CN113897054A - 一种耐燃耐冲击型塑料材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及复合材料领域，具体公开了一种耐燃耐冲击型塑料材料及其制备方法。一种耐燃耐冲击型塑料材料，由以下重量百分比的原料制成：PA 35~50%；玻璃纤维10~25%；TAF 0.2~0.7%；阻燃剂17~26%；无机填料2~8%增韧弹性体8~16%；抗氧剂0.2~0.6%；其中，所述阻燃剂包括无机阻燃剂和溴系阻燃剂；其制备方法为：将增韧弹性体、PA和玻璃纤维混合搅拌，然后加入TAF，继续搅拌，再加入取余原料继续搅拌，得到共混料；将共混料熔融挤出，冷却造粒，得到耐燃耐冲击型塑料材料。本申请的一种耐燃耐冲击型塑料材料具有提高了阻燃性能的同时，能够保持良好机械性能的优点。

Description

一种耐燃耐冲击型塑料材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及复合材料领域，更具体地说，它涉及一种耐燃耐冲击型塑料材料及其制备方法。

背景技术

人们一般会青睐于更轻更薄的产品，以方便携带且提高使用的舒适感，以笔记本电脑为例，笔记本电脑的材质一般为五金材质，五金材质能为笔记本电脑提供强度较高的结构，而且可以做薄，但缺点却是重量过大，不便于携带。随着材料技术的发展，人们开始着眼于重量更轻的塑料材料，而塑料材料用作笔记本电脑外壳时，需要突破的一点是机械强度的问题。

为了提高用作笔记本电脑的塑料的机械性能，例如冲击强度，有厂家将高聚物与其他增强材料复合形成新材料，从而获得机械性能良好塑料材料；同时为了增大材料的适用条件，往材料当中添加阻燃剂以提高材料的耐燃性能，也成为一种不错的选择。

阻燃剂中较为常见的是无机阻燃剂，然而经研究发现，无机阻燃剂的加入往往会由于添加量大，而降低了塑料自身的机械性能，特别是冲击强度，影响实际使用效果。

发明内容

为了使材料具有良好的耐燃能力和冲击强度，本申请提供一种耐燃耐冲击型塑料材料及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种耐燃耐冲击型塑料材料采用如下的技术方案：

一种耐燃耐冲击型塑料材料，由以下重量百分比的原料制成：

PA 35~50%；

玻璃纤维 10~25%；

TAF 0.2~0.7%；

阻燃剂17~26%；

无机填料2~8%

增韧弹性体8~16%；

抗氧剂0.2~0.6%；

其中，所述阻燃剂包括无机阻燃剂和溴系阻燃剂。

通过采用上述技术方案，PA为尼龙，玻璃纤维机械强度高，适于与PA复合，且玻璃纤维对无机阻燃剂的影响较小；利用TAF的润滑作用，提高无机阻燃剂在PA体系中的分散性，使得无机阻燃剂与PA的相容性得到提高，材料在提高了阻燃性能的同时，能够保持良好的机械性能。

