CN113698726B - 高填充高性能阻燃abs材料及其制备方法 - Google Patents

高填充高性能阻燃abs材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种高填充高性能阻燃ABS材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明提供的高填充高性能阻燃ABS材料，由下述重量份的原料组成：ABS树脂60‑62份、溴阻燃剂10‑13.5份、三氧化二锑2‑5份、填充剂20份、润滑剂0.2‑1份、抗氧剂0.1‑1份和树枝状大分子融合剂5份。本发明所得ABS材料可在高填充的前提下，还能做到性能的提升明显以及低成本，可使注塑出的产品表现出更好的使用性能和外观效果，从而广泛应用于有阻燃要求的5G网络接线盒中。

Description

高填充高性能阻燃ABS材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种高填充高性能阻燃ABS材料及其制备方法。
背景技术
ABS塑料兼有三种组元的共同性能，A使其耐化学腐蚀、耐热，并有一定的表面硬度，B使其具有高弹性和韧性，S使其具有热塑性塑料的加工成型特性并改善电性能。因此，ABS塑料是一种原料易得、综合性能良好、价格便宜、用途广泛的“坚韧、质硬、刚性”材料。ABS塑料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业及化工中获得了广泛的应用。
随着生活水平的日益提高，人们对ABS的阻燃性能要求越来越高，单独使用ABS时，材料燃烧速度快，阻燃级别只能达到UL94-HB级别，添加溴锑阻燃剂后，成本提高约1.5倍。滑石粉是一种价格低廉的填充助剂，可以与锑形成协销作用，降低锑的用量。但是ABS是典型的海岛结构非晶塑料，滑石粉形态为晶体呈假六方或菱形的片状，添加会破坏ABS结构，使ABS树脂性能大幅下降。
专利申请CN102030966A公开了一种矿物填充的阻燃ABS符合材料及其制备方法，采用马来酸酐接枝物作为相容剂，但其与ABS和矿物填充的相容性较差，无法做到高性能阻燃ABS。专利CN107573635B则提出一种高性能阻燃ABS及其制造方法，该方法制造的阻燃ABS由于采用金属添加物和过渡金属添加物，漏电起痕的电压达不到通用级的250V。因此，目前尚不能提供阻燃性能优异的具有高填充性的ABS材料。
发明内容
本发明提供了一种高填充高性能阻燃ABS材料及其制备方法，所得ABS材料可在高填充的前提下，还能做到性能的提升明显以及低成本，可使注塑出的产品表现出更好的使用性能和外观效果，从而广泛应用于有阻燃要求的5G设备。
为了达到上述目的，本发明提供了一种高填充高性能阻燃ABS材料，由下述重量份的原料组成：ABS树脂60-62份、溴阻燃剂10-13.5份、三氧化二锑2-5份、填充剂20份、润滑剂0.2-1份、抗氧剂0.1-1份和树枝状大分子融合剂5份。
作为优选，所述ABS树脂选自ABS 757K和ABS D-190中的至少一种。
作为优选，所述溴阻燃剂选自四溴双酚A、溴代三嗪和十溴二苯乙烷中的至少一种。
作为优选，所述树状大分子融合剂属于分散型增韧剂，具有优异的增韧效果，并可以显著改善ABS的熔体流动性能，是由其特殊的树枝状结构带来的特性。树枝状结构中具有柔性的长链段，在分子链间起到一种联结、缓冲作用，使体系在受到冲击时起吸收能量、缓冲冲击能的作用，减少银纹因受力发展成裂纹的机会，从而提高了体系的冲击强度；并且树枝状结构表面大量的柔性长链段呈空间三维舒展状态，在体系中通过分子链的相互作用更容易形成空间三维网状结构，进一步缓冲外力对体系的冲击力，从而进一步提升增韧效果。此外，相比于传统线性增韧剂，树枝状分散型增韧剂呈空间球形结构，具有更小的流体力学半径，表现出显著的润滑性低熔体粘度特性，在提升材料冲击强度的同时可大大改善ABS的熔体流动性，对填料具有更好的分散性能，从而进一步提高填充量并改善达到填料对材料的增强效果，所以此产品尤其在高填充体系性能表现优异。在一优选方案中，选自合成树状大分子CYD-6250D和CYD-701中的至少一种。
作为优选，所述润滑剂选自PPA、季戊四醇硬脂酸酯和EBA(乙撑双硬脂酰胺)中的至少一种；所述抗氧剂选自四(2,4-二叔丁基酚)4,4'-联苯二亚磷酸酯(PQ)、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯(PEP-8T)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(1076)中的至少一种。
作为优选，所述填充剂选自滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。
作为优选，所得ABS材料的拉伸强度≥40Mpa、悬臂粱缺口抗冲≥150J/m、热变形温度≥78℃，阻燃等级达到5VA，220℃、10KG下的熔体质量流动速率≥15克/10min
本发明还提供了一种根据上述任一项技术方案所述的高填充高性能阻燃ABS材料的制备方法，包含以下步骤：
将树状大分子融合剂和填充剂先于转速400-500r/min下进行高速混合，然后于75-80℃下烘2.5-3.5小时，充分反应后按一定配比加入ABS树脂、溴阻燃剂、三氧化二锑、润滑剂和抗氧剂，于室温下混合均匀，并将所得混合物料加入双螺杆挤出机挤出得到。
