CN1789329A - 高性能增强阻燃聚酯(pet)工程塑料 - Google Patents
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Abstract
一种高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料，其特征在于：原料配方(重量)为：主料：聚对苯二甲酸乙二醇酯56～76份；辅料：(1)、复合阻燃剂—非卤素型磷酸三酯和二磷酸酯的混合物6份、醚乙胺3份、聚苯硫醚3份；(2)、成核剂—纳米碳酸钙2份；(3)、抗氧剂—抗氧剂1010/168，0.2/0.2份；(4)、润滑剂—TAF0.4～0.5份；(5)、增强剂—无碱玻璃纤维10～30份。本发明以聚对苯二甲酸乙二醇酯为主料，采用复配阻燃技术、成核技术和刚性增韧技术经双螺杆挤出机塑化造粒而成。通过体系各组分的协同作用和独特的加工工艺，使产品具有优异的综合性能，阻燃性能达到UL94V－0标准要求，从根本上解决了普通增强阻燃聚酯阻燃剂高温析出、玻璃纤维外露、光泽度低、模温高、成型周期长和耐冲击性能差的难题。
Description
技术领域
本发明涉及改性高分子新材料领域，具体涉及一种高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料。这种材料广泛应用在汽车、电子电器、建筑等领域中，作为制造具有高强、阻燃、耐高温和绝缘性能的电子电器部件及汽车高端部件所使用的材料，如各种电器的接插件、汽车点为线圈、火花塞端子板、汽车头灯框架、电脑部件、继电器、变压器线圈、电气结构件、高速机车用分电器、灯箱底座、开关、冷凝器、管材、家电产品等。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)工程塑料在许多力学性能和耐热性能上优于聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，并且价格低于聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)等工程塑料，因此这种材料在工业制造领域中具有广泛的应用前景。据资料报道美国在1999年PET需求量为88.36亿磅，2000年为92.19亿磅，2004年达96.43亿磅，其中有50％以上作为工程塑料应用在汽车、电子电器、建筑等方面。
随着科学和技术的发展，产品制造业对材料的要求也越来越高，以往的普通增强阻燃PET工程塑料不论从性能和制造工艺方面都无法满足使用要求。原因是普通增强阻燃PET工程塑料与高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料相比存在阻燃剂高温析出、玻璃纤维外露、光泽度低、模温高、成型周期长和耐冲击性能差等许多不足。因此普通增强阻燃PET工程塑料的高性能化，在改性高分子新材料领域中成为人们关注的热点。
在国外，美国杜邦公司、日本帝人公司、日本三菱公司、韩国第一毛织株式会社在高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料方面的研究和开发起步较早，产品在国内市场占了主导地位，达到65％，特别是在中高端制品中技术采用封锁，产品几乎形成垄断局面。
我国将PET作为工程塑料开发应用起步较晚，目前生产普通增强阻燃PET工程塑料的厂家较多，而且生产量很少，开工率低，未形成规模化生产。在高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料方面，据了解国内的中科院化学所、北京市化工研究院、仪征化纤厂等单位做过相关研究，但都没有规模化生产。随着我国制造业的发展，国内市场对高性能增强阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的年需求量在10000吨以上，目前主要依赖进口，因此研究开发综合性能优良的高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料的工业化产品，对于促进我国改性塑料行业的健康发展，填补我国高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料技术的空白，推动我国制造业蓬勃发展，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明目的是要研究开发一种能够克服普通增强阻燃PET存在阻燃剂高温析出、玻璃纤维外露、光泽度低、模温高、成型周期长和耐冲击性能差等缺点的高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料，以取代国外的同类产品，使之真正实现国产化。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料，原料配方为：
主料：聚对苯二甲酸乙二醇酯 56～76重量份数；
辅料：
(1)、复合阻燃剂
