CN106317846A - 一种阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，包括以下重量份数的组分：100份聚酮、60‑150份扁平玻璃纤维、5‑30份磷系阻燃剂、1‑5份抗氧剂、1‑5份润滑剂，另外还公开了该组合物的制备方法；本发明通过在聚酮中添加一定量的扁平玻璃纤维及磷系阻燃剂，相对于玻纤增强耐高温尼龙，具有高流动性易于产品成型、减少浮纤、成型温度更低、生产效率更高、拉伸强度和冲击强度更大，并且价格便宜，工艺科学，制作方便，使用寿命长，适用性广，有利于大批量工业化生产；可以应用在发动机盖罩、燃油罐、燃油管等对材料刚性要求高的产品上。

Description

一种阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体是涉及一种阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物及其制备方法。
背景技术
聚酮（简称POK），是指由含有一氧化碳产生的单元和由一种或多种烯烃产生的单元合成的新型绿色聚合物材料，作为一种工程塑料，拥有许多优异的性能，如优异的耐化学性和耐水解稳定性、摩擦性能、阻燃性、耐燃油性，并且具有高热变形温度、高冲击强度、高气体阻隔性等，可应用于工业齿轮、座椅配件、汽车燃油系统、引擎盖、汽车外部组件、阻隔管、电气部件等。像汽车燃油系统等需要高刚性部件，目前主要使用价格昂贵的玻纤增强耐高温尼龙和玻纤增强聚苯硫醚材料，考虑到聚酮具有优异的耐磨性，但刚性偏低，需要改进。有鉴于此，实有必要开发一种高物性玻纤增强聚酮树脂组合物，以解决聚酮刚性偏低的问题，从而扩展聚酮材料的应用范围。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，使其得到在弯曲模量、冲击强度和耐磨性方面俱佳的产品。
本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供了一种阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，包括以下重量份数的组分：100份聚酮、60-150份扁平玻璃纤维、5-30份磷系阻燃剂、1-5份抗氧剂、1-5份润滑剂。
本发明中所述的聚酮是指由含有一氧化碳产生的单元和由一种或多种烯烃产生的单元合成的聚合物材料，平均分子量范围可选1000-200000，特别是在10000-100000，既包括通过自由基聚合产生的无规聚酮，也包括线性交替聚酮。
合适的烯烃单元是由C2至C12α-烯烃或其取代衍生物，或苯乙烯、或烷基取代的苯乙烯衍生物产生的，推荐的烯烃是从C2到C6 的正构α-烯烃，特别推荐的是由乙烯和一种或多种C3至C6的正构α-烯烃；其中乙烯单元和C3至C6正构α-烯烃单元的摩尔比高于或等于1，特别是在2到30之间。
最优选的是在环境温度为240℃，负荷为2.16Kg时，所述聚酮的熔融指数为30-90g/10min,在该范围内聚酮具有较佳的加工流动性。
本发明中所述的扁平玻璃纤维选自E-玻璃纤维、A-玻璃纤维、C-玻璃纤维、D-玻璃纤维、M-玻璃纤 维S-玻璃纤维或R-玻璃纤维或其混合物，这些纤维的表面可以是经过处理的也可以是非处理的，其中表面处理可以是环氧硅烷或氨基硅烷包覆，也可以是钛酸酯处理。
所述扁平玻璃纤维可以是具有2-50mm长度的短玻璃的形式，能使产品表面更优，而且制备过程中与其它组分更容易分散均匀。
所述扁平玻璃纤维具有8-30μm的主横截面轴直径和4-15μm的次横截面直径；其扁平率为2-10，扁平率在这里指玻璃纤维主横截面轴直径与次横截面轴直径的尺寸比率；如果玻璃纤维的扁平率小于2，导致了材料出现明显的各向异性，注塑制品时容易出现翘曲变形；如果扁平率大于10，则玻璃纤维的短径尺寸也会随之降低，在挤出造粒过程中，玻璃纤维容易被剪断，造成力学性能下降明显；其扁平率优选3-8，除了能大幅改善材料的各向异性，还能同时提高组合物的流动性、强度及刚性。
所述扁平玻璃纤维优选为GF 3PA-830，其能使成品兼具有较佳的表观性状和刚性。
