CN111138820A - 一种轻质高阻燃片状模塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻质高阻燃片状模塑料及其制备方法，它属于复合材料领域。本发明片状模塑料的配方包含如下质量份的物质：不饱和聚酯树脂60～90份，低收缩剂10～40份，苯乙烯0～10份，阻燃填料50～120份，轻质填料10～25份，玻璃纤维60～100份，引发剂0.5～2.0份，阻聚剂0.01～0.1份，增稠剂0.5～2.0份，载体树脂1‑7份，内脱模剂2～6份，加工助剂0～4份；其中，轻质填料为中空玻璃微珠；阻燃填料为氢氧化铝；玻璃纤维包括定向连续玻璃纤维。相比于常规全短切玻璃纤维增强的片状模塑料，本发明采用轻质填料与阻燃填料混配的方法降低材料的密度、提高材料的阻燃性能，同时使用连续定向玻璃纤维配合作为增强材料兼顾了材料力学性能的提升，并提供上述轻质高阻燃片状模塑料的制备方法。

Description

一种轻质高阻燃片状模塑料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，涉及一种模塑料及其制备方法，尤其是涉及一种轻质高阻燃片状模塑料及其制备方法。
背景技术
片状模塑料(SMC)是一种固态的复合材料成型用中间体，由片状模塑料制成的产品有如下诸多优点：产品结构可设计性强、可一次成型具有复杂精细结构的产品；可根据需要进行配方设计以得到具备特定需求的制品；可直接成型内着色产品而无需二次喷漆；产品表面可达到金属般的光亮度与平整度。由于片状模塑料的各种优点，因此被广泛应用于轨道交通、汽车/火车部件、电器产品、建材等领域。
近年来，环保问题是一个全球问题，人们对车辆节能减排的关注度与日俱增，多国政府还出台了很多相应的法律法规。各汽车及汽车部件生产商都致力于在不影响使用性能的前提下尽可能的减轻部件的重量。目前，片状模塑料的常规密度为1.8～1.9g/cm3。对于具有轻量化需求的汽车领域或其他使用片状模塑料的领域(如舰艇领域)而言，仍然存在进一步降低材料密度的需要。常规的片状模塑料通常使用短切成0.5～1英寸(即12～25mm)的短玻璃纤维增强，这使得其对应模压制品的强度尤其是冲击强度受到很大局限，为了保证部件强度必需增加部件的厚度,因此，“密度高”和“厚度大”的叠加作用使得常规SMC模压件在轻量化发展方向具有较大挑战。除此之外，随着对车辆材料阻燃性能的越来越高的要求，片状模塑料的阻燃性研究也越来越深入。在车辆起火时，要求汽车材料具有一定的阻燃性能，保证乘客有足够的逃生时间。
公开号为CN101696320A的发明专利公开了一种连续定向玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料。该专利提供的片状模塑料采用连续定向玻璃纤维增强，虽具有一定的阻燃效果，但偏重于改进材料的成型工艺，没有改进的材料密度，不能适用于低密度材料的领域。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轻质高阻燃片状模塑料及其制备方法。本发明中的低轻质高阻燃片状模塑料配方设计合理，采用本发明的配方和方法制备的片状模塑料，材料密度为1.4～1.6g/cm3，明显低于常规材料1.8～1.9g/cm3的密度；而且材料阻燃性能好，具备UL-94V1-3mm的阻燃等级；本发明的材料还具有力学性能好、强度高、质量稳定等优点。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种轻质高阻燃片状模塑料，包括如下重量份的组分：不饱和聚酯树脂60-90重量份，低收缩剂10-40重量份，苯乙烯0-10重量份，阻燃填料50-120重量份，轻质填料10-25重量份，玻璃纤维60-100重量份，引发剂0.5-2.0重量份，阻聚剂0.01-0.1重量份，增稠剂0.5-2.0重量份，载体树脂1-7重量份，内脱模剂2-6重量份，加工助剂0-4重量份；其中，所述轻质填料为中空玻璃微珠；所述阻燃填料为氢氧化铝；所述玻璃纤维包括定向连续玻璃纤维。
本发明中的轻质高阻燃片状模塑料，通过合理设计配方以及不断优选原材料，具有低密度与高阻燃的双重性能。该片状模塑料选用中空玻璃微珠作为轻质填料，不仅降低了材料的密度，而且材料具有高强度，本发明的片状模塑料的密度为1.4～1.6g/cm3，比常规产品密度范围(1.8～1.9g/cm3)降低了10-25％；而且加入氢氧化铝作为阻燃填料，使材料具备UL-94V1(3mm)的阻燃等级，具有高阻燃性，可满足汽车等领域的阻燃需求。同时，本发明的配方使用连续定向玻璃纤维配合做为增强材料，兼顾了材料力学性能的提升。
优选的，所述玻璃纤维还包括25mm短切纤维。
优选的，所述定向连续玻璃纤维与所述25mm短切纤维的比例为1:6～6:1。
优选的，所述定向连续玻璃纤维为无碱连续玻璃纤维。
本发明的轻质高阻燃片状模塑料使用的玻璃纤维还包括25mm短切纤维，使本发明的材料具有良好的流动性。发明人通过大量实验，还确定了定向连续玻璃纤维与25mm短切纤维的比例，使材料的力学性能和流动性俱佳。除此之外，定向连续玻璃纤维作为增强材料，与同等纤维含量的常规比重、常规阻燃等级的普通片状模塑料相比，本发明的材料力学性能有所提高。
优选的，所述中空玻璃微珠的平均粒径为15～80μm。
优选的，所述氢氧化铝包括平均粒径为10μm的氢氧化铝和平均粒径为25μm的氢氧化铝；所述平均粒径为10μm的氢氧化铝与所述平均粒径为25μm的氢氧化铝的比例为1:6～6:1。
为了进一步的改善阻燃效果，本发明中的氢氧化铝包括平均粒径为10μm和平均粒径为25μm的氢氧化铝，两种平均粒径氢氧化铝的比例为1:6～6:1。两种平均粒径的氢氧化铝同时使用，而且两者的比例科学合理，可以使得同等体系粘度下氢氧化铝的总添加量更大、从而提高总体上的阻燃性能。
优选的，所述不饱和聚酯树脂为邻苯树脂、间苯树脂、对苯树脂、乙烯基树脂中的一种或任意比例组合的多种。
优选的，所述低收缩剂为聚苯乙烯、饱和聚酯中的一种或任意比例组合的两种。
优选的，所述引发剂为叔丁过氧化碳酸异丙酯(BIC-75)或过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)。
优选的，所述阻聚剂为对苯醌；所述增稠剂为氧化镁、氢氧化镁中的一种或任意比例组合的两种；所述内脱模剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或任意比例组合的两种；所述加工助剂为德国毕克化学生产的BYK996、BYK972中的一种或任意比例组合的两种；所述载体树脂为饱和聚酯。
一种轻质高阻燃片状模塑料的制备方法，包括以下步骤：
1)将不饱和聚酯树脂、低收缩剂、苯乙烯、阻燃填料、轻质填料、引发剂、阻聚剂、内脱模剂和加工助剂按照一定比例称取，进行充分搅拌混合得到树脂糊；
2)将增稠剂与载体树脂混合，得到增稠剂糊；
3)将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与玻璃纤维复合后，经过浸渍和压实过程得到片材；
4)将片材在40～45℃下放置熟化，待压入硬度达到200-400后，即得到轻质高阻燃片状模塑料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
本发明通过配方的合理设计与原材料的优选，兼顾了材料的低密度与高阻燃。低密度指的是所得片状模塑料可在常规产品密度范围(1.8-1.9g/cm3)基础上实现10-25％的下降，高阻燃指的是材料具备UL-94V1(3mm)阻燃等级。而且，材料的力学性能高于同等纤维含量下常规比重、常规阻燃等级的普通片状模塑料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。需要说明的是，本发明实施例组分的含量以重量份计，其中的1重量份代表2kg。
本发明的基本思想是，轻质高阻燃片状模塑料包括以下重量份的组分：不饱和聚酯树脂60-90重量份，低收缩剂10-40重量份，苯乙烯0-10重量份，阻燃填料50-120重量份，轻质填料10-25重量份，玻璃纤维60-100重量份，引发剂0.5-2.0重量份，阻聚剂0.01-0.1重量份，增稠剂0.5-2.0重量份，载体树脂1-7重量份，内脱模剂2-6重量份，加工助剂0-4重量份；其中，所述轻质填料为中空玻璃微珠；所述阻燃填料为氢氧化铝；所述玻璃纤维包括定向连续玻璃纤维。该片状模塑料不仅降低了材料的密度，提升了材料力学性能，使其具有高强度，而且材料具备UL-94V1(3mm)的阻燃等级，具有高阻燃性，可满足汽车等领域的阻燃需求。
下面给出根据本发明的轻质高阻燃片状模塑料的具体实施例。
实施例1：
配方：间苯树脂70重量份，饱和聚酯(低收缩剂)30重量份，苯乙烯5重量份，10μm氢氧化铝30重量份，25μm氢氧化铝80重量份，中空玻璃微珠25重量份，玻璃纤维83重量份(定向连续玻璃纤维与25mm短切纤维的比例为5:1)，叔丁过氧化碳酸异丙酯(BIC-75)1.2重量份，对苯醌0.05重量份，氧化镁1.3重量份，饱和聚酯(载体树脂)4.1重量份，硬脂酸锌5重量份，BYK996 1重量份。
制备方法：按配方称取原料，将间苯树脂、饱和聚酯(低收缩剂)、苯乙烯、10μm氢氧化铝、25μm氢氧化铝、中空玻璃微珠、叔丁过氧化碳酸异丙酯(BIC-75)、对苯醌、硬脂酸锌、BYK996进行充分混合，得到树脂糊，树脂糊粘度约为88P；将氧化镁和饱和聚酯(载体树脂)混合，得到增稠剂糊；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与玻璃纤维复合后、经过浸渍和压实过程得到片材；将片材在45℃下放置熟化，待压入硬度达到350后，即得到连续定向纤维增强轻质高阻燃片状模塑料。
实施例2：
配方：邻苯树脂65重量份，饱和聚酯(低收缩剂)35重量份，苯乙烯3重量份，10μm氢氧化铝填料50重量份，25μm氢氧化铝60重量份，中空玻璃微珠25重量份，玻璃纤维82重量份(定向连续玻璃纤维与25mm短切纤维的比例为4:2)，叔丁过氧化碳酸异丙酯(BIC-75)1.0重量份，对苯醌0.06重量份，氧化镁1.2重量份，饱和聚酯(载体树脂)3.8重量份，硬脂酸锌4.5重量份，BYK996 1.5重量份。
制备方法：按配方称取原料，将邻苯树脂、饱和聚酯(低收缩剂)、苯乙烯、10μm氢氧化铝、25μm氢氧化铝、中空玻璃微珠、叔丁过氧化碳酸异丙酯(BIC-75)、对苯醌、硬脂酸锌、BYK996进行充分混合，得到树脂糊，树脂糊粘度约为79P；将氧化镁和饱和聚酯(载体树脂)混合，得到增稠剂糊；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与玻璃纤维复合后、经过浸渍和压实过程得到片材；将片材在40℃下放置熟化，待压入硬度达到450后，即得到连续定向纤维增强轻质高阻燃片状模塑料。
实施例3：
配方：间苯树脂75重量份，聚苯乙烯25重量份，苯乙烯7重量份，
10μm氢氧化铝80重量份，25μm氢氧化铝30重量份，中空玻璃微珠20重量份，玻璃纤维96重量份(无碱连续玻璃纤维与25mm短切纤维的比例为5:1)，过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)1.3重量份，对苯醌0.03重量份，氧化镁1.4重量份，饱和聚酯(载体树脂)4.4重量份，硬脂酸锌4重量份，BYK996 2重量份，BYK972 1重量份。
制备方法：按配方称取原料，将间苯树脂、聚苯乙烯、苯乙烯、10μm氢氧化铝、25μm氢氧化铝、中空玻璃微珠、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、对苯醌、硬脂酸锌、BYK996、BYK972进行充分混合，得到树脂糊，树脂糊粘度约为72P；将氧化镁和饱和聚酯(载体树脂)充分混合，得到增稠剂糊；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与玻璃纤维复合后、经过浸渍和压实过程得到片材；将片材在42℃下放置熟化，待压入硬度达到400后，即得到连续定向纤维增强轻质高阻燃片状模塑料。
对比例1：
配方：间苯树脂75重量份，聚苯乙烯25重量份，苯乙烯7重量份，10μm氢氧化铝80重量份，25μm氢氧化铝30重量份，玻璃纤维96重量份(无碱连续玻璃纤维与25mm短切纤维的比例为5:1)，过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)1.3重量份，对苯醌0.03重量份，氧化镁1.4重量份，饱和聚酯(载体树脂)4.4重量份，硬脂酸锌4重量份，BYK996 2重量份，BYK9721重量份。
制备方法：按配方称取原料，将间苯树脂、聚苯乙烯、苯乙烯、10μm氢氧化铝、25μm氢氧化铝、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、对苯醌、硬脂酸锌、BYK996、BYK972进行充分混合，得到树脂糊，树脂糊粘度约为102P；将氧化镁和饱和聚酯(载体树脂)充分混合，得到增稠剂糊；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与玻璃纤维复合后、经过浸渍和压实过程得到片材；将片材在45℃下放置熟化，待压入硬度达到400后，即得到连续定向纤维增强常规密度高阻燃片状模塑料。
对比例2：
配方：间苯树脂75重量份，聚苯乙烯25重量份，苯乙烯7重量份，10μm氢氧化铝80重量份，25μm氢氧化铝30重量份，中空玻璃微珠20重量份，玻璃纤维96重量份(25mm短切纤维)，过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)1.3重量份，对苯醌0.03重量份，氧化镁1.4重量份，饱和聚酯(载体树脂)4.4重量份，硬脂酸锌4重量份，BYK996 2重量份，BYK972 1重量份。
制备方法：按配方称取原料，将间苯树脂、聚苯乙烯、苯乙烯、10μm氢氧化铝、25μm氢氧化铝、中空玻璃微珠、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、对苯醌、硬脂酸锌、BYK996、BYK972进行充分混合，得到树脂糊，树脂糊粘度约为75P；将氧化镁和饱和聚酯(载体树脂)充分混合，得到增稠剂糊；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与短切玻璃纤维复合后、经过浸渍和压实过程得到片材；将片材在40℃下放置熟化，待压入硬度达到350后，即得到常规短切玻璃纤维增强轻质高阻燃片状模塑料。
对比例3：
配方：间苯树脂75重量份，聚苯乙烯25重量份，苯乙烯7重量份，碳酸钙110重量份，中空玻璃微珠20重量份，玻璃纤维96重量份(无碱连续玻璃纤维与25mm短切纤维的比例为5:1)，过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)1.3重量份，对苯醌0.03重量份，氧化镁1.4重量份，饱和聚酯(载体树脂)4.4重量份，硬脂酸锌4重量份，BYK996 2重量份，BYK972 1重量份。
制备方法：按配方称取原料，将间苯树脂、聚苯乙烯、苯乙烯、碳酸钙、中空玻璃微珠、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、对苯醌、硬脂酸锌、BYK996、BYK972进行充分混合，得到树脂糊，树脂糊粘度约为56P；将氧化镁和饱和聚酯充分混合，得到增稠剂糊；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与玻璃纤维复合后、经过浸渍和压实过程得到片材；将片材在45℃下放置熟化，待压入硬度达到400后，即得到连续定向纤维增强轻质非阻燃片状模塑料。
将实施例1-3以及对比例1-3制备的片状模塑料按照GB/T 1447《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》、GB/T 1449《玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法》、GB/T 1451《玻璃纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法》、UL 94标准、以及GB/T 1463《纤维增强塑料密度和相对密度试验方法》规定分别制样，并测试其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、阻燃等级与密度。检测结果结果如表1所示：
表1
Figure BDA0001855974670000091
实施例1-3的片状模塑料的配方中均含有连续定向玻璃纤维和中空玻璃微珠，阻燃填料为氢氧化铝，而且配方成分和用量科学合理；对比例1中不含中空玻璃微珠；对比例2中未使用连续定向玻璃纤维，只使用了短切纤维；对比例3使用碳酸钙填料来替代氢氧化铝，做为阻燃填料。从上表数据可以看出，实施例1-3的材料力学性能(拉伸强度、弯曲强度和冲击强度)好，阻燃等级高，密度低；对比例1的密度较高，无法满足应用轻质材料的领域需要；对比例2的力学性能大幅降低；对比例3的阻燃等级较低。综上所述，实施例1-3的配方科学合理，其片状模塑料具有低密度、高阻燃、力学强度高的多重性能；其密度为1.44-1.54g/cm3，较常规产品密度范围(1.8-1.9g/cm3)降低了10-25％；其阻燃等级为UL-94V1(3mm)，具有高阻燃性；其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等力学性能好。
在以上各个实施例中，为了使得片状模塑料呈现不同的颜色，可以在制备过程中加入各种颜料糊。
需要说明的是，本说明书中所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。本发明所属技术领域的技术人员应当理解，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精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种轻质高阻燃片状模塑料，其特征在于，包括以下重量份的组分：不饱和聚酯树脂60～90重量份，低收缩剂10～40重量份，苯乙烯0～10重量份，阻燃填料50～120重量份，轻质填料10～25重量份，玻璃纤维60～100重量份，引发剂0.5～2.0重量份，阻聚剂0.01～0.1重量份，增稠剂0.5～2.0重量份，载体树脂1-7重量份，内脱模剂2～6重量份，加工助剂0～4重量份；
其中，所述轻质填料为中空玻璃微珠；
所述阻燃填料为氢氧化铝；
所述玻璃纤维包括定向连续玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的轻质高阻燃片状模塑料，其特征在于，所述玻璃纤维还包括25mm短切纤维。
3.根据权利要求2所述的轻质高阻燃片状模塑料，其特征在于，所述定向连续玻璃纤维与所述25mm短切纤维的比例为1:6～6:1。
4.根据权利要求1所述的轻质高阻燃片状模塑料，其特征在于，所述中空玻璃微珠的平均粒径为15～80μm。
5.根据权利要求1所述的轻质高阻燃片状模塑料，其特征在于，所述氢氧化铝包括平均粒径为10μm的氢氧化铝和平均粒径为25μm的氢氧化铝；所述平均粒径为10μm的氢氧化铝与所述平均粒径为25μm的氢氧化铝的比例为1:6～6:1。
6.根据权利要求1所述的轻质高阻燃片状模塑料，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂为邻苯树脂、间苯树脂、对苯树脂、乙烯基树脂中的一种或任意比例组合的多种。
7.根据权利要求1所述的轻质高阻燃片状模塑料，其特征在于，所述低收缩剂为聚苯乙烯、饱和聚酯中的一种或任意比例组合的两种。
8.根据权利要求1所述的轻质高阻燃片状模塑料，其特征在于，所述引发剂为叔丁过氧化碳酸异丙酯或过氧化苯甲酸叔丁酯。
9.根据权利要求1所述的轻质高阻燃片状模塑料，其特征在于，所述阻聚剂为对苯醌；所述增稠剂为氧化镁、氢氧化镁中的一种或任意比例组合的两种；所述内脱模剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或任意比例组合的两种；所述加工助剂为德国毕克化学生产的BYK996、BYK972中的一种或任意比例组合的两种；所述载体树脂为饱和聚酯。
10.一种轻质高阻燃片状模塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将不饱和聚酯树脂、低收缩剂、苯乙烯、阻燃填料、轻质填料、引发剂、阻聚剂、内脱模剂和加工助剂按照一定比例称取，进行充分搅拌混合得到树脂糊；
2)将增稠剂与载体树脂混合，得到增稠剂糊；
3)将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与玻璃纤维复合后，经过浸渍和压实过程得到片材；
4)将片材在温度为40～45℃下放置熟化，待压入硬度达到200-400后，即得到轻质高阻燃片状模塑料。
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