可以理解的是，在上述方案中，将树状大分子融合剂和填充剂先进行混合目的在于树状大分子融合剂具有多羟基结构，先行将其与滑石粉混合反应，可有效增强融合剂的立体相容效果。
作为优选，所述挤出机的各段温度为：双螺杆后段为200-220℃，前中段为190-210℃。
作为优选，所述挤出机的螺杆转速400-550rpm，单螺杆长径比是35:1，双螺杆挤出机中螺杆长径比为(35-40)：1。可以理解的是，将单螺杆长径比限定在上述比值下，基于较短的加工行程可以缩短加工时间，从而防止变黄。
本发明还提供了一种根据上述任一项技术方案所述的高填充高性能阻燃ABS材料在5G网络接线盒中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供了一种高填充高性能阻燃ABS材料，该材料通过预先将融合剂与填充剂充分反应，可有效增强树状大分子融合剂的立体相容效果，同时该材料在添加20％填充后性能还得到显著提升，因此，该材料具有阻燃性、高性能、低成本、稳定性高等特点，可使注塑出的产品表现出更好的使用性能和外观效果，可广泛应用于有阻燃要求的5G设备。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
实施例1
ABS 757K 62份、十溴二苯乙烷10份、三氧化二锑2份、滑石粉20份、PPA 0.2份、抗氧剂1076 0.3份、CYD-6250D 5份。
制备方法：
先将滑石粉和CYD-6100D混合后于80℃混合2.5小时，而后与其他助剂一起混合，双螺杆挤出，制得高性能高填充阻燃ABS。挤出机温度段设置参数如表1所示。
表1实施例1挤出机温度段设置参数
Figure BDA0003261947870000041
将上述挤出材料经过80℃烘干后，对注塑样条依据下述标准进行相应测试，具体测试结果如表2所示。
表2实施例1所得材料测试数据
Figure BDA0003261947870000042
实施例2
ABS D-190 60份、溴代三嗪12份、三氧化二锑2份、硫酸钡20份、EBA 0.5份、抗氧剂1010 0.3份和CYD-6250D 5份。
制备方法：
先将硫酸钡和CYD-6250D混合后在78℃混合3小时，而后与其他助剂一起混合，双螺杆挤出，制得高性能高填充阻燃ABS。挤出机温度段设置参数如表3所示。
表3实施例2挤出机温度段设置参数
Figure BDA0003261947870000051
将上述挤出材料经过80℃烘干后，对注塑样条依据下述标准进行相应测试，具体测试结果如表4所示。
表4实施例2所得材料测试数据
Figure BDA0003261947870000052
实施例3
ABS 757K 60份、四溴双酚A 13.5份、三氧化二锑2份、碳酸钙20份、季戊四醇硬脂酸酯1份、抗氧剂1010 1份和CYD-701 5份。
制备方法：
先将碳酸钙和CYD-701混合后在75℃混合3.5小时，而后与其他助剂一起混合，双螺杆挤出，制得高性能高填充阻燃ABS。挤出机温度段设置参数如表5所示。
表5实施例3挤出机温度段设置参数
Figure BDA0003261947870000053
将上述挤出材料经过80℃烘干后，对注塑样条依据下述标准进行相应测试，具体测试结果如表6所示。
表6实施例3所得材料测试数据
Figure BDA0003261947870000061
对比例1
原料组分同实施例1，不同之处在于制备方法为：
ABS 757K 62份、十溴二苯乙烷10份、三氧化二锑2份、滑石粉20份、PPA 0.2份、抗氧剂1076 0.3份、CYD-6250D 5份。
制备方法：
将所有原料共同放入高混锅进行高速混合(500r/min)，从双螺杆一次性挤出，制得普通高填充阻燃ABS。挤出机温度段设置参数如表7所示。
表7对比例1挤出机温度段设置参数
Figure BDA0003261947870000062
将上述挤出材料经过80℃烘干后，对注塑样条依据下述标准进行相应测试，具体测试结果如表8所示。
表8对比例1所得材料测试数据
Figure BDA0003261947870000063
Figure BDA0003261947870000071
性能测试
将实施例1-3和对比例1所制得的高填充高阻燃ABS汇总如表9所示：
表9实施例1-3和对比例1所得高填充高性能阻燃ABS性能测试结果
Figure BDA0003261947870000072
注：+：有好的热稳定性；+号数量代表程度的差异，越多越好。
由表9可知，本发明提供的高填充高性能阻燃ABS材料性能稳定、拉伸强度、冲击、热变形、阻燃等级，熔融指数、耐黄变性均达到了注塑级塑料的要求，其中实施例1的十溴二苯乙烷溴含量高达82％，提高了材料整体的阻燃性，达到了UL94最高级5VA级，相应的由于十溴的分子量在阻燃剂中分子量是最大，熔融指数最低。添加滑石粉作为填充，热变形达到了88℃，因为使用树状分子(三维结构)作为融合剂，减低了滑石粉作为片层结构对ABS海岛结构的影响，冲击和阻燃都有所提高。实施例2中的溴代三嗪的使用，材料的冲击提高，添加20％的硫酸钡大幅降低成本，适用于对跌落和低温冲击有要求的产品。实施例3中的使用小分子阻燃剂四溴双酚A，搭配20％的碳酸钙填充，流动性达到最佳，适合薄壁制品。而对比例1因为没有特殊相容剂的预混处理，滑石粉在ABS中不能分散均匀，形成团聚，破坏了ABS特有的海岛结构，拉伸冲击性能下降明显(拉伸下降至39Mpa，冲击下降到50J/m)，流动性只有原来的50％。同时滑石粉的团聚会导致部分锑阻燃剂被包覆，溴锑难以形成协同效应，阻燃性下降(只能达到V2级别)。