优选的，所述无机阻燃剂为三氧化二锑。

通过采用上述技术方案，三氧化二锑与溴系阻燃剂可以产生良好的协同作用，提高阻燃效果。

优选的，所述溴系阻燃剂包括十溴二苯醚和溴化聚苯乙烯中的一种或两种组合。

通过采用上述技术方案，十溴二苯醚和溴化聚苯乙烯均是良好的阻燃剂，且与PA的相容性较好，有助于保持材料的机械强度。

优选的，所述三氧化二锑、十溴二苯醚以及溴化聚苯乙烯的重量比为5:(5~8):(6~9)。

通过采用上述技术方案，进一步降低三氧化二锑的比重，并利用三种阻燃剂的复配作用，在材料获得良好的阻燃性能的同时，保持良好的机械性能。

优选的，所述PA为PA6。

通过采用上述技术方案，PA6的抗拉强度高，韧性好，耐腐蚀性好，采用PA6可以使材料获得良好的机械性能。

优选的，所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维。

通过采用上述技术方案，无碱短切玻璃纤维的化学稳定性，强度良好，与PA复合可以提高材料的尺寸稳定性。

优选的，所述抗氧剂选自AT-168和AT-10中的一种或两种组合。

通过采用上述技术方案，AT-168和AT-10可以延缓塑料的氧化过程，延长使用寿命。

优选的，所述无机填料选自碳酸钙、滑石粉和钛白粉中的一种。

通过采用上述技术方案，提高材料的耐热性能，且降低材料的收缩率。

优选的，所述增韧弹性体为POE弹性体。

通过采用上述技术方案，POE弹性体可以提高材料的韧性，提高材料的使用效果。

优选的，所述PA6为PA6 BL 3280H，玻璃纤维为玻璃纤维T435TM，阻燃剂由三氧化二锑、十溴二苯醚以及溴化聚苯乙烯按照重量比5:(5~8):(6~9)组成。

通过采用上述技术方案，材料的阻燃性能、机械性能和热性能综合最佳。

第二方面，本申请提供一种耐燃耐冲击型塑料材料的制备方法，采用如下的技术方案：

一种耐燃耐冲击型塑料材料的制备方法，以下步骤：

将增韧弹性体、PA和玻璃纤维混合搅拌，搅拌时间2~6min，然后加入TAF，继续搅拌3~6min，再加入无机填料、阻燃剂和抗氧剂，继续搅拌5~15min，得到共混料；

将所述共混料熔融挤出，冷却，造粒，得到耐燃耐冲击型塑料材料。

通过采用上述技术方案，先将增韧弹性体、PA和玻璃纤维混合均匀，再加入TAF，促使TAF先行分散，然后再加入其余原料，促使阻燃剂在PA体系中更加分散，从而获得机械强度更高的塑料材料。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、玻璃纤维机械强度高，适于与PA复合，且玻璃纤维对无机阻燃剂的影响较小；利用TAF的润滑作用，提高无机阻燃剂在PA体系中的分散性，使得无机阻燃剂与PA的相容性得到提高，材料在提高了阻燃性能的同时，能够保持良好的机械性能。

2、本申请中优选采用三氧化二锑、十溴二苯醚以及溴化聚苯乙烯复配而成的阻燃剂，配合特定的PA和玻璃纤维，获得阻燃性能和机械性能良好的塑料材料。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

PA选购自中国石化，型号PA6 BL3280H、PA6 BL 3200H和PA6 BL2340H；

玻璃纤维选购自泰山玻璃纤维，型号T435TM和T635C，短切长度均为4.5mm；

POE弹性体选购自美国埃克森公司，型号9371；

TAF选购自青岛赛诺新材料有限公司；

溴化聚苯乙烯选购自博瑞达东莞新材料有限公司，型号7010。

实施例

实施例1

一种耐燃耐冲击型塑料材料的制备：

S1.将1.2kg POE弹性体9371、3.5kg PA6 BL 3200H和1.8kg玻璃纤维T635C加入高速混合机中，进行第一次混合搅拌，搅拌时间2min，然后加入0.07kg TAF进行第二次混合搅拌，搅拌时间3min，再加入0.8kg碳酸钙、1.3kg十溴二苯醚、1.3kg三氧化二锑、0.02kgAT-168和0.01kgAT-10进行第三次混合搅拌，搅拌时间15min，得到共混料；

S2.将共混料投入单螺杆挤出机中，各段温度分别在：一区：220℃；二区：225℃；三区:230℃；四区：235℃；五区：240℃；六区：245℃；七区：250℃；机头温度：250℃，螺杆转速220r/min，熔融挤出，冷却，造粒，得到耐燃耐冲击型塑料材料。

实施例2~实施例4

实施例2至实施例4均与实施例1的S2步骤相同，实施例2至实施例4与实施例1区别在于，S1步骤中的原料不同以及搅拌时间不同，如表1所示。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					PA6 BL 3200H(kg)	3.5	5	4.76	4.02
玻璃纤维T635C(kg)	1.8	1	2.5	2
					TAF(kg)	0.07	0.04	0.02	0.04
十溴二苯醚(kg)	1.3	1	1	1.1
					三氧化二锑(kg)	1.3	1	0.7	1.1
碳酸钙(kg)	0.8	0.3	0.2	0.5
					POE弹性体9371(kg)	1.2	1.6	0.8	1.2
AT-168(kg)	0.02	0.03	0.01	0.02
					AT-10(kg)	0.01	0.03	0.01	0.02
第一次混合搅拌时间(min)	2	6	3	3
					第二次混合搅拌时间(min)	3	3	6	6
第三次混合搅拌时间(min)	15	10	5	10

