TWI564379B

TWI564379B - 防火複合材料

Info

Publication number: TWI564379B
Application number: TW101115127A
Authority: TW
Inventors: 張添傑; 吳國龍
Original assignee: 奇美實業股份有限公司
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2017-01-01
Also published as: TW201243038A

Description

防火複合材料

本發明屬於高分子化合物之組合物，更特別地，有關於聚碳酸酯之組合物或聚碳酸酯衍生物之組合物所製成的防火複合材料。

一般熱塑性塑膠材料(例如：聚碳酸酯)大多具有良好的機械強度，可應用於許多產業，例如：建築裝潢、車輛內裝、以及電子元件或電氣用品之外殼，而越來越多的產品要求要有難燃的特性，才能符合相關消防規章以通過認證。且越來越多商品的設計屬性在輕量化的要求下以輕薄短小為優，但是成品厚度越薄，要維持良好的防火特性越不容易。

目前在習知技術中，例如美國公告專利說明書US6001921、US6117542、US6184312、US6284824、US6326425、US6451906、US6509421、US7462662、以及美國公開專利說明書US20010018487、US20010044484、US20060252890等文獻中所揭露的防火複合材料，一般防火複合材料大多使用鹵素(halogen)系(例如溴鹽Bromide)、磷系(Phosphor)、美耐皿(Melamin)或氫氧化鋁(Aluminum Trihydrate，ATH)等成分作為阻燃劑。

而其中添加溴化物的鹵素系及磷系為阻燃劑的防火材料，在製作過程因為無法符合TCO’99認證之規定，不僅不環保，且使用磷系為阻燃劑之防火材料易使防火材料的熱變形溫度降低，並造成模具污染。而使用美耐皿或氫氧化鋁等成分作為阻燃劑之防火材料，其製成的產品會有加工溫度較高，但耐衝擊強度不佳等問題存在。

為解決上述的問題，本發明提供一種防火複合材料，包含成份比例為100重量份的聚碳酸酯、成份比例為0.1~5.0重量份的磺酸鹽作為阻燃劑、成份比例為5~50重量份的玻璃纖維作為無機填充材料。

因此，本發明之主要目的在於提供一種防火複合材料，具有UL 94 V0防火等級，且由於使用磺酸鹽作為阻燃劑，符合環保標準。

本發明之另一目的在於提供一種防火複合材料，其係以玻璃纖維作為無機填充材料，用於強化防火複合材料的剛性及尺寸安定性。

本發明之又一目的在於提供一種防火複合材料，其組成係以磺酸鹽作為阻燃劑，及以玻璃纖維的作為無機填充材料，在輕量化的要求下前述組成仍能維持UL 94 V0防火等級。

此外，本發明亦提供另一種防火複合材料，包含成份比例為100重量份的聚碳酸酯、成份比例為0.1~5.0重量份的磺酸鹽阻燃劑、成份比例為5~50重量份的玻璃纖維、以及成份比例為0.2~2.0重量份的聚四氟乙烯。

此外，本發明亦提供另一種防火複合材料，包含成份比例為100重量份的聚碳酸酯、成份比例為2.0~2.17重量份的抗靜電劑、成份比例為0.1~0.109重量份的磺酸鹽阻燃劑、選自於由滑石及雲母所構成之群組的無機填充材料及成份比例為0.3~0.76重量份的聚四氟乙烯。

因此，本發明之主要目的在於提供一種防火複合材料，其組成係以磺酸鹽作為阻燃劑，在輕量化的要求下前述組成仍能維持UL 94 V0防火等級，符合環保標準。

本發明之另一目的在於提供一種防火複合材料，其組成含有抗靜電劑，在輕量化的要求下前述組成仍能維持UL 94 V0防火等級。

由於本發明係揭露一種防火複合材料，其中所利用之化學原理以及有機及無機材料相關製程，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再贅述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構示意，並未亦不需要依據實際尺寸完整繪製，合先敘明。

本發明第一較佳實施例係提供一種防火複合材料，包含聚碳酸酯、磺酸鹽阻燃劑、以及無機填充材料。其中，聚碳酸酯成份比例為100重量份、磺酸鹽阻燃劑成份比例為0.1~5.0重量份、以及玻璃纖維材料成份比例為5~50重量份。此外，玻璃纖維材料成份比例以11~42重量份為較佳。

前述的磺酸鹽可以是全氟烷基磺酸鹼金屬鹽(Perfluoroalkane sulfonate alkali metal)或者全氟烷基磺酸銨鹽(Perfluoroalkane sulfonate ammonium salts)。其中，當磺酸鹽為全氟烷基磺酸銨鹽時，又以全氟烷基磺酸C₁-C₆銨鹽(Perfluoroalkane sulfonate C₁-C₆ ammonium salts)為較佳。磺酸鹽為全氟烷基磺酸鹼金屬鹽時，則以全氟丁基磺酸鉀(Potassium perfluorobutane sulfonate，KPFBS)或3-苯磺醯基苯磺酸鉀(Potassium diphenylsulfone-3-sulphonate，KSS)為較佳。

