CN109735080A - 一种高耐候、耐湿热稳定性优良的阻燃pc/abs共混材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种高耐候、耐湿热稳定性优良的阻燃PC/ABS共混材料及其制备方法及其制备方法，具体由以下重量份的原料组成：PC树脂40～70份，ABS树脂15～40份，有机磷酸盐系阻燃剂5～20份，多功能型聚合物助剂5～10份，复合耐候性稳定剂1‑5份；本发明从配方源头上进行根本性设计，以特定的多环芳烃结构的有机磷系阻燃剂与高效的功能性助剂匹配使用，以低用量、高效的耐候性助剂为辅助，协同改善了阻燃PC/ABS共混材料在户外、长周期的高湿、高热、光照等综合环境因素影响下的稳定性，不仅材料的刚性、韧性保持率有明显的改善，材料的阻燃性及电绝缘性也基本保持不变，体现出了极好的材料稳定性。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高耐候、耐湿热稳定性优良的PC/ABS共混材料及其制备方法。
背景技术
PC/ABS合金材料是包含了多个组分的聚合物复合材料，其利用了PC与ABS两者之间具有一定的结构相容性，通过两者之间的组分比例调整，从而可以获得不同性能指标的一系列PC/ABS复合材料。PC/ABS作为一种两相的合金共混材料，既存在着相分离，也存在着相结合，因此，其材料的力学性能、耐长期稳定性等无不与其微观结构密切相关。
近年来，由于传统燃油汽车尾气排放问题的日益突出，以及不可再生的石化能源供应的紧张，新能源动力汽车产业获得了长足的发展，国家也出台一系列举措来促进当前汽车工业领域的这种动力革新，已降低汽车对环境污染的影响。电动动力汽车作为一种新的汽车材料，其革新换代对传统的汽车用聚合物材料也提出了更高的性能要求及更多的功能化需求，尤其是在新能源车的核心部件-锂电子组及电池模块领域，不仅要求材料具有良好的力学性能，也要去其具有在复杂工况环境下的稳定性，比如电绝缘性、湿热存放稳定性等，这对于传统的PC/ABS合金材料都是全新的挑战。
然而，PC/ABS共混合金材料的组分众多，且性质各不相同，尤其是阻燃剂的加入，对于材料内部的微观环境改变非常大，材料的整体极性强，容易在高温高湿环境中因吸水而发生聚合物降解、材料力学及电性能降低等；因此，要实现在严苛的外部环境(光、热、湿度等)中依然保持良好的力学性能、阻燃特性、电性能是决定阻燃PC/ASB材料是否能在新能源汽车领域实现推广应用的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高耐候、耐湿热稳定性优良的PC/ABS共混材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高耐候、耐湿热稳定性优良的PC/ABS共混材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：
进一步的，所述的聚碳酸酯(PC)树脂，在260℃、5Kg的测试条件下，其熔融指数为5～30g/10min，缺口冲击强度≥50kJ/m2。
进一步的，所述的苯乙烯-丁二烯-丙烯腈(ABS)树脂在220℃、10Kg的测试条件下，其熔融指数为3～20g/10min，丁二烯含量≤18％。
进一步的，所述的有机磷酸盐系阻燃剂，其主要特征为外观呈白色或淡黄色固体粉末的高效、高耐热的有机次磷酸铝阻燃剂、有机次磷酸锌阻燃剂、芳香族多聚磷酸酯、磷酸锆等的一种或几种。
进一步的，所述的多功能型聚合物助剂为多组分、多单体的共聚型长链聚合物如马来酸酐接枝物苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝苯乙烯共聚物、丙烯酸酯类多嵌段共聚物等一种或几种。
进一步的，所述的复合耐候性稳定剂为具有抗紫外线UV特性，能捕捉聚合物光照降解产生自由基的特定结构有机助剂如亚磷酸酯、受阻酚、硫代酯、苯胺类化合物等的一种或几种。
本发明的第二目的在于提供一种制备权利要求1所述的高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)按所述的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、多功能型聚合物助剂、复合耐候性稳定剂，混合均匀，得到混合原料A，按所述的重量百分比称取有机次磷酸盐阻燃剂，得到混合原料B。
(2)将上述混合原料A、B分别干燥后，将混合原料A置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将混合原料B从侧向喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、220℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为200转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)基于常规PC/ABS固有的“耐UV性能差、易吸水、易降解”等特性问题，有选择性地采用了高分子量、低融指的长链PC树脂，优选低Bd％含量的ABS树脂，为共混材料的高耐候、高耐湿等性能指标优化提供了良好的材料基础保障。
(2)优选高耐热、加工稳定性好、低吸水性的高效阻燃助剂体系，选择搭配不同化学结构的固态金属磷酸盐系阻燃剂，充分发挥其协同作用，从根源上改善了阻燃体系的高温、高湿环境中的性能稳定性。
(3)通过本发明的技术方案制备得到的高耐候、耐湿热稳定性优良的阻燃PC/ABS共混材料，在常规环境(23℃，50％RH)、高温高湿环境(85℃、85％RH)中均具有良好的力学性能表现，其常温下缺口冲击强度在50kJ/m2以上，且在经历了长时间的高温高湿环境存放后，材料的各项性能指标如拉伸、弯曲强度的保持率依然良好，关键的缺口冲击强度保持也保持在30kJ/m2以上，表明材料依然具备良好的抗冲击性能；除了力学性能以外，本方案更突出的优势在于明显改善在长期光照环境中的耐UV变色能力，在经历过1000h以上的光照测试后，材料的色变值△E可控制在3.0以内，同时长期的湿热环境存放后的电绝缘性能也明显改善，耐电压能力的保持情况更好，这进一步拓展了方案所得材料的应用范围，不仅可应用于新能源车电池系统的功能件，其优异的抗UV性能也能应用于新能源车的外部附件如充电桩、充电枪壳体等。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式对本发明做进一步的说明，所述实施例仅用于说明本发明而不是对本发明的限制。
本发明实施例所用原料：
