CN106633752B - 一种无卤阻燃pc\abs合金材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无卤阻燃PC\ABS合金材料及其制备方法和用途，所述PC\ABS合金材料按重量份计由以下组分制备得到：ABS树脂8～24份、PC树脂56～72份、相容剂3～5份、无卤阻燃剂11～15份、耐热剂0～3份、高耐热树脂0～4份且不为0、抗滴落剂0～0.4份且不为0和助剂0.5～1份。本发明通过优化PC\ABS合金材料中树脂原料的用量配比，通过加入高耐热性树脂和抗滴落剂，不仅可以减少无卤阻燃剂的添加量，并且在大幅提高PC/ABS合金材料的耐热性能的同时提高其力学性能，使其阻燃等级可以达到1.5mm V‑0级。

Description

一种无卤阻燃PC\ABS合金材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于ABS技术领域，涉及无卤阻燃PC\ABS合金材料及其制备方法和用途，尤其涉及一种高耐热性和高阻燃性的无卤阻燃PC\ABS合金材料及其制备方法和用途。
背景技术
阻燃物料在电气类产品中应用十分广泛，绝大部分均采用有卤阻燃方法，但有卤阻燃料在火灾时会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性气体，对环境和人体造成二次伤害，因此开发无卤阻燃配方势在必行。
PC/ABS是由PC(聚碳酸酯)和ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)按一定的比例共混形成的一种合金材料。其中，PC是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性，较高的强度、耐热性和耐寒性，还具有自熄、阻燃、无毒以及可着色等优点，但是PC也存在不耐强酸，不耐强碱，不耐紫外线，且加工困难，制品残余应力大，易应力开裂以及对缺口敏感等缺点，这制约了其在工业上的发展和应用。而ABS树脂是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑性高分子材料。
PC/ABS合金可以综合PC和ABS的优良性能，提高ABS的耐热性能、抗冲击和拉伸强度，降低PC成本和熔体粘度，改善加工性能，减少制品内应力和重机枪对于制品厚度的敏感性，其在产品中应用得到了推广。
无卤阻燃PC\ABS合金主要采用无机填充性阻燃剂和磷酸酯类阻燃剂，其在燃烧过过程中可以在基材表面成炭，炭的形成一方面减少了挥发物的产生，另一方面会使基材与火焰隔绝，从而达到阻止燃烧的目的。
CN 105038173A公开了一种无卤阻燃PC/ABS合金。所述无卤阻燃PC/ABS合金，包括下述重量份原料：PC树脂60～80份、ABS树脂10～30份、增韧剂3～5份、相容剂2～4份、无卤阻燃剂6～14份和抗氧剂0.2～0.4份。所述无卤阻燃PC/ABS合金具有较好的阻燃效率。
CN 102061077A公开了一种PC/ABS合金的改性方法，属于高分子材料改性加工工艺，其所述PC/ABS合金各组分按照质量份配比为：PC树脂60～70份、ABS树脂10～25份、磷酸酯类阻燃剂8～12份、阻燃协效剂0.5～3份、增韧剂3～10份、相容剂2～5份和抗氧剂0.2～0.4。该PC/ABS合金拥有V-0级阻燃性能。
然而，上述PC/ABS合金虽然可以达到较优的阻燃效果，但由于无卤阻燃剂的加入会大幅度降低材料的力学性能和耐热性能，而且燃烧时会有滴落产生使其无法达到V0级的阻燃效果。
发明内容
针对现有PC/ABS合金中由于无卤阻燃剂的加入会大幅度降低材料的力学性能和耐热性能，且燃烧时会有滴落产生使其无法达到V0级的阻燃效果等问题，本发明提供了一种无卤阻燃PC\ABS合金材料及其制备方法和用途。本发明通过优化PC\ABS合金材料中树脂原料的用量配比，通过加入高耐热性树脂和抗滴落剂，不仅可以减少无卤阻燃剂的添加量，并且在大幅提高PC/ABS合金材料的耐热性能的同时提高其力学性能，使其阻燃等级可以达到1.5mm V-0级。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种无卤阻燃PC\ABS合金材料，所述PC\ABS合金材料按重量份计主要由以下组分制备得到：