实施例5

本实施例与实施例4的区别在于，三氧化二锑和十溴二苯醚均有部分被替换为溴化聚苯乙烯，具体的，三氧化二锑的加入量为0.69kg，十溴二苯醚的加入量为0.69kg，溴化聚苯乙烯的加入量为0.82kg。

实施例6

本实施例与实施例4的区别在于，三氧化二锑和十溴二苯醚均有部分被替换为溴化聚苯乙烯，具体的，三氧化二锑的加入量为0.5kg，十溴二苯醚的加入量为0.8kg，溴化聚苯乙烯的加入量为0.9kg。

实施例7

本实施例与实施例4的区别在于，用等量的PA6 BL3280H替代PA6 BL3200H，用等量的玻璃纤维T435TM替代玻璃纤维T635C。

实施例8

本实施例与实施例6的区别在于，用等量的玻璃纤维T435TM替代玻璃纤维T635C。

实施例9

本实施例与实施例6的区别在于，用等量的PA6 BL2340H替代PA6 BL3200H，用等量的玻璃纤维T435TM替代玻璃纤维T635C。

实施例10

本实施例与实施例6的区别在于，用等量的PA6 BL3280H替代PA6 BL3200H。

实施例11

本实施例与实施例6的区别在于，用等量的PA6 BL3280H替代PA6 BL3200H，用等量的玻璃纤维T435TM替代玻璃纤维T635C。

对比例

对比例1

本对比例与实施例4的区别在于，用等量的PA6 BL 3200H替代三氧化二锑。

对比例2

本对比例与实施例4的区别在于，用等量的PA6 BL 3200H替代TAF。

对比例3

本对比例与实施例4的区别在于，用等量的硅酮粉替代TAF。

对比例4

本对比例与实施例4的区别在于，用等量的硅酮粉替代TAF，用等量的PA6 BL3280H替代PA6 BL3200H，用等量的玻璃纤维T435TM替代玻璃纤维T635C。

性能检测试验

根据UL94，对实施例和对比例进行阻燃等级测试，试样厚度1.5mm，测试结果如表2所示；其中，V2代表的阻燃性能优于HB代表的阻燃性能。

根据ISO179 塑料-简支梁冲击强度的测定，对实施例和对比例进行缺口冲击强度测试，测试结果如表2所示。

根据ISO178塑料-弯曲性能的测定，对实施例和对比例进行弯曲强度测试，试验速度10mm/min，测试结果如表2所示。

根据ISO75 塑料负荷变形温度的测定，对实施例和对比例进行热变形温度测试，负载0.45MPa，测试结果如表2所示。

表2

	阻燃等级	缺口冲击强度（KJ/m<sup>2</sup>）	弯曲强度（MPa）	热变形温度（℃）
					实施例1	V2	9.5	380	230
实施例2	V2	9.2	378	227
					实施例3	V2	9.6	383	229
实施例4	V2	9.7	382	232
					实施例5	V2	10.4	380	232
实施例6	V2	10.6	381	230
					实施例7	HB	11.5	395	262
实施例8	V2	10.9	413	236
					实施例9	V2	11.6	411	233
实施例10	V2	11.1	441	238
					实施例11	V2	13.7	431	250
对比例1	HB	11.0	396	193
					对比例2	V2	7.9	343	187
对比例3	V2	8.3	380	228
					对比例4	V2	8.5	369	181

如表2所示，根据对比例1与实施例4的比较，十溴二苯醚和三氧化二锑的加入可以提高材料的阻燃性能，但会降低机械性能；根据对比例2与实施例4的比较，实施例4的缺口冲击强度、弯曲强度和热变形温度都大幅提高，说明材料的机械性能和热性能都得到明显改善，原因推测是在TAF的加入，可以改善三氧化二锑在PA体系中的分散性，三氧化二锑在材料中分散均匀，减少局部结块的情况，从而材料在提高了阻燃性能的同时，能够保持良好的机械性能和热性能。

硅酮粉和TAF均常作为润滑剂，而根据对比例2、对比例3、对比例4与实施例4的比较，以及多种PA和玻璃纤维配合体系的比较，硅酮粉的加入并不能提高材料的缺口冲击强度，对材料的机械性能提升有限，说明TAF的加入更加有提升效果。

根据实施例4与实施例5以及实施例6的比较，采用三氧化二锑、十溴二苯醚以及溴化聚苯乙烯三者复配的阻燃剂，能够提高材料的缺口冲击强度，原因推测是复配阻燃剂进一步降低了无机阻燃剂三氧化二锑的比重，配合十溴二苯醚以及溴化聚苯乙烯与PA体系的相容性，从而提高阻燃剂整体在PA体系中的分散性，提高材料的机械性能。

根据实施例6与实施例7的比较，材料的机械性能和热性能都得到改善，但是阻燃性能反而下降，说明PA6 BL3280H与玻璃纤维T435TM组成的体系并不适合只加入十溴二苯醚和三氧化二锑作阻燃剂，会导致阻燃性能下降。

根据实施例6与实施例8以及实施例9的比较，材料的机械性能和热性能都得到改善，说明当PA选用PA6 BL 3200H或者PA6 BL2340H时，选用玻璃纤维T435TM对材料的机械性能有一定的提升。

根据实施例6与实施例10的比较，材料的机械性能和热性能都得到改善，且相较于其他实施例，实施例10的弯曲强度提升最为明显，说明当PA选用PA6 BL 3280H时，选用玻璃纤维T635C对材料的弯曲强度有显著提升。

根据实施例6与实施例11的比较，材料的机械性能和热性能都得到改善，且相较于其他实施例，实施例11的缺口冲击强度提升最为明显，弯曲强度和热变形温度均处于较优水平，说明当PA选用PA6 BL 3280H、玻璃纤维选用玻璃纤维T435TM、阻燃剂选用三氧化二锑、十溴二苯醚以及溴化聚苯乙烯复配时，同时有TAF加入，上述配方的协同作用使材料的阻燃性能、机械性能和热性能综合最佳。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种耐燃耐冲击型塑料材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：

PA35~50%；

玻璃纤维10~25%；

TAF 0.2~0.7%；

阻燃剂17~26%；

无机填料2~8%

增韧弹性体8~16%；

抗氧剂0.2~0.6%；

其中，所述阻燃剂包括无机阻燃剂和溴系阻燃剂。

2.根据权利要求1所述的一种耐燃耐冲击型塑料材料，其特征在于：所述无机阻燃剂为三氧化二锑。

3.根据权利要求2所述的一种耐燃耐冲击型塑料材料，其特征在于：所述溴系阻燃剂包括十溴二苯醚和溴化聚苯乙烯中的一种或两种组合。

4.根据权利要求3所述的一种耐燃耐冲击型塑料材料，其特征在于：所述三氧化二锑、十溴二苯醚以及溴化聚苯乙烯的重量比为5:(5~8):(6~9)。

5.根据权利要求1所述的一种耐燃耐冲击型塑料材料，其特征在于：所述PA为PA6。

6.根据权利要求1所述的一种耐燃耐冲击型塑料材料，其特征在于：所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维。

7.根据权利要求4-6任一所述的一种耐燃耐冲击型塑料材料，其特征在于：所述抗氧剂选自AT-168和AT-10中的一种或两种组合。

8.根据权利要求4-6任一所述的一种耐燃耐冲击型塑料材料，其特征在于：所述无机填料选自碳酸钙、滑石粉和钛白粉中的一种。

9.根据权利要求4-6任一所述的一种耐燃耐冲击型塑料材料，其特征在于：所述增韧弹性体为POE弹性体。

10.一种耐燃耐冲击型塑料材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-9任一所述的一种耐燃耐冲击型塑料材料，包括以下步骤：

将增韧弹性体、PA和玻璃纤维混合搅拌，搅拌时间2~6min，然后加入TAF，继续搅拌3~6min，再加入无机填料、阻燃剂和抗氧剂，继续搅拌5~15min，得到共混料；

将所述共混料熔融挤出，冷却，造粒，得到耐燃耐冲击型塑料材料。