CN115850940B - 一种阻燃pc塑料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高CTI高超声波焊接强度阻燃PC塑料及其制备方法，按重量计，包含以下组分：1~98.9%PC树脂、1‑98.9%份硅PC、0.1‑20%阻燃剂。本发明的PC塑料主要解决了为克服现有技术中存在阻燃级PC超声波焊接强度和CTI不可兼得问题。通过在配方中添加硅PC化来提高PC超声波焊接强度,本发明阻燃PC应用在具有充放电功能的电池塑料外壳和/或电源转换器塑料外壳等领域。如电动汽车、电动摩托车及其它需要具备快速充放电功能的产品。

Description

一种阻燃PC塑料

技术领域

本发明涉及工程塑料技术领域，特别涉及一种阻燃PC塑料。

背景技术

近年，绿色环保电动汽车和电动摩托车消费需求快速增长，而传统汽车和摩托车领域，今年增长停滞或负增长。由于市场快速增长，相关标准法规滞后，新能源电动车和电动摩托近几年却在安全上面埋下隐患，电动车充电过程中常发生高温温升起火和电池外壳和电源转化器外壳焊接不牢导致电池漏液和电击穿等安全事故。随着人们安全环保意识增强，对所用材料要求越来越高，尤其是对材料安全性能要求逐步提高。

这些无人看管的电器产品要求阻燃好，还要求密封性良好，避免潮气电池漏液等化学物质对电器寿命影响和潮气带来电性能下降安全隐患。根据应用环境不同通常有不同的CTI要求，IEC组织提出对无人看管的电子器件CTI≥300V要求。同时电池工作充电和放电时会产生较大温升，内部空间受热膨胀，必然对电池外壳或转换器外壳阻燃塑料制件焊接强度提出更高要求。

现有电池外壳或电源转换器外壳材料大都使用PC材料制备，而普通PC只有V2级阻燃，PC树脂的CTI也较低,仅在200-250V。为避免潮气电池漏液等化学物质对电器寿命影响和潮气带来电性能下降安全隐患，一般需对PC材料组件进行超声波焊接，普通PC焊接强度在300-400N左右（焊接强度大小间接反馈材料密封好坏）。虽然可通过添加阻燃剂可使PC达到V0级阻燃，但阻燃剂加入导致PC的CTI下降。

以下高CTI阻燃PC专利大都是通过加入碳含量较低的聚烯烃或聚四氟乙烯或结晶聚合物间规苯乙烯作为CTI提高剂，但这些CTI提高剂会因为相容性原因导致制件焊接强度大幅下降，焊接密封不好会使电池漏液溢出和外来潮气腐蚀电子元件出现安全隐患;还有单独提高PC或PC合金的焊接强度的相关专利都是主要添加焊接增强剂材料提高焊接强度，但并无阻燃材料CTI改善方面报道。

申请公布号为CN11419673A一种高CTI无卤阻燃聚碳酸酯材料及其制备工艺使用由囊壁包覆囊芯的特种微胶囊阻燃剂提高阻燃PC的CTI值。其CTI值可做到420V以上，但此自制阻燃剂收率成本都未详细告知，不具备性价比；也无提高材料焊接强度内容介绍。

申请公布号为CN103694662.A一种高CTI无卤阻燃光扩散改性PC材料及其制备方法通过PC中添加聚烯烃材料提高其CTI值可达到300-400V。但此合金CTI提高程度和应用范围均有限；也无提高材料焊接强度内容介绍。

申请公布号为CN111171542 A一种高CTI阻燃聚碳酸酯合金材料及其制备方法和用途是通过改变PC中加入间规苯乙烯的结晶度和晶型结构改变实现材料CTI提高。但此合金CTI提高程度有限；也无提高材料焊接强度内容介绍。

申请公布号为CN106751409A一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金及其制备方法中通过添加焊接增强剂来提高PC合金和PMMA的超声波焊接强度。但无CTI相关物性介绍。