此外，第一較佳實施例中所提供的防火複合材料，可以進一步包含有聚四氟乙烯，其成份比例為0.2~2.0重量份；亦可以進一步包含有無機矽酸鹽層狀材料，例如滑石(talc)或雲母(mica)，其成份比例範圍為1至20重量份。

一般防火複合材料均透過垂直燃燒試驗UL 94 V0判斷其等級，測試標準在於經垂直燃燒後最長自熄時間、總燃燒時間、可否滴落及滴落後對棉花的引燃性而分為UL 94 V0、V1、V2三個防火等級，其中，UL 94 V0防火等級為最佳防火材料，V1次之，V2再次之。而本較佳第一實施例之防火複合材料經垂直燃燒試驗後符合UL 94 V0防火等級。

此外，本發明亦提供第二較佳實施例，亦為防火複合材料，其中材料的各成份組成以及其各成份組成的較佳範圍與第一較佳實施例中所述大致相同，以下僅就本較佳實施例與第一較佳實施例中不同之處加以說明。

由於防火複合材料之厚度與垂直燃燒試驗之結果有密切關係。一般厚度越厚之防火複合材料其耐火等級越高。經測試後，本第二較佳實施例之防火複合材料之厚度為1.5釐米時，僅採用玻璃纖維做為無機填充材料，但經垂直燃燒試驗後亦符合UL 94 V0防火等級。

本發明亦提供第三較佳實施例，亦為防火複合材料，其中材料的各成份組成以及其各成份組成的較佳範圍與第一較佳實施例中所述大致相同。第三較佳實施例所提供的防火複合材料進一步包含有抗靜電劑，例如雙三氟甲烷磺醯亞胺鹽(bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)或磷烷基苯基磺酸鹽(phospho-alkyl-phenyl-sulfonate)，當試片厚度為2.2mm時，經垂直燃燒試驗後符合UL 94 V0等級。

以下更進一步提供下列實驗例，藉以說明本發明所提供之防火複合材料之特徵。

實驗例：

A. 材料與方法：

I. 複合防火材料之製備：

將熔融指數(Melting Index)(熔融指數為塑膠材料加工時流動性的數值)為10與62的聚碳酸酯100重量份、全氟丁基磺酸鉀0.1~0.3重量份、玻璃纖維11~42重量份、聚四氟乙烯0.2~0.4重量份、抗氧化劑0.1重量份製成厚度為1.5釐米或1.0釐米的複合防火材料作為實驗組，而在編號1~5的樣本中進一步添加1~10重量份的滑石。實驗組各樣本材料組成如表一所示：

將聚碳酸酯100重量份、玻璃纖維11重量份、聚四氟乙烯0.4重量份、以及抗氧化劑0.1重量份製成厚度為1.5釐米的複合防火材料，做為第一對照組。前述第一對照組未添加全氟丁基磺酸鉀作為阻燃劑。

前述實驗組與對照組中所使用的聚碳酸酯，係採用熔融指數為10的聚碳酸酯60重量份及熔融指數為62的聚碳酸酯40重量份，合計為100重量份。

前述對照組中各樣本之組成成份則如表二所示。

依前述各組組成比例製得之複合防火材料，將其裁切為長寬厚分別為120釐米、13釐米、1.5釐米或1.0釐米(120mm x 13mm x 1.5mm or 1.0mm)之複合防火材料試片，各複合防火材料試片將用以進行UL 94 V0垂直燃燒試驗。

II. UL 94 V0垂直燃燒試驗：

製備成份組成及長寬厚度皆相同的複合防火材料試片五片，依照UL 94 V0垂直燃燒試驗標準來進行燃燒測試。首先，將各複合防火材料試片夾置於樣品架上，試片下方300釐米處放置外科用棉花。將點燃之本生燈置於待測試片下方，進行第一次點火，持續10秒後移開，測量火焰移開後至待測試片自熄所需時間，紀錄為第一自熄時間。移開10秒後將點燃之本生燈再度移置待測試片下方，進行第二次點火，持續10秒後移開並再度測量火焰移開後至待測試片自熄所需時間，紀錄為第二自熄時間。並依照各試片的最長自熄時間、總燃燒時間、試片燃燒中是否滴垂、試片燃燒是否延燒至夾具、若試片燃燒有滴垂是否引燃棉花、以及試片燃燒期間中煙霧是否遮熄本生燈等結果，判定各樣品是否通過UL 94 V0垂直燃燒試驗，以及其防火等級。總燃燒時間係指單一樣品的五片試片經燃燒測試後測得的第一燃燒時間與第二燃燒時間的總和。各等級(UL 94 V0、V1、V2)的通過規範如表三所示。