非卤素型磷酸三酯和二磷酸酯的混合物，其中，非卤素型磷酸
三酯与二磷酸酯的混合比例为1∶1 6重量份数；
醚乙胺 3重量份数；
聚苯硫醚 3重量份数；
(2)、成核剂
纳米碳酸钙 2重量份数；
(3)、抗氧剂
抗氧剂1010 0.2重量份数；
抗氧剂168 0.2重量份数；
(4)、润滑剂
改性乙撑双硬脂酸酰胺(TAF) 0.4～0.5重量份数；
(5)、增强剂
无碱玻璃纤维 10～30重量份数。
制备方法如下：
(1)、准备助剂
A、复合型阻燃剂：将磷酸盐的混合物、醚乙胺、聚苯硫醚之间按6∶3∶3的比例进行混合得到复合型阻燃剂；
B、成核剂：将2份纳米碳酸钙用其1％量的KH-550偶联剂在1000转/每分以上的高速搅拌下进行表面活性处理，表面活性处理品干燥后备用；
(2)、主辅料混合
将干燥的聚对苯二甲酸乙二醇酯与复合型阻燃剂、成核剂、抗氧剂、润滑剂进行混合搅拌，使各组分充分分散均匀；
(3)、熔融挤出
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中，在熔融挤出同时，引入无碱玻璃纤维熔融挤出，熔融挤出温度在220～245℃范围；
(4)、造粒及后处理
对挤出的物料造粒及后处理得成品。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述纳米碳酸钙为 20～60纳米碳酸钙。
2、上述方案中，所述第(2)步主辅料混合中，采用搅拌器在1000转/每分以上的高速条件下混合搅拌，这样效果更好。
3、上述方案中，所述后处理包括冷却、风干、切粒、过筛、过磁、包装流程。
本发明技术原理如下：
1、采用新型无卤阻燃剂——磷酸盐混合物和含氮有机物——醚乙胺作为主阻燃剂，以聚苯硫醚为助阻燃剂的阻燃体系。主阻燃剂可终止自由基反应，使燃烧反应不能持续进行下去，抑制火焰的增长速度；同时可以吸收热量，使凝聚相内温度减缓上升，从而延缓PET的热分解速度。聚苯硫醚本身难燃，在体系中辅助阻燃，促进PET炭化，从而起到降温、隔热的效果。
2、PET的结晶速度较慢，注塑周期长。为提高其结晶速度，本发明中的新型无机成核剂——纳米碳酸钙，大大改善了PET的结晶情况，快速诱发形成细小的球晶结构，缩短了注塑周期，同时细小的球晶结构可使机械应力分布比较均匀，从而使产品的机械性能得到较大的提高。
3、刚性增韧(非弹性体增韧)技术是聚合物改性领域中的一种新型技术，它是通过刚性粒子的塑性形变，将外界作用的能量耗散掉。此技术在PC、PA和聚烯烃等聚合物改性中得到应用，但在PET改性中的成功应用未见。本申请人在本项目开发中，对不同类型刚性粒子的使用做了大量的实验，同时结合无机成核剂的开发，发现该种无机刚性粒子在一定的尺度上可以同时起到增韧剂和成核剂的作用，并且表面处理剂的选择和用量对最终材料性能影响很大。由于无机刚性增韧剂的使用，对材料的冲击性能提高显著，补偿了玻璃纤维和阻燃剂加入后的PET的韧性下降，而且材料的其他性能基本保持不变。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、技术创新点
1)高效的阻燃体系
本发明采用自行复配的磷酸盐混合物和含氮有机物(醚乙胺)与聚苯硫醚协同阻燃，与传统的十溴联苯醚加氧化锑体系相比，具有添加量小，对环境损害小，对产品的其他性能影响小，制件外观好等特点。符合国际上对阻燃塑料的无卤化要求，是环保型阻燃塑料的升级换代产品。
2)新型无机成核剂(刚性增韧粒子)
国外对于PET的成核剂技术控制很严，而国内产品性能一般。本发明利用先进的表面工程技术，采取合适的工艺，制备了新型无机成核剂(刚性增韧粒子)。该无机刚性粒子不仅作为高效可控，价格较低的成核剂，而且能起到刚性增韧的效果。
3)刚性增韧技术的应用
刚性增韧技术是一种新型塑料改性技术，在增韧的同时，对塑料的其他力学性能影响较小。目前，该技术主要应用在聚烯烃等树脂的改性中。本发明把此技术成功的应用在PET改性中，并创造性地把成核剂作为刚性增韧粒子。
4)产品的成型周期短、流动性能好
由于采用了自制的新型成核剂，加快了PET的结晶速度；同时提高了熔融指数，缩短了产品成型加工周期，更适合于制备要求较高的薄壁零件。
本发明从根本上解决了目前普通增强阻燃PET制品表面粗糙，成型周期长，熔接痕严重等问题。
产品主要技术指标与国外同类产品和国内普通增强阻燃PET产品的比较：
| 特性项目 | 试验方法(标准) | 单位 | 日本帝人公司产品CN9030 | 普通产品 | 本发明 | |
| 比重 | D972 | g/cm3 | 1.65 | 1.65 | 1.65 | |
| 熔融指数 | D1238 | g/10min | 12 | 8 | 16 | |
| 拉伸强度 | D638 | MPa | 152 | 132 | 161 | |
| 拉伸率 | D638 | ％ | 3.5 | 1.6 | 3.6 | |
| 弯曲强度 | D790 | MPa | 223 | 210 | 230 | |
| 弯曲模量 | D790 | GPa | 9.7 | 8.9 | 10.3 | |