申请公布号为CN112694736A一种具有高焊接强度的聚碳酸酯模塑物及其制备方法和流程使用混合的焊接增强剂无机填料提高焊接强度，但无材料CTI相关物性介绍。

上述专利中公开的技术方案，都单独对PC焊接强度和CTI进行研究，同时研究暂未有报道。随着电动车新能源电池外壳和电源转换器新领域要求快充和大功率充放电新需求，个别生产厂家对焊接强度、阻燃和CTI提出了新的高要求，至少焊接强度（拉拔力）需≥600N，阻燃V0级,CTI≥400V以上。因此开发一种高CTI、高超声波焊接强度的阻燃PC塑料必定在以上行业有较广泛市场前景和经济利益。

发明内容

为克服PC材料现有技术中存在阻燃性、超声波焊接强度和CTI不可兼得问题，本发明的目的在于提供一种阻燃PC材料及其制备方法，解决在阻燃级PC材料焊接强度偏低和CTI偏低的问题，在具备高焊接强度的同时，此材料还要具有高的CTI。

本发明另一目的是提供上述阻燃PC制备方法。

本发明另一目的是提供上述阻燃PC在具有充放电功能的电池塑料外壳和/或电源转换器塑料外壳等领域应用。如电动汽车、电动摩托车及其它需要具备快速充放电功能的产品。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种阻燃PC塑料,其特征在于，按重量百分比计，含有以下原料成分：

PC树脂 1~98.9%；

硅PC 1-98.9%；

阻燃剂 0.1-20%；

优选的一种阻燃PC材料，其特征在于，按重量百分比计，含有以下原料成分：

PC树脂 60~95%；

硅PC 5-30%；

阻燃剂 0.1-5%；

本发明中的PC树脂为芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯和芳香族-脂肪族聚碳酸酯中一种或多种。优选芳香族聚碳酸酯中双酚A型聚碳酸酯。更优选光气法双酚A型PC。所述PC基材的熔体流动速率为5-25g/10min(300℃/1.2Kg)。

本发明中硅PC选自聚硅氧烷(PDMS )共聚聚碳酸酯。其硅含量在5-25%。例如可使用日本出光FG-1760、甘肃聚银D-0013。

本发明阻燃剂为可用于PC阻燃剂中的一种或几种。可以使用溴系阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、磷腈类阻燃剂、有机磷酸酯、硅系阻燃剂中的一种或几种。优选硅系阻燃剂，如钟渊MR-01、道康宁硅树脂FCA-107等中的一种或几种。最优选钟渊有机硅改性丙烯酸酯例如MR-01。

本发明还可添加0.1~5%的抗滴落剂。可以选用AS包覆聚四氟乙烯（例如上海普信DB-106）、也可是有机硅氧烷抗滴落剂（例如东莞铨盛ST-200）。优选有机硅氧烷抗滴落剂ST200。还可以适应性地添加0.1-10%其它助剂。其它助剂包括抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、荧光增白剂、填料、色粉等。

一种阻燃PC材料的制备方法：包括如下步骤：

1）按重量百分比称取各组分；

2）将PC、硅PC、阻燃剂和全部其它助剂（含抗滴落剂）在高搅混合机中混合1~4min，保温100~125℃，然后加入色粉再高搅混合4~8 min；

3）预混料经双螺杆挤出机塑化挤出造粒。其具体工艺为：挤出机温控一区240-250℃、二区260-270℃、三区260-270℃、四区260-270℃、五区250-260℃、六区240-250℃、七区230-240℃、八区220-230℃、模头220-230℃，真空控制在-0.07MPa。

本发明进一步提供了上述一种阻燃PC材料应用于电池外壳和电源转换器外壳的用途。使用本发明阻燃PC材料生产的电池外壳和电源转换器外壳应用于新能源电动汽车、新能源电动摩托车、其它含有充放电功能部件的产品。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：本发明通过在配方中添加硅PC化来提高PC超声波焊接强度和CTI。最终赋予阻燃PC材料具有高CTI、高焊接强度、高阻燃特性。其焊接强度（拉拔力）大于800N，远超个别生产厂家大于600N指标。CTI大于400V远超普通阻燃PC的200V指标。从而大幅提高产品安全性和使用寿命。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施条例的限制。