其中，所述ABS树脂的重量份可为8份、10份、12份、14份、16份、18份、20份、22份或24份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；PC树脂的重量份可为56份、58份、60份、62份、64份、66份、68份、70份或72份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；相容剂的重量份可为3份、3.5份、4份、4.5份或5份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；无卤阻燃剂的重量份可为11份、12份、13份、14份或15份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；耐热剂的重量份可为0份、1份、2份或3份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；高耐热树脂的重量份可为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份或4份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；抗滴落剂的重量份可为0.05份、0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份或0.4份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；助剂的重量份可为0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述PC树脂和ABS树脂的用量需控制在一定范围内，随着PC树脂的用量比例的增加，合金材料的冲击性能先下降后升高，其它力学性能不断升高；同时，随着ABS树脂的减少，合金材料中橡胶相减少，吸收应力作用减少，导致冲击有所下降，但随着PC树脂不断提高，PC树脂的高刚性使得冲击性能又不断提高；随着PC树脂增加导致材料刚性增强，其它力学性能都会随之提高；PC树脂的增加会导致材料的熔融指数下降，从而不方便材料加工。因此，PC树脂和ABS树脂的用量需控制在一定范围内，尤其以ABS树脂用量份为16份，PC树脂的重量份为64份时，所得PC\ABS合金材料的性能最优。
本发明中，所述高耐热树脂和抗滴落剂为本发明中关键组分，若不添加高耐热树脂和抗滴落剂，PC\ABS合金材料在燃烧过程中会出现低落现象，无法达到1.5mm V-0的阻燃等级。同时，本发明中耐热剂的添加虽然能提高材料的耐热性能，但由于耐热剂是小分子物质；但仅添加耐热性和高耐热树脂时，由于耐热剂的小分子始终对材料冲击性能起到负面作用，其会使材料的冲击性能大幅度的降低，因此，需要添加高耐热树脂和抗滴落剂，利用二者的协同作用，在提高材料耐热性的同时，还能大幅度提高材料的力学性能。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述PC\ABS合金材料按重量份计主要由以下组分制备得到：
优选地，所述PC\ABS合金材料按重量份计由以下组分制备得到：
作为本发明优选的技术方案，所述ABS树脂为单一ABS树脂和/或混合ABS树脂。
优选地，所述混合ABS树脂为两种以上不同力学性能ABS树脂的混合物。
优选地，所述混合ABS树脂为两种以上拉伸强度大于40Mpa，冲击强度大于30KJ/m2的ABS树脂的混合物；其中，拉伸强度可为45MPa、50MPa、55MPa、60MPa、65MPa、70MPa或75MPa等以及更高强度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；冲击强度可为35KJ/m2、40KJ/m2、45KJ/m2、50KJ/m2、55KJ/m2或60KJ/m2等以及更高强度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述原料中的ABS树脂优选单一的高强度高韧性树脂和/或高强度高韧性树脂的混合物。
作为本发明优选的技术方案，所述PC树脂为单一PC树脂和/或混合PC树脂。
优选地，所述混合PC树脂为两种以上不同力学性能PC树脂的混合物。
优选地，所述混合PC树脂为两种以上拉伸强度大于60Mpa，例如65Mpa、70Mpa、75Mpa、80Mpa或85Mpa等，等以及更高强度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；冲击强度大于60KJ/m2的PC树脂的混合物，其中，冲击强度可为65KJ/m2、70KJ/m2、75KJ/m2、80KJ/m2、85KJ/m2或90KJ/m2等以及更高强度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述原料中的PC树脂优选单一的高强度高韧性树脂和/或高强度高韧性树脂的混合物。
作为本发明优选的技术方案，所述相容剂为ABS接枝物和丙烯酸类共聚物按重量比1:(2～3)互配得到的相容剂，其重量配比可1:2、1:2.2、1:2.4、1:2.6、1:2.8或1:3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述无卤阻燃剂无卤磷酸酯阻燃剂，优选为对苯二酚双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(磷酸二苯酯)或双酚A-双(磷酸二苯酯)中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：对苯二酚双(二苯基磷酸酯)和间苯二酚双(磷酸二苯酯)的组合，间苯二酚双(磷酸二苯酯)和双酚A-双(磷酸二苯酯)的组合，对苯二酚双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(磷酸二苯酯)和双酚A-双(磷酸二苯酯)的组合等。