可选地，所述磷系阻燃剂为无机磷系阻燃剂、有机磷系阻燃剂或复合型磷系阻燃剂中的一种或多种；其中无机磷系阻燃剂包括选自磷酸铵、磷酸氢二铵或磷酸二氢铵的磷酸盐，选自次磷酸铝或次磷酸钙的次磷酸盐等；有机类磷系阻燃剂包括可选为卤代磷酸酯、无卤磷酸酯、次磷酸酯、膦酸酯或有机磷盐等；复合型磷系阻燃剂包括选自双磷酸季戊四醇酯蜜胺盐的膨胀型阻燃剂等。
可选地，所述磷系阻燃剂的添加量为5-30重量份；所述磷系阻燃剂添加量低于5重量份时，无法起到阻燃效果；高于30重量份时，则组合物的物性下降严重；磷系阻燃剂的添加量更佳的为10-20重量份，能使制得的材料成品显示出极佳的耐热稳定性、抗黄变性能，对器件腐蚀性小。
可选地，所述磷系阻燃剂中磷重量含量在7-40%，能达到更优的阻燃效果；所述的磷系阻燃剂优选为阻燃剂OP1230，其无需预处理、阻燃效率高、热稳定性出色尤其在高熔融加工温度下显示出极佳的耐热稳定性、抗黄变性能。
可选地，所述抗氧剂的添加量为1-5份，优选两种或两种以上的抗氧剂联合添加；抗氧剂优选能与其它组分混合均匀的有机类抗氧剂，包括受阻酚类抗氧剂，如抗氧剂1076，化学名为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯或包括亚磷酸酯类辅助型抗氧剂，如抗氧剂626，化学名为双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯；前者对光稳定，不易变色、相容性好；后者具有明显的抗黄变、高透明性、对聚合物的色泽有良好的保护作用，能提高聚合物加工过程的热稳定性。
可选地，所述的润滑剂的添加量为1-5份，用于材料加工过程中改进流动性和脱模型，防止在机内或模具内粘着而产生鱼眼等缺陷，使材料成品具有很高的外观质量；润滑剂加入少于1份时，材料制备过程中流动性不好，而且外观有粗糙感；加入多于5份时，由于削弱了分子间的相互作用，从而使拉伸和弯曲强度有所下降。
可选地，所述阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物中还包括静电防止剂、紫外线吸收剂、脱模剂及着色剂中的至少一种。
本发明提供了一种阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：分别称取相应重量的各组分，利用单轴搅拌桶高速搅拌混合均匀，将上述混合物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，再经造粒机切粒，生成的粒料在80-90℃烘箱中干燥2-4小时，然后通过注塑成型得到；所述单轴搅拌桶的转速为800-1500r/min，所述挤出机温度为200-280℃。
相较于现有技术，本发明的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，通过在聚酮中添加一定量的扁平玻璃纤维及磷系阻燃剂，相对于玻纤增强耐高温尼龙，具有更优异的性能，表现在高流动性易于产品成型、减少浮纤、成型温度更低、生产效率更高、更加优异的耐化学性、耐水解稳定性、耐燃油性、摩擦性，更高的拉伸强度、冲击强度，并且价格远低于玻纤增强耐高温尼龙材料；工艺科学，制作方便，使用寿命长，适用性广，有利于大批量工业化生产；可以应用在发动机盖罩、燃油罐、燃油管等对材料刚性要求高的产品上。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。
本发明所用的原材料均从以下公司购得：
聚酮：东莞市阳光企业有限公司生产（在环境温度为240℃，负荷为2.16 Kg时，聚酮的熔融指数为60 g/10min）；
阻燃剂OP1230：磷含量23-24%，广州喜嘉化工有限公司生产；
扁平玻璃纤维GF 3PA-830：Nittobo公司生产；
圆形玻璃纤维GF 510：Jushi公司生产；
抗氧剂1076：山东君瑞医药科技有限公司生产；
抗氧剂626：苏州市集信商贸有限公司生产；
润滑剂P12：佛山市维盛行贸易有限公司生产；
耐高温增强尼龙： Zytel® HTN 53G50HSLR，杜邦公司生产
为对本发明的目的、技术手段及技术功效有进一步的了解，现结合具体实施例说明如下。
实施例1
分别称取100份聚酮、80份扁平玻璃纤维GF 3PA-830、10份阻燃剂OP1230、1份抗氧剂1076、1份抗氧剂626和3份润滑剂P12，利用单轴搅拌桶高速搅拌混合均匀，将上述混合物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，再经造粒机切粒，生成的粒料在80℃烘箱中干燥2.5小时，然后通过注塑成型得到；所述单轴搅拌桶的转速为1000r/min，所述挤出机温度为200-280℃，注塑机温度设置为280℃，注塑压力为70-120bar。
实施例2
分别称取100份聚酮、80份扁平玻璃纤维GF 3PA-830、30份阻燃剂OP1230、1份抗氧剂1076、1份抗氧剂626和3份润滑剂P12，利用单轴搅拌桶高速搅拌混合均匀，将上述混合物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，再经造粒机切粒，生成的粒料在80℃烘箱中干燥2.5小时，然后通过注塑成型得到；所述单轴搅拌桶的转速为1000r/min，所述挤出机温度为200-280℃，注塑机温度设置为280℃，注塑压力为70-120bar。
实施例3
分别称取100份聚酮、150份扁平玻璃纤维GF 3PA-830、30份阻燃剂OP1230、1份抗氧剂1076、1份抗氧剂626和3份润滑剂P12，利用单轴搅拌桶高速搅拌混合均匀，将上述混合物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，再经造粒机切粒，生成的粒料在80℃烘箱中干燥2.5小时，然后通过注塑成型得到；所述单轴搅拌桶的转速为1000r/min，所述挤出机温度为200-280℃，注塑机温度设置为280℃，注塑压力为70-120bar。
实施例4
分别称取100份聚酮、60份扁平玻璃纤维GF 3PA-830、5份阻燃剂OP1230、1份抗氧剂1076、1份抗氧剂626和3份润滑剂P12，利用单轴搅拌桶高速搅拌混合均匀，将上述混合物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，再经造粒机切粒，生成的粒料在80℃烘箱中干燥2.5小时，然后通过注塑成型得到；所述单轴搅拌桶的转速为1000r/min，所述挤出机温度为200-280℃，注塑机温度设置为280℃，注塑压力为70-120bar。
对比例1
分别称取100份聚酮、80份圆形玻璃纤维GF 510、10份阻燃剂OP1230、1份抗氧剂1076、1份抗氧剂626和3份润滑剂P12，利用单轴搅拌桶高速搅拌混合均匀，将上述混合物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，再经造粒机切粒，生成的粒料在80℃烘箱中干燥2.5小时，然后通过注塑成型得到；所述单轴搅拌桶的转速为1000r/min，所述挤出机温度为200-280℃，注塑机温度设置为280℃，注塑压力为70-120bar。
对比例2
分别称取100份耐高温增强尼龙、60份扁平玻璃纤维GF 3PA-830、5份阻燃剂OP1230、1份抗氧剂1076、1份抗氧剂626和3份润滑剂P12，利用单轴搅拌桶高速搅拌混合均匀，将上述混合物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，再经造粒机切粒，生成的粒料在80℃烘箱中干燥2.5小时，然后通过注塑成型得到；所述单轴搅拌桶的转速为1000r/min，所述挤出机温度为200-280℃，注塑机温度设置为280℃，注塑压力为70-120bar。
以上各实施例及对比例熔融挤出造粒后，然后在注塑机上注塑成型，按照GB标准测试所得材料的机械性能，根据ISO527测试材料的拉伸强度，根据ISO178测试材料的弯曲性能，根据ISO 179测试材料的冲击性能，根据GB/T1410-2006采用三电极法测定材料表面电阻值，并换算成对应的表面电阻率；采用UL94燃烧仪对材料（1.2mm或0.4mm）的阻燃性质进行测定，具体结果见下表1所示。
表1：实施例及对比例的测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
比重（g/cm3） 1.51 1.51 1.68 1.48 1.51 1.64
拉伸强度(MPa) 180 175 240 173 150 155
断裂伸长率(%) 2.1 2.1 1.7 2.1 2.5 2.5
弯曲强度(MPa) 250 245 340 242 200 205
弯曲模量(MPa) 11000 10800 17000 10700 8000 8500
冲击强度(KJ/m2) 17 17 18 16 11 13
阻燃等级 1.2mm V-0 0.4mm V-0 0.4mmV-0 1.2mm V-0 1.2mm V-0 0.4mm V-0
热变形温度(℃) 255 255 270 250 240 260
从表中测试结果表明：
从实施例1和对比例1可以看出，采用扁平式玻纤相对圆形玻璃纤维得到的阻燃型增强聚酮材料，材料性能都有较大程度的提高，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量至少提高10%以上，特别是冲击强度提高了54.5%，而且热变形温度也升高。
从实施例1和实施例2可以看出，随着阻燃剂含量的增加，阻燃等级大幅度提高，在较低的材料厚度就能实现V-0阻燃等级，其他物性影响不大。
从实施例2和实施例3可以看出，随着扁平玻璃纤维含量的增加，材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和热变形温度都有明显提高。
从实施例4和对比例2可以看出，扁平玻纤含量相同时，增强聚酮材料的物性优于增强尼龙材料，并且原料价格远远低于增强尼龙。
上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，其特征在于，包括以下重量份数的组分：100份聚酮、60-150份扁平玻璃纤维、5-30份磷系阻燃剂、1-5份抗氧剂、1-5份润滑剂。
2.根据权利要求1所述的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，其特征在于：所述的聚酮在环境温度为240℃，负荷为2.16 Kg时的熔融指数为30-90 g/10min。
3.根据权利要求1所述的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，其特征在于：所述的扁平玻璃纤维具有8-30μm的主横截面轴直径和4-15μm的次横截面直径。
4.根据权利要求1所述的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，其特征在于：所述的扁平玻璃纤维的扁平率为2-10。
5.根据权利要求4所述的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，其特征在于：所述的扁平玻璃纤维的扁平率为3-8。
6.根据权利要求5所述的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，其特征在于：所述的扁平玻璃纤维为GF 3PA-830。
7.根据权利要求1所述的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，其特征在于：所述的磷系阻燃剂为无机磷系阻燃剂、有机磷系阻燃剂或复合型磷系阻燃剂，其重量份数为10-20份。
8.根据权利要求7所述的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，其特征在于：所述的磷系阻燃剂中磷重量含量为7-40%。
9.根据权利要求8所述的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物，其特征在于：所述的磷系阻燃剂为阻燃剂OP1230。
10.一种权利要求1所述的阻燃型扁平玻纤增强的聚酮树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：分别称取相应重量的各组分，利用单轴搅拌桶高速搅拌混合均匀，将上述混合物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，再经造粒机切粒，生成的粒料在80-90℃烘箱中干燥2-4小时，然后通过注塑成型得到；所述单轴搅拌桶的转速为800-1500r/min，所述挤出机温度为200-280℃。
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