CN114075381A - 一种高性能无卤阻燃pc/cf复合材料及其制品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料及其制品，包括以下重量份的组分：PC，60～75份；碳纤维，10～30份；阻燃剂，4.5～10份；其中，所述阻燃剂由磷氮烯阻燃剂和有机硅阻燃剂复配。本发明的有益效果是，相对于现有技术中在PC/CF复合材料加入较多的阻燃剂来说，这种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料通过在PC/CF复合材料加入由磷氮烯阻燃剂和有机硅阻燃剂复配的阻燃剂，不仅减少了阻燃剂的用量，而且能够使得PC/CF复合材料在保持0.8mmV‑0的阻燃等级的同时，提高其HDT。

Description

一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料及其制品
【技术领域】
本发明涉及复合材料技术领域，尤其是一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料及其制品。
【背景技术】
在电子电器、汽车等领域，产品的轻量化逐渐成为现代产品的趋势，聚碳酸酯(Polycarbonate，缩写为PC)和碳纤维(Carbon Fiber，缩写为CF)的复合材料因其具有强度高、与其他增强材料相比比重小的优点越来越受欢迎。
在电子电工产品中，由于PC/CF复合材料对阻燃的要求较高，因此会在复合材料中加入较多的阻燃剂，然而碳纤维的直径在微米级，在燃烧时存在严重的“灯芯效应”，过多的阻燃剂不仅使物性降低,而且会使材料的HDT会降低到90℃以下。
因此，有必要对现有的技术进行改进。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的PC/CF复合材料中因加入了较多的阻燃剂而使得材料的HDT降低的问题。本发明提供了一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料及其制品来解决上述问题。
本发明解决其技术问题的方案是：
一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，包括以下重量份的组分：
PC，60～75份；
碳纤维，10～30份；
阻燃剂，4.5～10份；
其中，所述阻燃剂由磷氮烯阻燃剂和有机硅阻燃剂复配。
作为优选，所述PC为双酚A型聚碳酸酯、聚酯型聚碳酸酯、有机硅-聚碳酸酯(共聚)、环己烷双酚A型聚碳酸酯、双酚TMC合成的耐高温聚碳酸酯的一种或多种复配。
作为优选，所述PC的重均分子量在20000～50000之间，分子量分布在1～2.5之间。
作为优选，在温度为300℃、负荷重量为1.2Kg下，所述PC的熔体质量流动速率为(3～70)g/10min。
作为优选，所述磷氮烯阻燃剂为苯氧基环磷腈，所述苯氧基环磷腈的磷含量大于13％、氮含量含量大于5.8％、杂离子浓度小于0.01％、重均分子量693以及纯度大于98.5％。
作为优选，所述有机硅阻燃剂为羟基苯基硅烷，所述羟基苯基硅烷的硅含量在50％～70％、硅烷重均分子量在2000～4000之间。
作为优选，所述碳纤维的丝数在40K～60K之间、单丝直径在5～15μm以及短切长度为1～15mm。
作为优选，所述碳纤维的表面处理剂为氨基甲酸酯，所述氨基甲酸酯分子量在200～500之间。
作为优选，还包括抗滴落剂0.1～1份。
本发明还提供了一种制品，其特征在于：
所述制品采用上述的高性能无卤阻燃PC/CF复合材料制得。
本发明的有益效果是，相对于现有技术中在PC/CF复合材料加入较多的阻燃剂来说，这种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料通过在PC/CF复合材料加入由磷氮烯阻燃剂和有机硅阻燃剂复配的阻燃剂，不仅减少了阻燃剂的用量，而且能够使得PC/CF复合材料在保持0.8mmV-0的阻燃等级的同时，提高其HDT。
【具体实施方式】
本发明提供了一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，包括以下重量份的组分：
PC，60～75份；
碳纤维，10～30份；
阻燃剂，4.5～10份；
其中，阻燃剂由磷氮烯阻燃剂和有机硅阻燃剂复配，并且其中磷氮烯阻燃剂为4～8份，有机硅阻燃剂为0.5～2份。
具体的，该高性能无卤阻燃PC/CF复合材料中，PC为双酚A型聚碳酸酯、聚酯型聚碳酸酯、有机硅-聚碳酸酯(共聚)、环己烷双酚A型聚碳酸酯、双酚TMC合成的耐高温聚碳酸酯的一种或多种复配。PC的重均分子量在20000～50000之间，分子量分布在1～2.5之间。在温度为300℃、负荷重量为1.2Kg下，PC的熔体质量流动速率为(3～70)g/10min。
该高性能无卤阻燃PC/CF复合材料中，磷氮烯阻燃剂为苯氧基环磷腈，苯氧基环磷腈的磷含量大于13％、氮含量含量大于5.8％、杂离子浓度小于0.01％、重均分子量693以及纯度大于98.5％。
该高性能无卤阻燃PC/CF复合材料中，有机硅阻燃剂为羟基苯基硅烷(乙烯基-苯基硅烷)，羟基苯基硅烷的硅含量在50％～70％、硅烷重均分子量在2000～4000之间。
该高性能无卤阻燃PC/CF复合材料中，碳纤维的丝数在40K～60K之间、单丝直径在5～15μm以及短切长度为1～15mm。碳纤维的表面处理剂为氨基甲酸酯，氨基甲酸酯分子量在200～500之间。
该高性能无卤阻燃PC/CF复合材料中，还包括抗滴落剂0.1～1份。抗滴落剂使PC材料在塑料加工中纤维化、具有受热收缩的特点及达到阻燃和防滴落的作用。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，包括以下重量份的组分：72.7份的PC、20份的碳纤维、7份的阻燃剂以及0.3份的抗滴落剂。
具体的，PC为双酚A型聚碳酸酯。在温度为300℃、负荷重量为1.2Kg下，PC的熔体质量流动速率为40g/10min。
碳纤维的丝数在40K～60K之间、单丝直径在5～15μm以及短切长度为1～15mm。碳纤维的表面处理剂为氨基甲酸酯，氨基甲酸酯分子量在200～500之间。
阻燃剂为6份的苯氧基环磷腈和1份的乙烯基-苯基硅烷复配。苯氧基环磷腈的磷含量大于13％、氮含量含量大于5.8％、杂离子浓度小于0.01％、重均分子量693以及纯度大于98.5％。乙烯基-苯基硅烷的硅含量在50％～70％、硅烷重均分子量在2000～4000之间。
抗滴落剂为聚四氟乙烯。
制备该高性能无卤阻燃PC/CF复合材料时，按照上述配比称取相应重量份的组分，将各组分混合均匀后熔融挤出造粒。
对比例1
一种PC/CF复合材料，包括以下重量份的组分：66.7份的PC、20份的碳纤维、13份的阻燃剂以及0.3份的抗滴落剂。
具体的，PC为双酚A型聚碳酸酯，阻燃剂为磷酸酯阻燃剂(BDP)，抗滴落剂为聚四氟乙烯。
该复合材料的制备方法与实施例1相同。
实施例2
一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，包括以下重量份的组分：65.7份的PC、25份的碳纤维、9份的阻燃剂以及0.3份的抗滴落剂。
具体的，PC为双酚A型聚碳酸酯。在温度为300℃、负荷重量为1.2Kg下，PC的熔体质量流动速率为40g/10min。
碳纤维的丝数在40K～60K之间、单丝直径在5～15μm以及短切长度为1～15mm。碳纤维的表面处理剂为氨基甲酸酯，氨基甲酸酯分子量在200～500之间。
阻燃剂为8份的苯氧基环磷腈和1份的乙烯基-苯基硅烷复配。苯氧基环磷腈的磷含量大于13％、氮含量含量大于5.8％、杂离子浓度小于0.01％、重均分子量693以及纯度大于98.5％。乙烯基-苯基硅烷的硅含量在50％～70％、硅烷重均分子量在2000～4000之间。
抗滴落剂为聚四氟乙烯。
制备该高性能无卤阻燃PC/CF复合材料时，按照上述配比称取相应重量份的组分，将各组分混合均匀后熔融挤出造粒。
对比例2
一种PC/CF复合材料，包括以下重量份的组分：60.7份的PC、25份的碳纤维、14份的阻燃剂以及0.3份的抗滴落剂。
具体的，PC为双酚A型聚碳酸酯，阻燃剂为磷酸酯阻燃剂(BDP)，抗滴落剂为聚四氟乙烯。
该复合材料的制备方法与实施例2相同。
以上实施例1、对比例1、实施例2及对比例2熔融挤出造粒后，然后将各实施例中的粒子在注塑机上注塑成型标准测试样条，按标准测试所得材料的机械性能，测试结果如表1所示：
表1测试结果
测试项目 测试标准 实施例1 对比例1 实施例2 对比例2
拉伸强度(Mpa) ISO 1183 156 157 172 162
断裂伸长率(％) ISO 527-1,-2 1.8 1.9 1.6 1.5
弯曲强度(Mpa) ISO 178 230 218 240 270
弯曲模量(Mpa) ISO 178 13000 15000 17000 19000
冲击强度(KJ/m2) ISO 180 6.5 4.2 7.3 5.1
HDT(℃) ISO75-1,2 120 92 110 85
阻燃等级 UL-94 0.8mmV-0 0.8mmV-0 0.8mmV-0 NG
从实施例1、对比例1、实施例2以及对比例2的测试结果可知：相对于现有技术中在PC/CF复合材料加入较多的阻燃剂来说，本发明通过在PC/CF复合材料加入由磷氮烯阻燃剂和有机硅阻燃剂复配的阻燃剂，不仅减少了阻燃剂的用量，而且能够使得PC/CF复合材料在保持0.8mmV-0的阻燃等级的同时，提高其HDT。
本发明还提供了一种制品，其采用上述的高性能无卤阻燃PC/CF复合材料制得，具有高阻燃性以及高的HDT，可广泛应用在对阻燃等级要求高的电子电工产品中。
需指出的是，本发明不限于上述实施方式，任何熟悉本专业的技术人员基于本发明技术方案对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，都落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
PC，60～75份；
碳纤维，10～30份；
阻燃剂，4.5～10份；
其中，所述阻燃剂由磷氮烯阻燃剂和有机硅阻燃剂复配。
2.如权利要求1所述的一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，其特征在于：
所述PC为双酚A型聚碳酸酯、聚酯型聚碳酸酯、有机硅-聚碳酸酯(共聚)、环己烷双酚A型聚碳酸酯、双酚TMC合成的耐高温聚碳酸酯的一种或多种复配。
3.如权利要求2所述的一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，其特征在于：
所述PC的重均分子量在20000～50000之间，分子量分布在1～2.5之间。
4.如权利要求3所述的一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，其特征在于：
在温度为300℃、负荷重量为1.2Kg下，所述PC的熔体质量流动速率为(3～70)g/10min。
5.如权利要求1所述的一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，其特征在于：
所述磷氮烯阻燃剂为苯氧基环磷腈，所述苯氧基环磷腈的磷含量大于13％、氮含量含量大于5.8％、杂离子浓度小于0.01％、重均分子量693以及纯度大于98.5％。
6.如权利要求1所述的一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，其特征在于：
所述有机硅阻燃剂为羟基苯基硅烷，所述羟基苯基硅烷的硅含量在50％～70％、硅烷重均分子量在2000～4000之间。
7.如权利要求1所述的一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，其特征在于：
所述碳纤维的丝数在40K～60K之间、单丝直径在5～15μm以及短切长度为1～15mm。
8.如权利要求7所述的一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，其特征在于：
所述碳纤维的表面处理剂为氨基甲酸酯，所述氨基甲酸酯分子量在200～500之间。
9.如权利要求1所述的一种高性能无卤阻燃PC/CF复合材料，其特征在于：
还包括抗滴落剂0.1～1份。
10.一种制品，其特征在于：
所述制品采用权利要求1～9任一项所述的高性能无卤阻燃PC/CF复合材料制得。
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