优选地，所述耐热剂为单一无机小分子类物质和/或两种及以上不同成份的无机小分子类物质的混合物。
优选地，所述耐热剂为颗粒类物质。
优选地，所述耐热剂为滑石粉、硅灰石或云母中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：滑石粉和硅灰石的组合，硅灰石和云母的组合，滑石粉、硅灰石和云母的组合等。
作为本发明优选的技术方案，所述高耐热树脂为聚苯硫醚、聚酰亚胺或聚醚醚酮中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：聚苯硫醚和聚酰亚胺的组合，聚酰亚胺和聚醚醚酮的组合，聚苯硫醚、聚酰亚胺和聚醚醚酮的组合等。
优选地，所述高耐热树脂为单一树脂和/或混合耐热树脂。
优选地，所述混合耐热树脂为两种以上不同力学性能的耐热树脂的混合物；
优选地，所述混合耐热树脂为聚酰亚胺和聚苯硫醚的混合物。
本发明中，所述混合耐热树脂优选耐热性高且力学性能好的单一树脂和/或混合耐热树脂，尤其优选与合金材料相容性好的单一树脂和/或混合耐热树脂。
优选地，所述抗滴落剂为单一树脂和/或混合树脂。
优选地，所述抗滴落剂为两种以上不同力学性能树脂的混合物。
优选地，所述抗滴落剂为SAN包覆性聚四氟乙烯和/或聚四氟乙烯。
本发明中，所述抗滴落剂优选抗滴落效果佳的单一树脂和/或混合树脂。
作为本发明优选的技术方案，所述助剂为抗氧剂、润滑剂或偶联剂中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：抗氧剂和润滑剂的组合，润滑剂和偶联剂的组合，抗氧剂、润滑剂和偶联剂的组合等。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或抗氧剂1076中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：抗氧剂1010和抗氧剂168的组合，抗氧剂168和抗氧剂1076的组合，抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076的组合等。
优选地，所述润滑剂为甲撑双脂肪酸酰胺、乙撑双脂肪酸酰胺或季戊四醇硬脂酸酯中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：甲撑双脂肪酸酰胺和乙撑双脂肪酸酰胺的组合，乙撑双脂肪酸酰胺和季戊四醇硬脂酸酯的组合，甲撑双脂肪酸酰胺、乙撑双脂肪酸酰胺和季戊四醇硬脂酸酯的组合等。
优选地，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和/或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
第二方面，本发明提供了上述PC\ABS合金材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将配方量的原料加入混合机中进行混合，然后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，控制挤出加工温度为180～235℃，制得PC\ABS合金材料。
作为本发明优选的技术方案，所述混合时间为2～5min，例如2min、3min、4min或5min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供了上述PC\ABS合金材料的用途，所述PC\ABS合金材料用于电器类产品。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过优化PC\ABS合金材料中树脂原料的用量配比，通过加入高耐热性树脂和抗滴落剂，不仅可以减少无卤阻燃剂的添加量，并且在大幅提高PC/ABS合金材料的耐热性能的同时提高其力学性能，使合金材料的拉伸强度可达55MPa以上，弯曲强度可达93MPa以上，缺口冲击强度可达36KJ/m2，热变形温度为75℃以上，熔融指数达55g/10min以上；同时，其阻燃等级可以达到1.5mm V-0级。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施例部分提供了一种无卤阻燃PC\ABS合金材料及其制备方法，所述PC\ABS合金材料按重量份计由以下组分制备得到：