| 缺口冲击强度 | D256 | J/m | 85 | 76 | 90 | |
| 表面硬度 | D758 | M90 | M90 | M90 | ||
| 热变形温度 | 0.45MPa | D648 | ℃ | 240 | 203 | 241 |
| 1.82MPa | D648 | ℃ | 235 | 224 | 238 | |
2、产品特点
1)采用新型复配阻燃体系，充分利用各阻燃剂之间的协同作用，阻燃性能达到UL94V-0级，且属环保型。
2)具有良好的加工性能，熔融指数达到16g/10min，流动性远好于普通增强阻燃PET。
3)注塑成型周期短，与日本同类产品相比缩短30％。
4)力学性能优异，冲击强度高，可作多种电器、汽车的机构件。
5)产品中的玻纤包覆效果良好，制品表面无浮纤，外观好。
6)产品价格与国外同类产品相比低30％，具有很强的市场竞争力。
附图说明
附图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料
原料总配方为：
主料：聚对苯二甲酸乙二醇酯 56～76重量份数；
辅料：
(1)、复合阻燃剂
非卤素型磷酸三酯和二磷酸酯的混合物，其中，非卤素型磷酸
三酯与二磷酸酯的混合比例为1∶16重量份数；
醚乙胺 3重量份数；
聚苯硫醚 3重量份数；
(2)、成核剂
纳米碳酸钙 2重量份数；
(3)、抗氧剂
抗氧剂1010 0.2重量份数；
抗氧剂168 0.2重量份数；
(4)、润滑剂
改性乙撑双硬脂酸酰胺(TAF) 0.4～0.5重量份数；
(5)、增强剂
无碱玻璃纤维 10～30重量份数。
实施例原料配方主要是把主料PET和增强剂玻璃纤维含量做适当调整，而复合阻燃剂、成核剂、抗氧剂和润滑剂按照以上总配方不变，可制造出不同品级和不同性能的产品，以满足不同客户、不同产品的要求。以下用3个例子加以说明，具体见下表：
| 配方 | PET重量份数 | 玻纤重量份数 | 熔融指数g/10min | 拉伸强度MPa | 缺口冲击强度J/m | 弯曲强度MPa | 热变形温度0.45MPa℃ | 阻燃性L94 |
| 1例 | 71 | 15 | 16.8 | 153 | 94.5 | 219 | 229 | V-0 |
| 2例 | 66 | 20 | 16 | 161 | 90 | 230 | 241 | V-0 |
| 3例 | 61 | 25 | 15.2 | 169 | 85.5 | 241 | 253 | V-0 |
| 国外产品 | 12 | 152 | 85 | 223 | 240 | V-0 | ||
| 普通产品 | 8 | 132 | 76 | 210 | 203 | V-0 |
从上表可以看出，本发明产品中PET与玻纤的最佳重量份数比例为66∶20，而PET在56～76重量份数范围和玻纤在10～30重量份数范围中变化，产品性能指标仍能达到进口产品标准，远优于普通产品。
参见图1所示，制备方法如下：
(1)、准备助剂
A、复合型阻燃剂：将磷酸盐的混合物、醚乙胺、聚苯硫醚之间按6∶3∶3的比例进行混合得到复合型阻燃剂；
B、成核剂：将2份40纳米碳酸钙用其1％量的KH-550偶联剂在1000转/每分以上的高速搅拌下进行表面活性处理，表面活性处理品干燥后备用；
(2)、主辅料混合
将干燥的聚对苯二甲酸乙二醇酯与复合型阻燃剂、成核剂、抗氧剂、润滑剂采用搅拌器在1000转/每分以上的高速条件下混合搅拌，使各组分充分分散均匀；
(3)、熔融挤出
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中，在熔融挤出同时，引入无碱玻璃纤维熔融挤出，熔融挤出温度在220～245℃范围；
(4)、造粒及后处理
对挤出的物料进行冷却→风干→切粒→过筛→过磁→包装得成品。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1、一种高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料，其特征在于：原料配方为：
主料：聚对苯二甲酸乙二醇酯 56～76重量份数；
辅料：
(1)、复合阻燃剂
非卤素型磷酸三酯和二磷酸酯的混合物，其中，非卤素型磷酸三酯与二磷酸酯的混合比例为1∶1 6重量份数；
醚乙胺 3重量份数；
聚苯硫醚 3重量份数；
(2)、成核剂
纳米碳酸钙 2重量份数；
(3)、抗氧剂
抗氧剂1010 0.2重量份数；
抗氧剂168 0.2重量份数；
(4)、润滑剂
改性乙撑双硬脂酸酰胺 0.4～0.5重量份数；
(5)、增强剂
无碱玻璃纤维 10～30重量份数。
2、根据权利要求1所述的高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料，其特征在于：制备方法如下：
(1)、准备助剂
A、复合型阻燃剂：将磷酸盐的混合物、醚乙胺、聚苯硫醚之间按6∶3∶3的比例进行混合得到复合型阻燃剂；