PC-1:高分子量长链聚碳酸酯，日本三菱化学株式会社，熔融指数MFR为5g/10min(260℃、5Kg)，缺口冲击强度58kJ/m2。
PC-2:常规级聚碳酸酯，韩国LG，熔融指数MFR为15g/10min(230℃、2.16Kg)，缺口冲击强度52kJ/m2。
ABS-1：常规级ABS，中石化上海高桥石化，熔融指数MFR为15g/10min(220℃、10Kg)，有效丁二烯含量为27％。
ABS-2：高耐热级ABS，中石化上海高桥石化，熔融指数MFR为4.8g/10min(220℃、10Kg)，有效丁二烯含量为12.6％。
有机次磷酸盐阻燃剂：次磷酸铝OP-935，瑞士克莱恩，有效磷含量：23-24％。
芳香族多聚磷酸酯阻燃剂：HPTCP，江苏雅克科技，有效磷含量：15-20％。
芳香族多聚磷酸酯阻燃剂：TPP，浙江万盛化工，有效磷含量10-15％。
磷酸锆阻燃剂：Nano-ZrP，绵竹耀隆化工有限公司。
多功能型聚合物助剂-1：甲基苯烯酸缩水甘油酯GMA接枝ABS(ABS-g-GMA)，自制。
多功能型聚合物助剂-2：甲基丙烯酸丁酯三元共聚物MBS-E-920，阿科玛。
复合耐候稳定剂-1：亚磷酸酯626/受阻胺稳定剂944按1：2比例混合使用，自制。。
复合耐候稳定剂-2：受阻酚1010/受阻胺稳定剂770按1：2比例混合使用，自制。
产品性能测试：
密度测试：按ISO1183-1标准测试；
拉伸性能：按ISO527-2标准进行，测试速率为50mm/min。
弯曲性能：按IS178标准进行，跨距为64mm，测试速率为2mm/min。
缺口冲击性能：按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行，样条缺口为A型，在常温(23℃)下进行测试。
阻燃性能：按UL94垂直燃烧的标准测试方法，在德瑞克DRK-310水平垂直燃烧测试仪中进行测试，测试样条厚度为0.8mm。
抗UV测试：按SAE J2527的标准方法进行测试，测试时间为1000h，完成后测试样片表面的色差值变化△E；
湿热环境老化测试：制备标准缺口冲击样条及圆片，放置于85℃、85％RH的环境恒温恒湿箱内，老化时长为1000h，试验结束后测试材料的样条缺口冲击保持率，用圆片测试材料的工频耐电压和绝缘电阻。
实施例1
按表1中所述实施例1的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、多功能性聚合物助剂，混合均匀，得到混合原料A，按所述的重量百分比称取有机磷酸盐阻燃剂、复合耐候性稳定剂，混合均匀，得到混合原料B。
将上述混合原料A、B分别干燥后，将混合原料A置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将混合原料B从侧向喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、220℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为200转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料。
表1高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料的配方表(单位：克)
实施例2
按表1中所述实施例2的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、多功能性聚合物助剂，混合均匀，得到混合原料A，按所述的重量百分比称取有机磷酸盐阻燃剂、复合耐候性稳定剂，混合均匀，得到混合原料B。
将上述混合原料A、B分别干燥后，将混合原料A置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将混合原料B从侧向喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、220℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为200转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料。
实施例3
按表1中所述实施例3的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、多功能性聚合物助剂，混合均匀，得到混合原料A，按所述的重量百分比称取有机磷酸盐阻燃剂、复合耐候性稳定剂，混合均匀，得到混合原料B。
将上述混合原料A、B分别干燥后，将混合原料A置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将混合原料B从侧向喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、220℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为200转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料。
实施例4
按表1中所述实施例4的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、多功能性聚合物助剂，混合均匀，得到混合原料A，按所述的重量百分比称取有机磷酸盐阻燃剂、复合耐候性稳定剂，混合均匀，得到混合原料B。
将上述混合原料A、B分别干燥后，将混合原料A置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将混合原料B从侧向喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、220℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为200转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料。
实施例5
按表1中所述实施例5的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、多功能性聚合物助剂，混合均匀，得到混合原料A，按所述的重量百分比称取有机磷酸盐阻燃剂、复合耐候性稳定剂，混合均匀，得到混合原料B。
将上述混合原料A、B分别干燥后，将混合原料A置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将混合原料B从侧向喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、220℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为200转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料。
实施例6
按表1中所述实施例6的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、多功能性聚合物助剂，混合均匀，得到混合原料A，按所述的重量百分比称取有机磷酸盐阻燃剂、复合耐候性稳定剂，混合均匀，得到混合原料B。
将上述混合原料A、B分别干燥后，将混合原料A置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将混合原料B从侧向喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、220℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为200转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料。
对比例1
阻燃PC/ABS牌号CYCOLOY-C6600，SABIC Innovative Plastics公司，市售。
表2高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料的测试结果
从表2中各实施例1-6的材料性能测试数据来看，阻燃PC/ABS材料中PC对材料的力学性能有着明显的影响，如实施例1、实施例4、实施例5、实施例6等PC含量在60％以上的拉伸、弯曲及缺口冲击性都明显高于实施2、实施例3等，尤其是冲击韧性有大幅度的提升，阻燃性能也相对要好一些，其阻燃等级都可以做到V-0级。
进一步对比实施例1、4、5可知，各材料的耐UV性能及耐环境湿热稳定性与PC、ABS的比例及种类的关系实际上并不大，而与其加入阻燃剂体系、功能助剂及UV稳定剂的关联度较大，尤其是阻燃剂的影响尤为明显。
因此，对比实施例1、4、5中所用的不同阻燃体系可知，TPP的耐环境湿热性能是相对较差的，材料的湿热老化后缺口冲击强度幅度较大，保持率仅在50％左右，而实施例4中所用的HPTCP阻燃剂则具有较好的湿热稳定性表现，缺口冲击性能的保持率可在80％以上，耐电压性能也在5000V以上，对比实施例1、实施例5的优势较为明显。
对比实施4和对比1可知，虽然两者的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击都较为相近，表明两者的PC、ABS的比例是相似的，即采用了高PC含量的方式，阻燃性能也都保持在UL94V-0水平。但从UV老化后色差值△E、湿热老化后缺口保持率及电性能来看，通过本发明技术方案得到的材料(实施例4)体现出了优越的耐环境稳定性，在综合环境因素如光、热、湿度的长期作用下，不仅力学性能表现稳定，且材料抗UV色变能力、电性能保持能力都优于对比例1。
采用高耐候、耐湿热稳定性优良的阻燃PC/ABS共混材料不仅能广泛应用于新能源汽车的电池动力系统，且其优越的抗UV色变能力还可以用于充电桩、充电枪等新能源汽车的外附件领域。当前新能源汽车产业有了长足的发展，其动力系统从传统的燃油动力转变为电力驱动，对其中聚合物材料的常规力学性能、阻燃性能、电性能及耐环境稳定性能等指标均提出了全新的要求，而本方案中的阻燃PC/ABS共混材料的各项特性均能满足上述的性能要求，这必将为材料在相关领域中广泛应用创造出极为有利的基础条件。
Claims (7)
1.一种高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：
2.根据权利要求1所述的一种高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的聚碳酸酯(PC)树脂，在260℃、5Kg的测试条件下，其熔融指数为5～30g/10min，缺口冲击强度≥50kJ/m2。
3.根据权利要求1所述的一种高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的苯乙烯-丁二烯-丙烯腈(ABS)树脂在220℃、10Kg的测试条件下，其熔融指数为3～20g/10min，丁二烯含量≤18％。
4.根据权利要求1所述的一种高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的有机磷酸盐系阻燃剂，其主要特征为外观呈白色或淡黄色固体粉末的高效、高耐热的有机次磷酸铝阻燃剂、有机次磷酸锌阻燃剂、芳香族多聚磷酸酯、磷酸锆中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的多功能型聚合物助剂为多组分、多单体的共聚型长链聚合物如马来酸酐接枝物苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝苯乙烯共聚物、丙烯酸酯类多嵌段共聚物中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的复合耐候性稳定剂为具有抗紫外线UV特性，能捕捉聚合物光照降解产生自由基的特定结构有机助剂如亚磷酸酯、受阻酚、硫代酯、苯胺类化合物中的一种或几种。
7.一种制备权利要求1所述的高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)按所述的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、多功能型聚合物助剂、复合耐候性稳定剂，混合均匀，得到混合原料A，按所述的重量百分比称取有机次磷酸盐阻燃剂，得到混合原料B。
(2)将上述混合原料A、B分别干燥后，将混合原料A置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将混合原料B从侧向喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、220℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为200转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高耐候、耐湿热稳定性好的阻燃PC/ABS共混材料。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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