所述方法包括以下步骤：将配方量的原料加入混合机中进行混合，然后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，控制挤出加工温度为180～235℃，制得PC\ABS合金材料。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种无卤阻燃PC\ABS合金材料及其制备方法，所述PC\ABS合金材料中原料配比参见表1。
其制备方法为：
将配方量的原料加入混合机中进行混合2～5min，然后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，控制挤出加工温度为180～235℃，制得PC\ABS合金材料。
所得PC\ABS合金材料的性能测试如表1中所示。
实施例2～9：
实施例2～9均提供了一种无卤阻燃PC\ABS合金材料及其制备方法，所述PC\ABS合金材料中原料配比参见表1，制备方法与实施例1中相同。
所得PC\ABS合金材料的性能测试如表1中所示。
将将实施例1～9经改性造粒得到的粒子在210～245℃的注塑机中注塑成型拉伸样条、弯曲样条、冲击样条、热变形样条和阻燃样条，按国标标准对样条进行性能测试。测试样条在测试前先在(23±2)℃，湿度(50±10)％的环境中放置88h。
其中，拉伸样条尺寸为：
长度(mm) 宽度(mm) 厚度(mm)
150±2 10±0.2 4±0.2
弯曲样条尺寸为：
长度(mm) 宽度(mm) 厚度(mm)
80±2 10±0.2 4±0.2
冲击样条尺寸为：
热变形样条尺寸为：
长度(mm) 宽度(mm) 厚度(mm)
80±2 10±0.2 4±0.2
阻燃样条尺寸为：
表1：实施例1～9中制得的PC\ABS合金材料的性能测试对比表
对比例实施例1-3中的结果可以看出，随着PC树脂比例的增加，PC\ABS合金材料除了冲击性能先下降后升高，其它力学性能均不断提高，这是因为随着ABS树脂的减少，合金材料中橡胶相减少，吸收应力作用减少，导致冲击有所下降，但随着PC树脂不断提高，PC树脂的高刚性使得冲击性能又不断提高；随着PC树脂增加导致材料刚性增强，其它力学性能都会随之提高；PC树脂的增加会导致材料的熔融指数下降，从而不方便材料加工。因此，实施例2的PC树脂、ABS树脂的比例最佳。
对比实施例1～9中的结果可以看出，在没有抗滴落剂、耐热剂和高耐热树脂添加的情况下，材料均有滴落，且无法达到1.5mm的V-0阻燃等级，因此抗滴落剂和高耐热树脂是必不可少的。
对比实施例4～5的结果可以看出，耐热剂和高耐热树脂的添加均能提高材料的耐热性能；另一方面，耐热剂的添加虽然能提高材料的耐热性能，但耐热剂是小分子会使材料的冲击性能大幅度的降低，而高耐热树脂能大幅度提高耐热性能的同时还能大幅度提高材料的力学性能。
对比例实施例4～6的结果可以看出，耐热剂比高耐热树脂对提高阻燃性能效果差，需要添加更多的抗滴落剂才能保证材料的不低落而达到阻燃等级，这是因为耐热剂为小分子，其相容性比高耐热树脂差。
对比实施例4、5或7的结果可以看出，采用耐热剂与高耐热树脂复配能够提高材料耐热性能，但材料的冲击性能远比单独使用高耐热树脂低，这是因为耐热剂的小分子始终对材料冲击性能起到负面作用。
对比例实施例5、8和9的结果可以看出，在保证阻燃等级前提下，可以增加抗滴落剂用量来减少无卤阻燃剂的使用量，从而提高材料的冲击性能和耐热性能，同时能够降低材料的成本；另一方面，从实施例5和8可以看到高耐热树脂的增加对材料的力学性能提高不明显，且增加了材料的成本，这是因为高耐热树脂增加会不利用其与基材材料的相容性；从实施例9中可以看出无卤阻燃剂过少也会导致材料的阻燃性能不过。
从实施例5和8的结果可以看出，其得到的无卤阻燃PC\ABS合金材料具有高耐热性高阻燃性且力学性能极佳。
综合实施例1-9的结果可以看出，本发明通过优化PC\ABS合金材料中树脂原料的用量配比，通过加入高耐热性树脂和抗滴落剂，不仅可以减少无卤阻燃剂的添加量，并且在大幅提高PC/ABS合金材料的耐热性能的同时提高其力学性能，使合金材料的拉伸强度可达55MPa以上，弯曲强度可达93MPa以上，缺口冲击强度可达36KJ/m2，热变形温度为75℃以上，熔融指数达55g/10min以上；同时，其阻燃等级可以达到1.5mm V-0级。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (24)

1.一种无卤阻燃PC\ABS合金材料，其特征在于，所述PC\ABS合金材料按重量份计主要由以下组分制备得到：
其中，所述相容剂为ABS接枝物和丙烯酸类共聚物按重量比1:(2～3)互配得到的相容剂。
2.根据权利要求1所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述PC\ABS合金材料按重量份计由以下组分制备得到：
3.根据权利要求1所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述ABS树脂为单一ABS树脂和/或混合ABS树脂。