B、成核剂：将2份纳米碳酸钙用其1％量的KH-550偶联剂在1000转/每分以上的高速搅拌下进行表面活性处理，表面活性处理品干燥后备用；
(2)、主辅料混合
将干燥的聚对苯二甲酸乙二醇酯与复合型阻燃剂、成核剂、抗氧剂、润滑剂进行混合搅拌，使各组分充分分散均匀；
(3)、熔融挤出
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中，在熔融挤出同时，引入无碱玻璃纤维熔融挤出，熔融挤出温度在220～245℃范围；
(4)、造粒及后处理
对挤出的物料造粒及后处理得成品。
3、根据权利要求1所述的高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料，其特征在于：所述纳米碳酸钙为20～60纳米碳酸钙。
4、根据权利要求2所述的高性能增强阻燃聚酯(PET)工程塑料，其特征在于：所述第(2)步主辅料混合中，采用搅拌器在1000转/每分以上的高速条件下混合搅拌。
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| Date | Code | Title | Description |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: SUZHOU LANTE NANOMETER MATERIALS TECHNOLOGY CO., L Free format text: FORMER OWNER: SUZHOU KAIMIKE NEW MATERIALS CO., LTD. Effective date: 20100519 |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 215011 NO.178 BINHE ROAD (SUZHOU OVERSEAS STUDENTS VENTURE PARK), SUZHOU NEW DISTRICT, SUZHOU CITY, JIANGSU PROVINCE TO: 215011 NO.209 ZHUYUAN ROAD (VENTURE PARK), SUZHOU HIGH-TECH ZONE |
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Effective date of registration: 20100519 Address after: 215011 No. 209 Chuk Yuen Road, Suzhou hi tech Development Zone (Pioneer Park) Patentee after: Lante Nano Materials Tech Co., Ltd., Suzhou Address before: 215011, Binhe Road, Suzhou New District, Jiangsu, Suzhou (Suzhou Overseas Students Pioneer Park), 178 Patentee before: Suzhou Chemical New Material Co., Ltd. |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: MENG FANMAO Free format text: FORMER OWNER: LANTE NANO MATERIALS TECH CO., LTD., SUZHOU Effective date: 20110628 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110628 Address after: 215011 No. 209 Chuk Yuen Road, Suzhou hi tech Development Zone (Pioneer Park) Patentee after: Meng Fanmao Address before: 215011 No. 209 Chuk Yuen Road, Suzhou hi tech Development Zone (Pioneer Park) Patentee before: Lante Nano Materials Tech Co., Ltd., Suzhou |
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Addressee: Meng Fanmao Document name: Notification to Pay the Fees |
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Granted publication date: 20081015 Termination date: 20141213 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |