CN115491010A - 一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域；材料的成分包括：聚碳酸酯树脂、增韧剂、玻璃纤维、阻燃体系和助剂，其中，所述阻燃体系包括主阻燃剂和辅阻燃剂，所述主阻燃剂为无卤阻燃剂，所述主阻燃剂和辅阻燃剂能够反应形成燃烧碳化层；采用聚碳酸酯树脂作基体树脂，玻纤作增强剂，无卤主阻燃剂和辅阻燃剂通过固相阻燃、气相阻燃，有效提高了材料的阻燃性能，材料气味低，阻燃性能好，利用无卤阻燃剂替代原溴系阻燃剂，实现满足低气味的要求。
Description
技术领域
本申请涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是一种无臭、无色、无味、无毒、透明的非结晶型热塑性工程塑料，具有综合均衡的力学性能、热性能及电性能，尤其是抗冲击韧性优异，蠕变性较小，同时又具有较好的尺寸稳定性，耐热性较好，可长期在60～120℃环境下使用，热变形温度高达130～140℃，热分解温度大于310℃。
PC属自熄性树脂。增强PC具有优异的刚性，良好的尺寸稳定性，广泛应用于低压电器，办公设备等领域。随着终端用户对电子产品轻薄化的需求，需要对其外壳材料轻量化，使用薄壁的塑胶外壳。这对塑胶材料提出更高的要求：高刚性、高阻燃性及高流动性。溴系阻燃剂在玻纤增强阻燃PC等其他工程塑料有着非常成熟的应用，但是不能满足日益严格的环保要求，而溴系阻燃剂也无法实现低气味的要求。
发明内容
本申请提供了一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用，以解决目前溴系阻燃剂应用于阻燃PC时无法满足低气味的要求的问题。
第一方面，本申请提供了一种聚碳酸酯复合材料。
具体的，所述材料的成分包括：
聚碳酸酯树脂、增韧剂、玻璃纤维、阻燃体系和助剂，其中，所述阻燃体系包括主阻燃剂和辅阻燃剂，所述主阻燃剂为无卤阻燃剂，所述主阻燃剂和辅阻燃剂能够反应形成燃烧碳化层。
作为一种可选的实施方式，所述主阻燃剂包括：磷酸三苯酯、多聚芳基磷酸酯和磺酸盐中的至少一种。
作为一种可选的实施方式，所述辅阻燃剂包括：聚四氟乙烯和AS包覆的聚四氟乙烯抗滴落剂中的至少一种。
作为一种可选的实施方式，所述聚碳酸酯树脂的熔融指数为8-35g/10min；和/或
所述增韧剂为乙烯基增韧剂。
作为一种可选的实施方式，所述助剂包括抗氧体系、润滑剂或着色剂。
作为一种可选的实施方式，所述抗氧体系包括主抗氧剂和耐高温辅抗氧剂，所述主抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和N,N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种，所述耐高温辅抗氧剂包括双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯；和/或
所述润滑剂为耐高温润滑剂，所述耐高温润滑剂包括EBS和PETS中的至少一种；和/或
所述着色剂为黑色助剂，所述黑色助剂包括高色素炭黑和黑色母中的至少一种。
作为一种可选的实施方式，所述材料的成分以质量份数计包括：
聚碳酸酯树脂60-80份、增韧剂1-5份、玻璃纤维10-30份、主阻燃剂0.08-6份、辅阻燃剂0-0.4份、主抗氧剂0.2-0.4份、耐高温辅抗氧剂0.2-0.4份、耐高温润滑剂0.3-0.6份、黑色助剂0.5-1.0份。
第二方面，本申请提供了一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，用以实现第一方面任一项实施例所述的聚碳酸酯复合材料的制备。
具体的，所述方法包括：
把聚碳酸酯树脂、增韧剂、阻燃体系和助剂进行预混合，得到预混物；
对所述预混物和玻璃纤维进行加热熔融和造粒，得到聚碳酸酯复合材料。
作为一种可选的实施方式，所述加热熔融的温度为235-265℃。
第三方面，本申请提供了一种壳体，用以作为第一方面任一项实施例所述的聚碳酸酯复合材料的应用。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该聚碳酸酯复合材料，采用聚碳酸酯树脂作基体树脂，玻纤作增强剂，无卤主阻燃剂和辅阻燃剂通过固相阻燃、气相阻燃，有效提高了材料的阻燃性能，材料气味低，阻燃性能好，利用无卤阻燃剂替代原溴系阻燃剂，实现满足低气味的要求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例提供了一种聚碳酸酯复合材料，所述材料的成分包括：
聚碳酸酯树脂、增韧剂、玻璃纤维、阻燃体系和助剂，其中，所述阻燃体系包括主阻燃剂和辅阻燃剂，所述主阻燃剂为无卤阻燃剂，所述主阻燃剂和辅阻燃剂能够反应形成燃烧碳化层。
采用聚碳酸酯树脂作基体树脂，玻纤作增强剂，无卤主阻燃剂和辅阻燃剂通过固相阻燃、气相阻燃，有效提高了材料的阻燃性能，材料气味低，阻燃性能好，利用无卤阻燃剂替代原溴系阻燃剂，实现满足低气味的要求。
在一些实施例中，所述主阻燃剂可以选自磷酸三苯酯、多聚芳基磷酸酯和磺酸盐中的至少一种。所述辅阻燃剂可以选自聚四氟乙烯和AS包覆的聚四氟乙烯抗滴落剂中的至少一种。
在一些实施例中，所述助剂包括抗氧体系、润滑剂或着色剂。
进一步的，所述抗氧体系包括主抗氧剂和耐高温辅抗氧剂，所述主抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和N,N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种，所述耐高温辅抗氧剂包括双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯；所述润滑剂为耐高温润滑剂，所述耐高温润滑剂包括EBS和PETS中的至少一种；所述着色剂为黑色助剂，所述黑色助剂包括高色素炭黑和黑色母中的至少一种。
采用以上设计：以聚碳酸酯树脂作基体树脂，玻纤作增强剂，辅以抗氧剂、润滑剂，提高聚碳酸酯树脂复合体系对小分子或气体分子的阻隔性能，减少了聚碳酸酯的热降解；无卤主阻燃剂和辅阻燃剂通过固相阻燃、气相阻燃，有效提高了材料的阻燃性能，材料气味低，阻燃性能好。本发明与现有技术相比，开发了一种阻燃性能好，气味低，耐温性能和机械性能高的玻纤增强阻燃聚碳酸酯复合材料。
本实施例中，所述材料的成分以质量份数计包括：
聚碳酸酯树脂60-80份、增韧剂1-5份、玻璃纤维10-30份、主阻燃剂0.08-6份、辅阻燃剂0-0.4份、主抗氧剂0.2-0.4份、耐高温辅抗氧剂0.2-0.4份、耐高温润滑剂0.3-0.6份、黑色助剂0.5-1.0份。
聚碳酸酯树脂是熔融指数为8-35g/10min的聚碳酸酯中的任意一种或多种组合；聚碳酸酯树脂作为基体树脂，用来包覆玻纤和其他助剂；控制聚碳酸酯树脂的重量份数为60-80份，在该组分下，材料的机械性能、阻燃性能及耐温性能好，该份数取值过小的不利影响是机械性能不佳，过大的不利影响是阻燃性能及耐温性能不佳。
增韧剂可以选自乙烯基增韧剂，具体可以为EMA、EBA、EEA和EVA等中的任意一种或多种组合；增韧剂的作用是在聚碳酸酯树脂基体中诱发大量的剪切带，受外力作用时，可以通过银纹的形成而耗散掉，提高聚碳酸酯材料的冲击韧性。
主阻燃剂为磷酸三苯酯、多聚芳基磷酸酯和磺酸盐中的一种或多种的组合；辅阻燃剂为聚四氟乙烯或AS包覆的聚四氟乙烯抗滴落剂中的一种或多种的混合物；所述的主阻燃剂和辅阻燃剂通过燃烧炭化层的形成实现阻燃，此炭化层既可以阻挡热量和氧气的进入,又可阻挡热解产生的小分子可燃性气体进入气相，有效提高了材料的阻燃性。
主抗氧剂可以选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和N,N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的一种或多种的混合物；耐高温辅抗氧剂可以选自双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯；耐高温抗氧剂的作用为：提高在高温加工过程中的黄变现象的温度，提供有效地高温降解保护；产生作用的机理为：高效的亚磷酸酯抗氧剂，可以更好地抑制和延缓引发过程中的自由基的生成；在加入主抗氧剂的基础上，又加入耐高温抗氧剂的原因在于：主抗氧剂可以和自由基反应，捕捉活性自由基，使其转化为氢过氧化物，中断活性链的增长，消除树脂在高温、热、光等条件下产生的自由基，达到保护树脂的作用；主抗氧剂和耐高温抗氧剂复配，协效作用，可以更好的保护树脂。
耐高温润滑剂为EBS、PETS中的一种或多种的混合物；耐高温润滑剂主要起润滑作用，提高材料流动性和脱模效果。
黑色助剂为中高色素炭黑或者黑色母中的一种或多种的混合物。黑色助剂主要起着色作用。
如图1所示，基于一个总的发明构思，本申请实施例还提供了一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，所述方法包括：
S1.把聚碳酸酯树脂、增韧剂、阻燃体系和助剂进行预混合，得到预混物；
S2.对所述预混物和玻璃纤维进行加热熔融和造粒，得到聚碳酸酯复合材料。
在一些实施例中，所述加热熔融的温度为235-265℃。
具体而言，本实施例中，将上述预混物主喂进料，玻纤侧喂进料，在235～265℃的温度条件下，螺杆转速300～450r/min，通过主喂料和侧喂料来控制预定的玻纤含量，同向双螺杆挤出机造粒，干燥后即可得到聚碳酸酯复合材料。
该聚碳酸酯复合材料的制备方法是用以实现上述聚碳酸酯复合材料的制备，该聚碳酸酯复合材料的具体内容可参照上述实施例，由于该聚碳酸酯复合材料的制备方法采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
基于一个总的发明构思，本申请实施例还提供了一种壳体，所述壳体的至少部分材料包括如上所述的聚碳酸酯复合材料。
具体的，壳体可以为低压电器、办公设备等的壳体。
该壳体作为上述聚碳酸酯复合材料的应用，该聚碳酸酯复合材料的具体内容可参照上述实施例，由于该壳体采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
需要说明的是，一下各实施例所用的原料具体为：聚碳酸酯树脂是韩国乐天生产，牌号SC-1220R；增韧剂是杜邦公司生产的乙烯甲基丙烯酸共聚物EMA，牌号1125AC；玻璃纤维是重庆玻纤生产的，牌号ECS303-3-H；主阻燃剂是盛化公司生产的磷酸三苯酯，牌号TP-200；美国3M公司生产的磺酸盐阻燃剂，牌号FR-2025；辅阻燃剂是上海鲁聚化学生产的抗滴落剂聚四氟乙烯，牌号FD3250；主抗氧剂是巴斯夫化工生产的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，牌号1010；辅抗氧剂是美国DOVER公司生产的高效的亚磷酸酯抗氧剂，牌号S9228；润滑剂是龙沙公司生产的，牌号PETS；黑色助剂是卡博特生产的黑色母，牌号PE2718。
实施例1
一种聚碳酸酯复合材料，由以下重量份数的组分组成：
上述的聚碳酸酯复合材料及其制备方法，包含以下步骤：
(a)将干燥后的PC树脂、增韧剂、主燃剂和其他助剂按重量比充分混合均匀后，得到预混物；
(b)将上述预混物主喂进料，玻纤侧喂进料，在235～265℃的温度条件下，螺杆转速300～450r/min，通过主喂料和侧喂料来控制预定的玻纤含量，同向双螺杆挤出机造粒，干燥后即可得到本发明所述的材料。
实施例2
一种聚碳酸酯复合材料，由以下重量份数的组分组成：
本实施例的制备方法同实施例1。
实施例3
一种聚碳酸酯复合材料，由以下重量份数的组分组成：
本实施例的制备方法同实施例1。
实施例4
一种碳酸酯复合材料，由以下重量份数的组分组成：
本实施例的制备方法同实施例1。
实施例5
一种聚碳酸酯复合材料，由以下重量份数的组分组成：
本实施例的制备方法同实施例1。
需要说明的是：各对比例使用的阻燃剂是美国雅宝公司生产的十溴二苯乙烷，牌号8010；其他原料同实施例。对比例的制备方法同实施例1。
对比例1
一种聚碳酸酯复合材料，由以下重量份数的组分组成：
对比例2
一种聚碳酸酯复合材料，由以下重量份数的组分组成：
相关实验及效果数据：
对实施例1-5和对比例1-2提供的材料裁剪后注塑得到样条，对样条进行性能测试，结果如下表所示：
由上表可得，由本申请实施例和对比例所制备的玻纤增强增韧阻燃PC复合材料用于控制开关，机械性能都能满足使用要求，但是对比例由于使用了溴系阻燃剂，气味较大，不能满足日益严格的环保要求。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述材料的成分包括：
聚碳酸酯树脂、增韧剂、玻璃纤维、阻燃体系和助剂，其中，所述阻燃体系包括主阻燃剂和辅阻燃剂，所述主阻燃剂为无卤阻燃剂，所述主阻燃剂和辅阻燃剂能够反应形成燃烧碳化层。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述主阻燃剂包括：磷酸三苯酯、多聚芳基磷酸酯和磺酸盐中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述辅阻燃剂包括：聚四氟乙烯和AS包覆的聚四氟乙烯抗滴落剂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯树脂的熔融指数为8-35g/10min；和/或
所述增韧剂为乙烯基增韧剂。
5.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述助剂包括抗氧体系、润滑剂或着色剂。
6.根据权利要求5所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述抗氧体系包括主抗氧剂和耐高温辅抗氧剂，所述主抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和N,N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种，所述耐高温辅抗氧剂包括双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯；和/或
所述润滑剂为耐高温润滑剂，所述耐高温润滑剂包括EBS和PETS中的至少一种；和/或
所述着色剂为黑色助剂，所述黑色助剂包括高色素炭黑和黑色母中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述材料的成分以质量份数计包括：
聚碳酸酯树脂60-80份、增韧剂1-5份、玻璃纤维10-30份、主阻燃剂0.08-6份、辅阻燃剂0-0.4份、主抗氧剂0.2-0.4份、耐高温辅抗氧剂0.2-0.4份、耐高温润滑剂0.3-0.6份、黑色助剂0.5-1.0份。
8.一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述材料为权利要求1至7中任意一项所述的聚碳酸酯复合材料，所述方法包括：
把聚碳酸酯树脂、增韧剂、阻燃体系和助剂进行预混合，得到预混物；
对所述预混物和玻璃纤维进行加热熔融和造粒，得到聚碳酸酯复合材料。
9.根据权利要求8所述的聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热熔融的温度为235-265℃。
10.一种壳体，其特征在于，所述壳体的至少部分材料包括权利要求1至7中任意一项所述的聚碳酸酯复合材料。
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