CN108976754B - 一种抗静电阻燃复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种抗静电阻燃复合材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抗静电阻燃复合材料及其制备方法和用途，按重量百分数计算，所述抗静电阻燃复合材料包括80～87％的聚碳酸酯,12～19％的ABS树脂和1～6％的抗静电阻燃剂，所述各组分的重量百分数之和为100％，所述抗静电阻燃剂为有机硅氧烷修饰的聚苯酚；本发明通过在聚碳酸酯/ABS树脂中引入1～6wt％的抗静电阻燃剂有机硅氧烷修饰的聚苯酚，得到的复合材料同时具备优异的抗静电性、阻燃性能和韧性，其表面电阻率可达108Ω，阻燃性能可达V0级，冲击强度可达58kJ/m2，相较于其他分别添加有抗静电剂和阻燃剂的复合材料，生产成本更少，性能指标更高。

Description

一种抗静电阻燃复合材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种抗静电阻燃复合材料及其制备方法和用途。
背景技术
高分子材料一般具有非常高的表面电阻和体积电阻，是良好的电绝缘体，但是，正因为其表面电阻和体积电阻较高，高分子材料在摩擦时会产生比较严重的静电积累，进而导致吸尘或击穿电子器件等危害，若作为电气设备的结构材料使用则易引起集成电路破坏、放电和燃烧事故，而且，一般的高分子材料都具有易燃性，遇火后会发生剧烈燃烧且燃烧速度较快，同时伴有大量的有毒气体，对社会危害极大，因此，只有研究和开发高性能的抗静电阻燃高分子材料，才能克服高分子材料的静电积累和易燃性所带来的危害。
聚碳酸酯/ABS树脂是一种常用的电气绝缘性工程塑料，且具有一定的抗静电能力，常被应用于运动传送器件或电气绝缘线缆中，但是，聚碳酸酯/ABS复合材料的抗静电性能较难以在长时间内保持，而且，其阻燃性能比较差，将其用于实际产品时，需要同时解决聚碳酸酯/ABS材料的抗静电和阻燃性能较差的问题。
由于塑料的阻燃抗静电过程是一个复杂的物理化学过程，需要阻燃剂和抗静电剂共同发挥作用，目前抗静电阻燃塑料在国内研究还不成熟，缺乏一定的理论体系，往往是通过同时加入抗静电剂和阻燃剂来提高其抗静电性能和阻燃性能，例如，CN101508835A中公开了一种无卤阻燃抗静电聚碳酸酯组合物，按重量份数计算，包括50～70份聚碳酸酯，5～20份能形成第三相的聚合物，8～15份抗冲击改性剂，3～15份含磷阻燃剂，0.2份氟取代聚烯烃添加剂，1～10份导电材料和0.1～2份其他助剂，其选用的阻燃剂为含磷阻燃剂红磷或聚磷酸酯，选用的导电材料为碳系材料，得到的材料的冲击缺口强度为13～56kJ/m2，拉伸强度为45～58MPa，断裂伸长率为23～113％，体积电阻率为103～107Ω·cm，阻燃等级为V0级；CN102585469A公开了一种无卤阻燃抗静电PC/ABS合金材料，按重量份数计算，包括1～30份ABS树脂，40～90份PC树脂，8～20份阻燃剂，1～10份增韧剂，0.02～0.5份抗静电剂，0.1～1份光稳定剂和0.1～1份加工助剂，其得到的材料的拉伸强度为64MPa以上，缺口冲击强度为450～680kJ/m2，表面电阻率为103～1011Ω·cm，然而，上述现有技术中得到的聚碳酸酯材料中的抗静电剂和阻燃剂分别加入，通常会使得加入的填料分散不均，进而出现表面缺陷和力学性能下降等问题。
在现有技术的基础上，本领域的技术人员需要研究一种新的抗静电阻燃复合材料，需要其同时具有抗静电和阻燃性能，适用于聚碳酸酯和ABS复合材料，并且还需要其具有较高的韧性等优异的力学特性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新的抗静电阻燃复合材料，需要其同时具有抗静电和阻燃添性能，适用于聚碳酸酯和ABS复合材料，并且还需要其具有较高的韧性等优异的力学特性。
为达此目的，本发明提供了一种抗静电阻燃复合材料，按重量百分数计算，所述抗静电阻燃复合材料包括如下组分：
聚碳酸酯 80～87％
ABS树脂 12～19％
抗静电阻燃剂 1～6％
所述各组分的重量百分数之和为100％。
所述抗静电阻燃剂为有机硅氧烷修饰的聚苯酚。
本发明所述的抗静电阻燃复合材料中，按重量百分数计算，聚碳酸酯组分的含量可以为81％、82％、83％、84％、85％或86％等，ABS树脂组分的含量可以为13％、14％、15％、16％、17％或18％等，抗静电阻燃剂组分的含量可以为2％、2.5％、3％、4％、4.5％、5％或5.5％等。
本发明通过将有机硅氧烷修饰的聚苯酚引入聚碳酸酯和ABS树脂的共混树脂中，聚苯酚自身具有优异的抗静电性能和耐高温耐燃性能，在聚苯酚分子链上修饰有有机硅氧烷使得聚苯酚分子链被有机硅化，进一步增强了聚苯酚分子链的阻燃性能，而且，有机硅氧烷的引入使得聚苯酚分子链能够与聚苯酚和ABS树脂的分子量偶联，使得引入的聚苯酚还具有增韧剂的效果，得到的聚碳酸酯与ABS共混材料不光具有优异的抗静电性能和阻燃能力，其力学性能也优于传统聚碳酸酯与ABS的混合材料。
优选地，所述聚苯酚的分子量为500～2000，例如为550、600、650、800、1000、1200、1400、1600、1800或1900等，上述分子量的聚苯酚有利于被硅氧烷修饰，其增韧效果也较优。
优选地，所述有机硅氧烷修饰的聚苯酚通过将聚苯酚经过热处理后与三甲基氯硅烷混合，反应得到，所述热处理有利于活化聚苯酚中未反应的酚官能团。
优选地，所述热处理的温度为250～350℃，例如为260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃或340℃等。
优选地，按重量百分数计算，所述抗静电阻燃复合材料中还有添加有0.1～1％(例如为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％或0.9％等)的添加剂。
优选地，所述添加剂为增韧剂、稳定剂、分散剂或抗滴落剂中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。
优选地，所述聚四氟乙烯的分子量为15000～40000，例如为16000、18000、20000、22000、24000、26000、28000、30000、32000、34000、36000或38000等。
优选地，所述ABS树脂为本体法ABS树脂。
优选地，按重量百分数计算，所述抗静电阻燃复合材料由如下组分组成：
Figure BDA0001757979280000041
本发明的目的之二在于提供一种所述抗静电阻燃复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将配方量的聚碳酸酯和ABS树脂混合，送入挤出机进行挤出，在挤出机的中段加入配方量的抗静电阻燃剂，之后挤出得到所述抗静电阻燃复合材料。
优选地，所述挤出机的挤出温度为180～250℃，例如为190℃、200℃、210℃、220℃、230℃或240℃等。
优选地，所述挤出机的螺杆转速为300～500转/min，例如为350转/min、400转/min、450转/min或480转/min等。
本发明的目的之三在于提供一种所述抗静电阻燃复合材料的用途，所述抗静电阻燃复合材料具有优异的抗静电能力和阻燃性能，可以用于制备电磁屏蔽材料。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过在聚碳酸酯/ABS树脂中引入1～6wt％的抗静电阻燃剂有机硅氧烷修饰的聚苯酚，得到的复合材料同时具备优异的抗静电性、阻燃性能和韧性，其表面电阻率可达108Ω，阻燃性能可达V0级，冲击强度可达58kJ/m2，相较于其他分别添加有抗静电剂和阻燃剂的复合材料，生产成本更少，性能指标更高。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
通过如下方法制备复合材料1：
将80kg聚碳酸酯、15kg ABS树脂、0.5kg E-920型增韧剂、0.3kg数均分子量为40000的抗滴落剂聚四氟乙烯、0.1kg 1010型稳定剂和0.1kg EBS型分散剂通过高速混合机以200转/min的转速混合15min，混合物送入双螺杆挤出机中进行挤出，4kg抗静电阻燃剂在挤出机的中段三号侧喂料口中加入，挤出机的前段温度设置为180℃，中段温度设置为190℃，后段出料口温度设置为200℃，挤出机的螺杆转速为300转/min，将挤出机出料口处的物料切粒、过筛、干燥后得到所述复合材料1。
所述抗静电阻燃剂通过将数均分子量为1000的聚苯酚在280℃下热处理20min，冷却之后与三甲基氯硅烷混合搅拌，反应60min得到。
实施例1得到复合材料1。
实施例2
通过如下方法制备复合材料2：
将87kg聚碳酸酯和12kg ABS树脂通过高速混合机以200转/min的转速混合15min，混合物送入公司生产的型双螺杆挤出机中进行挤出，1kg抗静电阻燃剂在挤出机的中段三号侧喂料口中加入，挤出机的前段温度设置为180℃，中段温度设置为190℃，后段出料口温度设置为200℃，挤出机的螺杆转速为300转/min，将挤出机出料口处的物料切粒、过筛、干燥后得到所述复合材料2。
所述抗静电阻燃剂通过将数均分子量为1000的聚苯酚在280℃下热处理20min，冷却之后与三甲基氯硅烷混合搅拌，反应60min得到。
实施例2得到复合材料2。
实施例3
通过如下方法制备复合材料3：
将80kg聚碳酸酯、13kg ABS树脂、0.5kg增韧剂、0.3kg数均分子量为40000的抗滴落剂聚四氟乙烯、0.1kg稳定剂和0.1kg分散剂通过高速混合机以200转/min的转速混合15min，混合物送入公司生产的型双螺杆挤出机中进行挤出，6kg抗静电阻燃剂在挤出机的中段三号侧喂料口中加入，挤出机的前段温度设置为180℃，中段温度设置为190℃，后段出料口温度设置为200℃，挤出机的螺杆转速为300转/min，将挤出机出料口处的物料切粒、过筛、干燥后得到所述复合材料3。
所述抗静电阻燃剂通过将数均分子量为1000的聚苯酚在280℃下热处理20min，冷却之后与三甲基氯硅烷混合搅拌，反应60min得到。
实施例3得到复合材料3。
实施例4
通过如下方法制备复合材料4：
将80kg聚碳酸酯和19kg ABS树脂通过高速混合机以200转/min的转速混合15min，混合物送入公司生产的型双螺杆挤出机中进行挤出，1kg抗静电阻燃剂在挤出机的中段三号侧喂料口中加入，挤出机的前段温度设置为180℃，中段温度设置为190℃，后段出料口温度设置为200℃，挤出机的螺杆转速为300转/min，将挤出机出料口处的物料切粒、过筛、干燥后得到所述复合材料4。
所述抗静电阻燃剂通过将数均分子量为1000的聚苯酚在280℃下热处理20min，冷却之后与三甲基氯硅烷混合搅拌，反应60min得到。
实施例4得到复合材料4。
实施例5
与实施例1的区别仅在于，聚苯酚的数均分子量为500。
实施例5得到复合材料5。
实施例6
与实施例1的区别仅在于，聚苯酚的数均分子量为2000。
实施例6得到复合材料6。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，聚苯酚的热处理温度为250℃。
实施例7得到复合材料7。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，聚苯酚的热处理温度为350℃。
实施例8得到复合材料8。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，聚苯酚的数均分子量为4000。
实施例9得到复合材料9。
实施例10
与实施例1的区别仅在于，挤出机的前段温度设置为220℃，中段温度设置为240℃，后段出料口温度设置为250℃，挤出机的螺杆转速为500转/min，
实施例10得到复合材料10。
对照例1
通过如下方法制备复合材料11：
将84kg聚碳酸酯、15kg ABS树脂、0.5kg增韧剂、0.3kg数均分子量为40000的抗滴落剂聚四氟乙烯、0.1kg稳定剂和0.1kg分散剂通过高速混合机以200转/min的转速混合15min，混合物送入公司生产的型双螺杆挤出机中进行挤出，挤出机的前段温度设置为180℃，中段温度设置为190℃，后段出料口温度设置为200℃，挤出机的螺杆转速为300转/min，将挤出机出料口处的物料切粒、过筛、干燥后得到所述复合材料11。
对照例1得到复合材料11。
对照例2
通过如下方法制备复合材料12：
将80kg聚碳酸酯、15kg ABS树脂、0.5kg增韧剂、0.3kg数均分子量为40000的抗滴落剂聚四氟乙烯、0.1kg稳定剂和0.1kg分散剂通过高速混合机以200转/min的转速混合15min，混合物送入公司生产的型双螺杆挤出机中进行挤出，4kg抗静电阻燃剂在挤出机的中段三号侧喂料口中加入，挤出机的前段温度设置为180℃，中段温度设置为190℃，后段出料口温度设置为200℃，挤出机的螺杆转速为300转/min，将挤出机出料口处的物料切粒、过筛、干燥后得到所述复合材料12。
所述抗静电阻燃剂为数均分子量为1000的聚苯酚。
对照例2得到复合材料12。
对照例3
通过如下方法制备复合材料13：
将80kg聚碳酸酯、15kg ABS树脂、0.5kg增韧剂、0.3kg数均分子量为40000的抗滴落剂聚四氟乙烯、0.1kg稳定剂和0.1kg分散剂通过高速混合机以200转/min的转速混合15min，混合物送入公司生产的型双螺杆挤出机中进行挤出，4kg抗静电阻燃剂在挤出机的中段三号侧喂料口中加入，挤出机的前段温度设置为180℃，中段温度设置为190℃，后段出料口温度设置为200℃，挤出机的螺杆转速为300转/min，将挤出机出料口处的物料切粒、过筛、干燥后得到所述复合材料13。
所述抗静电阻燃剂为市售COLCOAT N-103X型抗静电剂和市售FR 2400型阻燃剂质量比1:1的混合物。
对照例3得到复合材料13。
通过如下测试方法对上述实施例和对照例中得到的复合材料1～13进行测试，测试结果列于表1。
(1)表面电阻率测试
根据国家标准GB/T 1410-2006《材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》中所述的方法测试复合材料1～13的拉伸性能。
(2)阻燃性能测试
根据塑料阻燃指标《UL-94垂直燃烧测试方法》中所述的方法测试复合材料1～13的阻燃性能，测试样品壁厚为1.6mm。
(3)冲击强度测试
根据国家标准GB/T 1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度的测定》中所述的方法测试复合材料1～13的冲击强度。
表1复合材料1～13的性能对比表
复合材料 表面电阻率(Ω) UL-94阻燃等级 冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>)
1 10<sup>9</sup> 1.6V0 55
2 10<sup>13</sup> 1.6V2 58
3 10<sup>8</sup> 1.6V0 45
4 10<sup>13</sup> 1.6V2 50
5 10<sup>10</sup> 1.6V1 52
6 10<sup>10</sup> 1.6V1 51
7 10<sup>10</sup> 1.6V1 51
8 10<sup>9</sup> 1.6V0 53
9 10<sup>10</sup> 1.6V1 52
10 10<sup>9</sup> 1.6V0 49
11 10<sup>14</sup> 1.6HB 46
12 10<sup>11</sup> 1.6V1 48
13 10<sup>10</sup> 1.6V1 49
根据实施例1与实施例2～4之间的对比可知，改变复合材料中各组分的质量比能够对对得到的复合材料的物理性质进行调节，而且，向其中引入少量的增韧剂、抗滴落剂、阻燃剂和分散剂等添加剂有利于其韧性、抗静电和阻燃性能的进一步提高。
根据实施例1与实施例5～6和实施例9之间的对比可知，抗静电阻燃剂中聚苯酚组分的分子量位于1000左右时，其抗静电和阻燃效果最优，对于得到的复合材料增韧效果也相对较好，当聚苯酚的分子量过大或过小时，其阻燃和增韧效果下降较为明显。
根据实施例1与实施例7～8和对照例2之间的对比可知，抗静电阻燃剂中的聚苯酚组分需要进一步进行热处理才能使其与三甲基氯硅烷进一步反应，得到有机硅氧烷修饰的聚苯酚，进而具备阻燃能力，而且，热处理的温度越高，聚苯酚被有机硅氧烷修饰的程度越高，阻燃性能更明显。
根据实施例1与对照例1之间的对比可知，如果聚碳酸酯和ABS树脂中不含有抗静电阻燃剂有机硅氧烷修饰的聚苯酚，其抗静电、阻燃性能和抗冲击性能下降剧烈。
根据实施例1与对照例3之间的对比可知，相对于传统的在聚合物基体中分别添加抗静电剂和阻燃剂得到的复合材料，本发明仅添加少量抗静电阻燃剂得到的复合材料具有更高的表面电阻率、更优异的阻燃性能和更高的抗冲击性能。
综上所述，本发明通过在聚碳酸酯/ABS树脂中引入1～6wt％的抗静电阻燃剂有机硅氧烷修饰的聚苯酚，得到的复合材料同时具备优异的抗静电性、阻燃性能和韧性，其表面电阻率可达108Ω，阻燃性能可达V0级，冲击强度可达58kJ/m2，相较于其他分别添加有抗静电剂和阻燃剂的复合材料，生产成本更少，性能指标更高。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抗静电阻燃复合材料，其特征在于，按重量百分数计算，所述抗静电阻燃复合材料包括如下组分：
Figure FDA0002585878820000011
所述各组分的重量百分数之和为100％；
所述抗静电阻燃剂为有机硅氧烷修饰的聚苯酚，所述聚苯酚的分子量为800～1200；
所述有机硅氧烷修饰的聚苯酚采用如下方法进行制备，所述方法为：
通过将聚苯酚经过热处理后与三甲基氯硅烷混合，反应得到，所述热处理的温度为280～350℃；
所述添加剂为增韧剂、稳定剂、分散剂或抗滴落剂中的任意一种或至少两种的混合物。
2.根据权利要求1所述的抗静电阻燃复合材料，其特征在于，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求2所述的抗静电阻燃复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯的分子量为15000～40000。
4.根据权利要求1所述的抗静电阻燃复合材料，其特征在于，所述ABS树脂为本体法ABS树脂。
5.根据权利要求1所述的抗静电阻燃复合材料，其特征在于，按重量百分数计算，所述抗静电阻燃复合材料由如下组分组成：
Figure FDA0002585878820000012
Figure FDA0002585878820000021
6.一种如权利要求1～5之一所述的抗静电阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
将配方量的聚碳酸酯和ABS树脂混合，送入挤出机进行挤出，在挤出机的中段加入配方量的抗静电阻燃剂，之后挤出得到所述抗静电阻燃复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的挤出温度为180～250℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的螺杆转速为300～500转/min。
9.一种如权利要求1～5之一所述的抗静电阻燃复合材料的用途，其特征在于，所述抗静电阻燃复合材料用于制备电磁屏蔽材料。
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