Claims (9)

1.高填充高性能阻燃ABS材料，其特征在于，由下述重量份的原料组成：ABS树脂60-62份、溴阻燃剂10-13.5份、三氧化二锑2-5份、填充剂20份、润滑剂0.2-1份、抗氧剂0.1-1份和树枝状大分子融合剂5份；
所得ABS材料的拉伸强度≥40Mpa、悬臂粱缺口抗冲≥150J/m、热变形温度≥78℃，阻燃等级达到5VA，220℃、10KG下的熔体质量流动速率≥15克/10min。
2.根据权利要求1所述的高填充高性能阻燃ABS材料，其特征在于，所述ABS树脂选自ABS 757K和ABSD-190中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高填充高性能阻燃ABS材料，其特征在于，所述溴阻燃剂选自四溴双酚A、溴代三嗪和十溴二苯乙烷中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高填充高性能阻燃ABS材料，其特征在于，所述树状大分子融合剂选自合成树状大分子CYD-701。
5.根据权利要求1所述的高填充高性能阻燃ABS材料，其特征在于，所述润滑剂选自PPA、季戊四醇硬脂酸酯和乙撑双硬脂酸酰胺中的至少一种；所述抗氧剂选自四(2,4-二叔丁基酚)4,4'-联苯二亚磷酸酯、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的至少一种；所述填充剂选自滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高填充高性能阻燃ABS材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
将树状大分子融合剂和填充剂先于转速400-500r/min下进行高速混合，然后于75-80℃下烘2.5-3.5小时，充分反应后按一定配比加入ABS树脂、溴阻燃剂、三氧化二锑、润滑剂和抗氧剂，于室温下混合均匀，并将所得混合物料加入双螺杆挤出机挤出得到。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的各段温度为：双螺杆后段为200-220℃，前中段为190-210℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的螺杆转速400-550rpm，单螺杆长径比是35:1，双螺杆挤出机中螺杆长径比为(35-40)：1。
9.根据权利要求1-5任一项所述的高填充高性能阻燃ABS材料在5G网络接线盒中的应用。
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