CN109503970A - 一种高阻燃等级hips复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高阻燃等级HIPS复合材料，包含以下重量份的组分：PS树脂40～60份、热塑性丁苯橡胶10～27份、增韧剂3～10份、阻燃剂10～18份、阻燃协效剂2.5～6份、无机填充物5～20份、抗滴落剂0.1～0.5份和助剂0～2份；所述PS树脂的重均分子量大于等于15*104g/mol，熔体流动速率MFR为3～6g/10min。本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料：1、阻燃等级高，最高可以达到2.0mm 5VA等级；2、综合性能好，强度和缺口冲击性能均衡；3、成本低，部分场合可以替代高阻燃等级ABS；4、外观好，加工窗口宽。

Description

一种高阻燃等级HIPS复合材料
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种高阻燃等级HIPS复合材料。
背景技术
聚苯乙烯(PS)包括普通聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯(EPS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)及间规聚苯乙烯(SPS)，BASF于1930年开始在德国商业化生产聚苯乙烯。作为五大通用塑料之一，它具有成形性优良、质硬、透明、刚性、电绝缘性、低吸湿性、容易染色和价格低廉等优点。
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)是在PS中掺入少量弹性体后产生出来的，其克服了聚苯乙烯性脆的缺点，因而广泛用于家用电器及办公自动化设备的内部及外部构件，如显示器、录像机、复印机、传真机、打印机、空调器、电冰箱等。苯乙烯类聚合物容易燃烧，现有的阻燃改性技术已经能较好地解决苯乙烯类聚合物的阻燃问题，可以根据需要提供环保的、高耐候的、与环境相容性好、无二噁暎/二呋喃问题，热稳定性好、加工性能良好的阻燃苯乙烯类聚合物复合物。这些阻燃改性技术主要有两大类：一类是有卤阻燃，例如加入含溴的阻燃剂和氧化锑阻燃协效剂来达到阻燃效果；另一类是无卤阻燃，例如加入含磷、含氮阻燃剂和成炭剂。由于第一类(有卤阻燃)阻燃技术成本相对较低，阻燃效率高，是目前应用最广泛的技术。
随着社会的发展，以及人们对安全的日益重视，部分家用电器、电子产品对材料的阻燃提出了更高要求，例如冰箱、微波炉等电子控制器外壳，要求5VA阻燃，厚度也随着设计趋势变得越来越薄(2.5-2.0mm)，现有普通V-0阻燃HIPS材料已不能满足该要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种高阻燃等级HIPS复合材料。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高阻燃等级HIPS复合材料，包含以下重量份的组分：PS树脂40～60份、热塑性丁苯橡胶10～27份、增韧剂3～10份、阻燃剂10～18份、阻燃协效剂2.5～6份、无机填充物5～20份、抗滴落剂0.1～0.5份和助剂0～2份；所述PS树脂的重均分子量大于等于15*104g/mol，熔体流动速率MFR为3～6g/10min。
市售的普通的HIPS树脂，PS基体树脂的分子量属于中等，本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料选用高分子量的PS树脂，高分子量基体流动性差不容易滴落和烧穿，因此本发明选用上述分子量的PS树脂。另外，市售的普通的HIPS树脂橡胶的含量一般只占8～9％，提高橡胶含量有利于提升材料的粘度，使燃烧时材料熔体不易流动，有利于实现5VA阻燃。采用上述配方制得的HIPS复合材料：1、阻燃等级高，最高可以达到2.0mm 5VA等级；2、综合性能好，强度和缺口冲击性能均衡；3、成本低，部分场合可以替代高阻燃等级ABS；4、外观好，加工窗口宽。该高阻燃等级HIPS材料可用于性能和阻燃等级要求较高的家用电器、电子产品领域。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述无机填充物的平均长径比≥5:1。因为无机填充物不能燃烧，该长径比的无机填充物并能交错搭在一起，起到骨架支撑的作用，使材料不易烧穿。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述无机填充物的平均长径比≥10:1，所述无机填充物的直径D50≤8μm。采用该无机填充物时阻燃效果更佳。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述无机填充物为滑石粉、无机盐晶须、云石粉、云母粉、偏硅酸钙、高岭土和蒙脱石中的至少一种；所述无机盐晶须为SiC晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、氧化铝晶须和氧化锌晶须中的至少一种。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述增韧剂为氯化聚乙烯，所述氯化聚乙烯中氯的重量百分含量为30～40％。采用该氯化聚乙烯为增韧剂时，在本发明的体系中，阻燃效果和增韧效果均优于其他增韧剂。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述增韧剂与无机填充物的重量之比为：增韧剂：无机填充物＝1:3～1:1。增韧剂为氯化聚乙烯，氯化聚乙烯与无机填充物采用上述配比时，能与无机填充物发挥协同增效的阻燃效果，并且在该范围内阻燃和机械性能比较均衡，超过该范围的材料性能实用价值不大。
优选地，所述增韧剂与无机填充物的重量之比为：增韧剂：无机填充物＝1:2。尤其是在该配比下，阻燃效果最佳。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述热塑性丁苯橡胶为聚苯乙烯—聚丁二烯—聚苯乙烯三嵌段共聚物和氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中至少一种；所述热塑性丁苯橡胶中的苯乙烯重量百分含量为20～40％。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述阻燃剂为三(三溴苯氧基)三嗪、溴化环氧、十溴二苯乙烷、溴化聚酰亚胺、溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯、溴化聚碳酸酯和溴化聚丙烯酸酯中的至少一种。阻燃剂优选采用溴系阻燃剂；更优选为上述溴系阻燃剂。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述阻燃协效剂为三氧化二锑、胶体五氧化二锑、锑酸钠、三氯化锑、五氯化锑，亚磷酸锑、多聚磷酸锑和络合锑中的至少一种。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯；所述助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐候剂和着色剂中的至少一种。
作为本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料的优选实施方式，所述抗氧化剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂；所述润滑剂包括酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、酯类润滑剂和硅酮类润滑剂中的至少一种；所述耐候剂包括二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂和受阻胺类光稳定剂中的至少一种。所述着色剂包括颜料型、染料型和其他具有特殊美学效果的着色剂中的至少一种。
本发明还提供了所述高阻燃等级HIPS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
a、将各组分原料按配比在高速混合机充分混合5-10分钟；
b、将上述混合物经过精密计量的送料装置输送到双螺杆挤出机中，挤出机的各段螺杆温度控制在180～220℃之间，双螺杆挤出机的长径比为30～45，螺杆转速为200-800转/分钟，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥得到高阻燃等级HIPS材料。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高阻燃等级HIPS复合材料。本发明所述高阻燃等级HIPS复合材料：1、阻燃等级高，最高可以达到2.0mm 5VA等级；2、综合性能好，强度和缺口冲击性能均衡；3、成本低，部分场合可以替代高阻燃等级ABS；4、外观好，加工窗口宽。
具体实施方式
实施例和对比例的原料中，PS树脂选用中石油独山子石化分公司的GPPS-500NT和上海赛科石油化工有限责任公司的GPPS 123P，GPPS-500NT的重均分子量约为18*104g/mol，GPPS 123P的重均分子量约为13*104g/mol；普通HIPS树脂的重均分子量小于15*104g/mol；热塑性丁苯橡胶选用韩国LG化学的SBS LG501S；普通HIPS树脂选用雪佛龙菲利普斯生产的HIPS MA5210；增韧剂选用杭州科利化工股份有限公司的CPE 235C，美国DOW化学公司的聚烯烃弹性体POE 1450，美国埃克森美孚的EPDM Vistalon 3666；阻燃剂选用以色列死海溴公司的三(三溴苯氧基)三嗪FR-245；阻燃协效剂选用三氧化二锑，由华昌锑业公司生产；无机填充物选用意大利依米发比(IMIFABI)滑石粉HTPUltra5L，HTPUltra5L的滑石粉中90wt％以上颗粒的长径比≥5:1；抗滴落剂选用广州熵能公司的SN80-SA7；其它助剂选用抗氧剂：润滑剂质量比为3:5的混合物，抗氧剂选用上海汽巴精化公司生产的抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比1:2复配而成的混合物，润滑剂选用中山华明泰化工股份有限公司的硬脂酸锌BS-2818。
实施例和对比例的HIPS复合材料的制备方法相同，具体为：首先将原料加入高速混合机中进行均匀混合，然后将上述混合物送入双螺杆挤出机中混炼、挤出、拉条、水冷、切粒；其中，双螺杆挤出机的长径比为40:1；螺筒温度设定为：一区温度80℃，二区温度160℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度200℃，七区温度200℃，八区温度200℃，九区温度200℃，十区温度200℃，机头温度220℃；螺杆转速为300转/分钟，即得HIPS复合材料。
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1～5和对比例1～6
实施例1～5和对比例1～6的HIPS复合材料配方见表1。
表1实施例1～5和对比例1～6的HIPS复合材料配方
“-”表示不添加。
实施例6～9
实施例6～9的HIPS复合材料配方与实施例4的不同之处仅在于增韧剂和无机填充物的比值的不同，实施例6～9的HIPS复合材料配方见表2。
表2实施例6～9的HIPS复合材料配方
原料(重量份) 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
PS树脂：GPPS-500NT 48 48 48 48
热塑性丁苯橡胶 20 20 20 20
增韧剂CPE 235C 3 3.75 7.5 10
阻燃剂FR-245 12 12 12 12
阻燃协效剂 4 4 4 4
无机填充物 12 11.25 7.5 5
抗滴落剂 0.2 0.2 0.2 0.2
助剂 0.8 0.8 0.8 0.8
实施例10～12
实施例10～12的ABS复合材料配方与实施例4的不同之处仅在于增韧剂的种类的不同，实施例10～12的ABS复合材料配方见表3。
表3实施例10～12的HIPS复合材料配方
“-”表示不添加。
实施例13
产品性能测试方法见表4。
表4性能测试方法
性能指标 测试条件 测试方法
IZOD缺口冲击强度 23℃ ISO 180
阻燃等级测试 2.0-3.0mm UL94
将上述各实施例和对比例所制得的HIPS复合材料先按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，然后按上述表4所示的测试标准进行各性能测试；各实施例和对比例试样的性能测试数据见表5～7所示。
表5实施例1～5和对比例1～6的试样的性能测试数据
从表5的数据可以看出，实施例1～5的阻燃效果均较好，有些实施例能达到2mm5VA等级，且缺口冲击性能较好。从实施例1和对比例1、2的比较可以看出，重均分子量低于15*104g/mol的PS树脂GPPS 123P和普通HIPS树脂和的阻燃等级明显低于实施例1，说明PS树脂重均分子量大于15*104g/mol时，能有效提高HIPS复合材料的阻燃等级。从实施例1和对比例3的比较可以看出，无机填充物能明显提高HIPS复合材料的阻燃等级。从实施例1和对比例4的比较可以看出，热塑性丁苯橡胶能提高HIPS复合材料的阻燃等级和抗冲击性能。从实施例1和对比例5的比较可以看出，增加热塑性丁苯橡胶的含量在本发明HIPS复合材料体系内有助于增加阻燃等级。从实施例4和对比例6的比较可以看出，分子量较高的PS树脂在本发明HIPS复合材料体系内的阻燃等级更高。
表6实施例6～9试样的性能测试数据
测试项目 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
IZOD缺口冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 8.5 10 13 15
燃烧/2.0mm V-0 5VB 5VB V-0
燃烧/2.5mm V-0 5VA 5VA V-0
燃烧/3.0mm 5VA 5VA 5VA 5VB
从表5、6中实施例4、6～9的比较可以看出，在增韧剂与无机填充物总添加量一致的情况下，当增韧剂与无机填充物的配比为增韧剂：无机填充物＝1:3～1:1时，阻燃效果优于其他配比，说明在该配比时，增韧剂和无机填充物能相互补充，发挥协同增效的效果，尤其是当增韧剂：无机填充物＝1:2时，阻燃效果最好。
表7实施例10～12试样的性能测试数据
测试项目 实施例10 实施例11 实施例12
IZOD缺口冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 13 10 9
燃烧/2.0mm 5VB 5VB 5VB
燃烧/2.5mm 5VB 5VB 5VB
燃烧/3.0mm 5VA 5VA 5VA
从表5、7中实施例4、10～12的比较可以看出，当增韧剂为氯化聚乙烯时，阻燃效果和机械性能比较均衡。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，包含以下重量份的组分：PS树脂40～60份、热塑性丁苯橡胶10～27份、增韧剂3～10份、阻燃剂10～18份、阻燃协效剂2.5～6份、无机填充物5～20份、抗滴落剂0.1～0.5份和助剂0～2份；所述PS树脂的重均分子量大于等于15*104g/mol，熔体流动速率MFR为3～6g/10min。
2.如权利要求1所述高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，所述无机填充物的平均长径比≥5:1；优选地，所述无机填充物的平均长径比≥10:1，所述无机填充物的直径D50≤8μm。
3.如权利要求2所述高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，所述无机填充物为滑石粉、无机盐晶须、云石粉、云母粉、偏硅酸钙、高岭土和蒙脱石中的至少一种；所述无机盐晶须为SiC晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、氧化铝晶须和氧化锌晶须中的至少一种。
4.如权利要求1所述高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，所述增韧剂为氯化聚乙烯，所述氯化聚乙烯中氯的重量百分含量为30～40％。
5.如权利要求4所述高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，所述增韧剂与无机填充物的重量之比为：增韧剂：无机填充物＝1:3～1:1；优选地，所述增韧剂与无机填充物的重量之比为：增韧剂：无机填充物＝1:2。
6.如权利要求1所述高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，所述热塑性丁苯橡胶为聚苯乙烯—聚丁二烯—聚苯乙烯三嵌段共聚物和氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中至少一种；所述热塑性丁苯橡胶中的苯乙烯重量百分含量为20～40％。
7.如权利要求1所述高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为三(三溴苯氧基)三嗪、溴化环氧、十溴二苯乙烷、溴化聚酰亚胺、溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯、溴化聚碳酸酯和溴化聚丙烯酸酯中的至少一种。
8.如权利要求1所述高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，所述阻燃协效剂为三氧化二锑、胶体五氧化二锑、锑酸钠、三氯化锑、五氯化锑，亚磷酸锑、多聚磷酸锑和络合锑中的至少一种。
9.如权利要求1所述高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯；所述助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐候剂和着色剂中的至少一种。
10.如权利要求1所述高阻燃等级HIPS复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂；所述润滑剂包括酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、酯类润滑剂和硅酮类润滑剂中的至少一种；所述耐候剂包括二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂和受阻胺类光稳定剂中的至少一种。
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