在实施例材料配方中，聚碳酸酯选用德国科思创公司2405(酯交换法)和鲁西化工1920T-11（光气法）；

硅PC：选用甘肃聚银D-0013（含硅20% ）生产的聚硅氧烷(PDMS )共聚聚碳酸酯；

阻燃剂：选用山东寿光卫东盐场溴化聚碳酸酯RDT-7，3M公司全氟丁基磺酸钾FR2025和核壳结构有机硅改性丙烯酸酯如钟渊MR-01；

抗滴落剂：可选抗滴落剂AS树脂包覆聚四氟乙烯如上海普信DB-106和铨盛有机硅氧烷抗滴落剂ST200；

其它助剂：抗氧剂［三2，4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（168）。

对比例1-对比例3

按重量百分比称取表1所示组分：PC树脂（1920），阻燃剂（MR-01,FR2025,RDT-7），AS包覆聚四氟乙烯型抗滴落剂(DB106)和其它助剂(168)按表1对比例1-3显示比例进行称量，先高搅混合机中高搅混合2分钟，保温115℃，然后再高搅混合6分钟，得到预混料，预混料经双螺杆机挤出塑化造粒，并抽真空，得到改性PC,具体数据列于表1。

实施例1到实施例3

按重量百分比称取表1所示组分：PC树脂(1920)，硅PC（D-0013），阻燃剂(MR-01)，抗滴落剂(ST-200)和其它助剂(168)按表1实施例1-3显示比例进行称量。先高搅混合机中混合2分钟，保温115度，然后加入色粉再高搅混合6分钟，得到预混料，预混料经双螺杆机挤出塑化造粒，并抽真空，得到改性PC,具体数据列于表1。

对比例4

PC树脂(1920)，硅PC（D-0013），阻燃剂(MR-01)，抗滴落剂(DB106)和其它助剂(168)表1对比例4显示比例进行称量。先高搅混合机中混合2分钟，保温115度，然后加入色粉再高搅混合6分钟，得到预混料，预混料经双螺杆机挤出塑化造粒，并抽真空，得到改性PC,具体数据列于表1

实施例4

PC树脂(1920)，硅PC（D-0013），阻燃剂(MR-01)，抗滴落剂(ST-200)和其它助剂(168)表1实施例4显示比例进行称量。先高搅混合机中混合2分钟，保温115度，然后加入色粉再高搅混合6分钟，得到预混料，预混料经双螺杆机挤出塑化造粒，并抽真空，得到改性PC,具体数据列于表1。

对比例5

PC树脂(2405)，硅PC（D-0013），阻燃剂(MR-01)，抗滴落剂(ST-200)和其它助剂(168)表1对比例5显示比例进行称量。先高搅混合机中混合2分钟，保温115度，然后加入色粉再高搅混合6分钟，得到预混料，预混料经双螺杆机挤出塑化造粒，并抽真空，得到改性PC,具体数据列于表1

实施例5-6

PC树脂(1920)，硅PC（D-0013），阻燃剂(MR-01)，抗滴落剂(ST-200)和其它助剂(168)表1实施例5和例6显示比例进行称量。先高搅混合机中混合2分钟，保温115度，然后加入色粉再高搅混合6分钟，得到预混料，预混料经双螺杆机挤出塑化造粒，并抽真空，得到改性PC,具体数据列于表1。

将按表1上述方法制备粒子材料，在120℃的鼓风烘箱干燥4-8h，然后将干燥好的粒子注塑在注射成型机上注射成型制样，测试材料物性，此样条在23℃，50%湿度处理48h。

本发明测试物性样条尺寸和测试条件如下：简支梁缺口冲击：样条尺寸为80*10mm*4mm，缺口深度2mm，V型缺口，使用简支梁缺口冲击仪器按国标GB/T1043.1-2008,进行测试，摆锤能量4j。测试环境温度23±2℃；

（1）热变形温度：样条尺寸为80*10mm*4mm；使用热变形温度试验机按国标GB/T1634.2-2019进行热变形温度测试，测试压力1.8MPa；

（2）阻燃:样条尺寸123*13*3mm，使用垂直燃烧仪按国标GB/T2408-2008进行垂直燃烧测试；

（3）CTI:样条尺寸80*80*3mm，使用漏电起痕试验仪。按国标GB/T4207-2012进行测试；

（4）拉拔力测试：样条尺寸为60*10mm*1.5mm；将两样条首尾相连，用超声波焊接设备进行焊接，焊接工艺条件是：焊接时间2S,焊接压力220N，超声波振幅为30KHZ。用万能拉力试验机的夹具一端夹住焊好的两根相连样条，用拉脱力（实验拉力最大值）表征超声波焊接强度。

表1：实施例和对比例具体配比（重量份）及其测试性能结果

从表1对比例1-3可看出，当加入阻燃剂（硅系，磺酸盐和溴系）后材料阻燃性均从树脂仅有V2级别提高到V0级;热变形温度三者相差不大；缺口冲击强度（溴系）最差，CTI方面（硅系）最好，（磺酸盐）次之；焊接强度（拉拔力）方面相差不大。从对比例1-3可看出，添加硅PC后，其超声波焊接强度拉拔力明显提高将近90%左右。

从对比例4可看出光气法PC添加硅PC后和MR-01阻燃剂，再添加3%（DB-106）材料焊接强度提高明显强度,但CTI仅小幅提高；而实施例5使用有机硅氧烷型抗滴落剂（ST-200）等量代替AS包覆聚四氟乙烯抗滴落剂(DB-106)，最后测试结果显示阻燃材料在大幅提高焊接强度同时，实现CTI实现大幅提高。

从表1对比例5和实施例5可看出PC树脂合成方法对阻燃材料焊接强度（拉拔力）和CTI提高效率均有较大影响，光气法PC以上两个关键指标提高接近70-90%，酯交换PC提高仅仅CTI提高50%左右，而焊接强度（拉拔力）几乎无提高。

从表1实施例1-6可看出，有机硅氧烷型抗滴落剂用量对PC的CTI指标提高有正相关作用。

Claims (8)

1.一种阻燃PC塑料,其特征在于，按重量百分比计，含有以下原料成分：

所有原料成分合计为100％；

所述PC树脂为芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯、芳香族-脂肪族聚碳酸酯中的一种或多种；所述硅PC为聚硅氧烷共聚聚碳酸酯；

阻燃剂为可用于PC阻燃剂中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的阻燃PC塑料，其特征在于，所述PC树脂为芳香族聚碳酸酯中双酚A型聚碳酸酯。

3.根据权利要求2所述的阻燃PC塑料，其特征在于，所述PC树脂为光气界面法生产PC树脂。

4.根据权利要求1所述的阻燃PC塑料，其特征在于，所述PC树脂熔体流动速率为5～25g/10min，测试条件：温度300℃，负载1.2Kg。

5.根据权利要求1所述的阻燃PC塑料，其特征在于，所述硅PC的硅含量在5-25％。

6.根据权利要求1所述的阻燃PC塑料，其特征在于，所述阻燃剂为溴系阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、磷腈类阻燃剂、有机磷酸酯、硅系阻燃剂中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的阻燃PC塑料，其特征在于，所述阻燃剂为有机硅改性丙烯酸酯。

8.根据权利要求1～7任一权利要求所述的阻燃PC塑料，其特征在于，按重量百分比计，含有0.1-10％其它助剂,所述其它助剂包括抗氧剂、润滑剂、光稳定剂、填料、色粉中的一种或几种,所有原料成分合计为100％。