酸甲酯(M)，丁二烯(B)及苯乙烯(S)的三元共聚物，它具有典型的核-壳结构。MBS的加入，提高了PC和ABS间的相容性，降低了两相界面间的张力，从而使合金材料在热力学性质上的均匀性得到了改善。对于具有核-壳结构的MBS来说，其外层的壳层甲基丙烯酸甲酯相与PC相具有较好的相容性，内层橡胶相的核层与ABS具有较好的相容性，因此可以明显改善PC和ABS的相界面作用。在一定范围内，PC/ABS合金的冲击强度随着MBS用量的增加而增大，这是由于熔融共混过程中，MBS在PC和ABS之间形成了与其具有较好相容性的第三组分，该组分在PC和ABS相界面上起到界面活性剂的作用，降低了两相组分间的界面张力，使PC与ABS的相界面结合力增强，ABS的分散相尺寸减小，PC和ABS两相分散均匀、稳定，提高了材料的韧性。MBS中的橡胶相在材料受到应力时能够引发银纹，改善材料的冲击强度，提高材料的韧性。MBS在增加PC/ABS相容性的同时，还能提高PC/ABS合金体系的韧性。
为了进一步改善PC与ABS之间的相容性，提高塑料合金的力学性能，采用苯乙烯马来酸酐树脂(SMA)为界面改性剂。随着SMA用量的增加PC/ABS合金缺口冲击强度显著提高，SMA中含有极性的马来酸酐基团，在PC与SMA共混过程中，PC的酚端基一OH或端羧基会与SMA的酸酐官能团发生反应，界面粘结作用增强，提高了PC与SMA的相容性，而SMA中的苯乙烯链段与ABS具有较好的相容性，SMA提高了PC与ABS的界面强度，另外SMA与MBS复合起来以后，增容作用具有明显的协同效应，当材料受到冲击时，复合体能承受更大的载荷，缺口冲击强度明显增强。
使用一定量的梯形结构的聚苯基倍半硅氧烷(PPSQ)阻燃PC/ABS复合材料，会在复合材料表面生成一层硅系氧键或硅碳键的陶瓷类物质，该保护层隔氧绝热，既阻止了燃烧产生的物质向外溢出，又抑制了基材的热分解，从而达到阻燃、低烟、低毒的目标。
PC/ABS的热稳定性与PC和ABS的热稳定性都有关系。由于PC含有强极性的酯基，其在热的条件下极易受微量水分、酸碱离子、ABS合成中残留助剂等的影响而发生降解，其在单纯的高温、高剪切情况下即可发生异丙基链断裂、碳酸键重排等反应，而在微量的水分、醇、ABS合成中残留的碱性电解质及催化剂、阻燃剂、HALS、金属盐等的作用下会极大加剧降解速率，改善的方法主要是添加抗氧剂和粒料充分干燥。抗氧剂作用机理是捕捉降解过程中产生的自由基和分解氢过氧化物。PC加工时由于酯基对水分的强敏感性，要求水分含量＜0.02％。抗氧化剂S-9228季戊四醇二亚磷酸酯具备优良的高温稳定性和高温下的低挥发性，优异的在空气中和聚合物内的稳定性并且加工过程中卓越的抗黄变和高温降解保护，适合PC/ABS塑料合金的加工。并且S-9228即使暴露在潮湿的环境里仍能保持优异的水解稳定性，不会像其它亚磷酸酯产品产生结焦现象。而结焦会使聚合物出现污点并堵塞挤出系统的过滤网。
PC/ABS复合材料中丁二烯所含双键在紫外线作用下，易氧化降解，在350nm以下波长的紫外线照射时，氧化作用更强烈，其氧化速度与光的强度和波长的对数成正比。变硬发脆是塑料合金在紫外线和热作用下的老化特征。巴斯夫CHIMASSORB 119FL是一种非聚合型高分子量的受阻胺类光稳定剂。其相较于其他受阻胺类光稳定剂优点显著，可以增强着色聚烯烃制品的色度。由于它的大分子结构，它适用于所有要求低挥发性和高抗迁移性的领域。CHIMASSORB 119FL还是一种有效的抗氧剂，可显著改善聚烯烃的长效热稳定性。
苯并三唑类紫外线吸收剂UV-571，能赋予各种聚合物以良好的光稳定性。易溶解在多种溶媒，单体，或中间体中，且在水基粘合剂中很容易地乳化。而且紫外线吸收剂UV-571具有对多种基材较高的相容性，以及在高温情况下的低挥发性，和较高的吸收和防护效率的特性。
聚苯乙烯磺酸钠PSS能赋于制品很好的抗静电性，并且受环境的湿度影响很小。高分子永久型抗静电剂是亲水性聚合物。当其和高分子基体共混后，首先由于其分子链的运动能力较强，分子间便于质子移动，通过离子导电来传导和释放产生的静电荷；其次，抗静电能力是通过其特殊的分散形态体现，高分子永久型抗静电剂主要是在制品表层呈现微细的层状或筋状分布，构成导电性表层，而在中心部分呈球状分布，形成芯壳结构，以之为通路泄漏静电荷。
纳米级二氧化钛由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，从而对紫外线有更强的阻隔能力。纳米级TiO2、受阻胺光稳定剂和ABS熔融共混，改性后的复合材料具有较好的抗老化性能，纳米TiO2与HALS复合改性ABS对其耐候性的提高具有明显的协同作用。有机硅改性后TiO2能有效抑制PC/ABS复合材料的热降解情况，TiO2的加入还有一定增韧效果。
通过各成份的合理组配，本发明的安全帽用PC/ABS塑料合金具有以下优点：高耐冲击强度、抗老化、抗静电、无卤阻燃。由本发明的PC/ABS塑料合金制造的安全帽，各项检测指标远远高于GB 2811-2007安全帽国家标准，耐候抗老化性能优越安全可靠，适用于建筑工地、井下、矿山等多种工况条件。
【具体实施方式】
以下通过实施例来进一步说明本发明，这些实施例对本发明不起限制作用。
实施例中紫外线吸收剂是巴斯夫汽巴UV-571，光稳定剂是巴斯夫CHIMASSORB119FL，抗氧化剂是Dover(都福)Doverphos S-9228。
实施例一
安全帽用PC/ABS塑料合金，由下列重量份的原材料组成：PC：70份；ABS：30份；增韧剂MBS：20份；增容剂SMA：4份；阻燃剂PPSQ：8份；紫外线吸收剂UV-571：1份；光稳定剂CHIMASSORB 119FL：2份；抗氧化剂S-9228：3份；TiO2：7份；抗静电剂PSS:2份。
实施例二
安全帽用PC/ABS塑料合金，由下列重量份的原材料组成：PC：70份；ABS：28份；增韧剂MBS：15份；增容剂SMA：4份；阻燃剂PPSQ：8份；紫外线吸收剂UV-571：1份；光稳定剂CHIMASSORB 119FL：2；抗氧化剂S-9228：3份；TiO2：7份；抗静电剂PSS:2份。
实施例三
安全帽用PC/ABS塑料合金，由下列重量份的原材料组成：PC：70份；ABS：25份；增韧剂MBS：10份；增容剂SMA：8份；阻燃剂PPSQ：9份；紫外线吸收剂UV-571：2份；光稳定剂CHIMASSORB 119FL：1份；抗氧化剂S-9228：3份；TiO2：8份；抗静电剂PSS:4份。
实施例四
安全帽用PC/ABS塑料合金，由下列重量份的原材料组成：PC：70份；ABS：20份；增韧剂MBS：6份；增容剂SMA：2份；阻燃剂PPSQ：6份；紫外线吸收剂UV-571：2份；光稳定剂CHIMASSORB 119FL：1份；抗氧化剂S-9228：2份；TiO2：5份；抗静电剂PSS:4份。
实施例五
安全帽用PC/ABS塑料合金，由下列重量份的原材料组成：PC：70份；ABS：10份；增韧剂MBS：5份；增容剂SMA：6份；阻燃剂PPSQ：10份；紫外线吸收剂UV-571：1份；光稳定剂CHIMASSORB 119FL：2份；抗氧化剂S-9228：2份；TiO2：9份；抗静电剂PSS:6份。
安全帽用PC/ABS塑料合金塑料合金的制备方法包括如下步骤：
1)将PC在120℃下烘干处理4小时，ABS在80℃下烘干处理6小时；
2)TiO2与PPSQ在高速加热混合机中充分混合，然后与PC、ABS及其他助剂215～255℃经双螺杆挤出机挤出造粒，喂料转速为10Hz，主机转速为15Hz。
安全帽样品的制备方法包括如下步骤：
粒料在100℃下烘干处理4h后，用注塑机制样帽，料筒温度：喂料区50～70℃，熔料温度215～245℃，料筒恒温200℃，模具温度70～90℃，注射压力80～150MPa(800～1500bar)，保压压力：注射压力的40％～50％以避免制品发生缩壁；为了使制品的内应力最小化，保压压力应该尽可能设置低背压5～10MPa(50～100bar)，避免产生摩擦热，注射速度：中等注射速度，将摩擦热降至最小。样帽成型后在(20±2)℃、(50±5)％湿度环境中放置24h，用于性能测试。
产品性能测试见表1。
生产设备仪器：高速加热混合机SHR-10A；双螺杆挤出机SHJ-65；注塑机HYT500C。安全帽冲击吸收及耐穿透性能测试仪AQM-CJ-C；安全帽侧向刚性试验仪AQM-GX；温度调节箱(50±2)℃、(-10±2)℃、(-20±2)℃；水槽：有足够体积使安全帽完全浸没在水中，水温恒定在(20±2)℃；紫外线照射箱：箱内有足够空间，保证安全帽被摆放在均匀辐射区域，并且不触碰箱体内壁；头模：符合《安全帽测试方法》GB/T 2812-2006标准附录A的规定。
产品性能测试标准：《安全帽》GB 2811-2007，《安全帽测试方法》GB/T 2812-2006
表一
由本发明的高耐冲击强度抗老化抗静电阻燃PC/ABS塑料合金制造的安全帽，各项检测指标远远高于GB 2811-2007安全帽国家标准。其中实施例一在冲击吸收性能测试中经高温、低温、浸水、紫外线照射四种预处理条件下测试，传递到头模上的力最小；侧向刚性测试中最大变形、残余变形两个指标均是各实施例中最小；耐低温性能测试中冲击测试传递到头模上的力最小；其他耐穿刺性能、防静电性能、阻燃性能测试结果在所有实施例中处于中等水平，综合性能实施例一最优。测试结果表明本发明各实施例性能受高温、低温、紫外线照射影响下降幅度很少，耐候抗老化性能优越安全可靠，适用于建筑工地、井下、矿山等多种工况条件。

Claims (9)

1.一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于由下列重量份的原材料组成：
PC：70份；
ABS：10～30份；
增韧剂：5～20份；
增容剂：2～10份；
阻燃剂：5～10份；
紫外线吸收剂：1～5份；
光稳定剂：1～5份；
抗氧化剂：1～5份；
TiO2：1～10份；
抗静电剂:2～8份。
2.如权利要求1所述的一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于：所述增韧剂是MBS。
3.如权利要求1所述的一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于：所述增容剂是SMA。
4.如权利要求1所述的一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于：所述阻燃剂是PPSQ。
5.如权利要求1所述的一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于：所述紫外线吸收剂是苯并三唑类紫外线吸收剂。
6.如权利要求1所述的一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于：所述光稳定剂是巴斯夫CHIMASSORB 119FL。
7.如权利要求1所述的一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于：所述抗氧化剂是季戊四醇二亚磷酸酯类抗氧剂。
8.如权利要求1所述的一种安全帽用PC/ABS塑料合金，其特征在于：所述抗静电剂是聚苯乙烯磺酸钠。
9.一种如权利要求1至8任一所述的安全帽用PC/ABS塑料合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将PC在120℃下烘干处理4小时，ABS在80℃下烘干处理6小时；
2)将TiO2与阻燃剂充分混合，然后与PC、ABS及其他助剂经双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度215～255℃，喂料转速为10Hz，主机转速为15Hz。
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