4.根据权利要求3所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述混合ABS树脂为两种以上不同力学性能ABS树脂的混合物。
5.根据权利要求4所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述混合ABS树脂为两种以上拉伸强度大于40Mpa，冲击强度大于30KJ/m2的ABS树脂的混合物。
6.根据权利要求1所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述PC树脂为单一PC树脂和/或混合PC树脂。
7.根据权利要求6所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述混合PC树脂为两种以上不同力学性能PC树脂的混合物。
8.根据权利要求7所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述混合PC树脂为两种以上拉伸强度大于60Mpa，冲击强度大于60KJ/m2的PC树脂的混合物。
9.根据权利要求1所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂为无卤磷酸酯阻燃剂。
10.根据权利要求9所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂为对苯二酚双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(磷酸二苯酯)或双酚A-双(磷酸二苯酯)中任意一种或至少两种的组合。
11.根据权利要求1所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述高耐热树脂为聚苯硫醚、聚酰亚胺或聚醚醚酮中任意一种或至少两种的组合。
12.根据权利要求1所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述高耐热树脂为单一树脂和/或混合耐热树脂。
13.根据权利要求12所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述混合耐热树脂为两种以上不同力学性能的耐热树脂的混合物。
14.根据权利要求13所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述混合耐热树脂为聚酰亚胺和聚苯硫醚的混合物。
15.根据权利要求1所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述抗滴落剂为单一树脂和/或混合树脂。
16.根据权利要求15所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述抗滴落剂为两种以上不同力学性能树脂的混合物。
17.根据权利要求15所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述抗滴落剂为SAN包覆性聚四氟乙烯和/或聚四氟乙烯。
18.根据权利要求1所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述助剂为抗氧剂、润滑剂或偶联剂中任意一种或至少两种的组合。
19.根据权利要求18所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或抗氧剂1076中任意一种或至少两种的组合。
20.根据权利要求18所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述润滑剂为甲撑双脂肪酸酰胺、乙撑双脂肪酸酰胺或季戊四醇硬脂酸酯中任意一种或至少两种的组合。
21.根据权利要求18所述的PC\ABS合金材料，其特征在于，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和/或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
22.根据权利要求1-21任一项所述的PC\ABS合金材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将配方量的原料加入混合机中进行混合，然后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，控制挤出加工温度为180～235℃，制得PC\ABS合金材料。
23.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述混合时间为2～5min。
24.根据权利要求1-21任一项所述的PC\ABS合金材料的用途，其特征在于，所述PC\ABS合金材料用于电器类产品。
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