此外，表三中所示之最長自熄時間、可否滴垂、滴垂可否引燃棉花之標準，各樣本需五片試片均符合等級規範才算是通過。而在防火等級UL 94 V0、V1、V2中，五片試片均不可發生延燒至夾具的現象。

B. 測試結果：

I. 實驗組防火複合材料經燃燒試驗均符合UL 94 V0防火等級：

依據本發明所提供之防火複合材料(實驗組)，經垂直燃燒試驗後，所測得之防火等級均為UL 94 V0。各編號之樣本試驗結果如下表四所示：

如同表四所示，實驗組編號1至5的樣本中，厚度皆為1.0釐米，最長自熄時間均小於10秒，最長自熄時間出現於樣本3於厚度1.0釐米的狀態下，試片5的第二次自熄時間，為9.2秒。且總燃燒時間介於25.5秒至45.3秒之間，均短於50秒，且各樣本之燃燒狀況均未發生滴垂，亦未延燒至夾具，燃燒期間中煙霧並未遮熄本生燈。

因此，如上所示，本發明所提供的厚度為1.0釐米之複合防火樣本，透過調整聚四氟乙烯的重量份、滑石(無機矽酸鹽層狀材料)、玻璃纖維(無機填充材料)的重量份或聚四氟乙烯(抗滴垂劑)重量份。調整之後發現以上經UL 94 V0燃燒試驗後，證實編號1至5的樣本皆能符合UL 94 V0防火等級。

實驗組編號6之樣本未添加滑石，僅以玻璃纖維做為無機填充材料，且未添加聚四氟乙烯作為抗滴垂劑。經UL 94 V0垂直燃燒試驗發現，其樣本試驗結果如表四所示，最長自熄時間都短於10秒，且總燃燒時間未超過50秒，而且編號6的樣本在燃燒時，未有滴垂且未引燃棉花，亦未延燒至夾具，燃燒期間中煙霧並未遮熄本生燈，故其防火等級在厚度為1.5釐米的情況下為UL 94 V0。

實驗組編號7與8之樣本未添加滑石，僅以玻璃纖維作為無機填充材料。經UL 94 V0垂直燃燒試驗發現，試驗結果如表四所示，未加入滑石製得厚度為1.5釐米的防火複合材料，最長自熄時間均未超過10秒，總燃燒時間亦低於50秒，而且編號7與8的樣本在燃燒時，均未發生滴垂及延燒至夾具的情況，燃燒期間中煙霧並未遮熄本生燈，故編號7與8的防火等級符合UL 94 V0之標準。

II. 未使用全氟丁基磺酸鉀會影響防火等級：

第一對照組編號9之樣本經UL 94 V0垂直燃燒試驗發現，其各樣本試驗結果如下表五所示：

試驗結果顯示，第一對照組之編號9的樣本，並未採用阻燃劑。如表五所示，在厚度為1.5釐米時，最長自熄時間超過30秒，總燃燒時間超過250秒，且樣本在燃燒時有滴垂並引燃棉花，試片5於第二自熄時間更發生延燒至試片夾，不符最低防火等級V2之標準，故判定為未通過UL 94 V0垂直燃燒試驗。

III. 具有防靜電材料之防火複合材料的防火等級測試結果：

依據本發明所提供之防火複合材料(實驗組編號1、2、3、4、5)，經UL 94垂直燃燒試驗發現，其防火等級在厚度為2.2釐米的情況下為V0。

聚碳酸酯(Polycarbonate)成份比例為100重量份、抗靜電劑採用雙三氟甲烷磺醯亞胺鹽(bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)成份比例為2.~2.17重量份、磺酸鹽阻燃劑採用全氟丁基磺酸鉀(Potassium perfluorobutane sulfonate)成份比例為0.1~0.109重量份、無機填充材料採用滑石(Talc)成份比例為0~5.423重量份、以及聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)成份比例為0.3~0.76重量份，綜合以上製成複合防火材料，各樣本的材料組成如表六所示：

依前述各組組成比例製得之複合防火材料，將其裁切為長寬厚分別為120釐米、13釐米、2.2釐米(120mm x 13mm x 2.2mm)之複合防火材料試片，以下述方式進行UL 94垂直燃燒試驗。

由上表得知，編號1~5的樣本厚度為2.2釐米，在雙三氟甲烷磺醯亞胺鹽與全氟丁基磺酸鉀的成分比例固定之下，試著去改變聚碳酸酯、滑石、聚四氟乙烯的成份比例，防火等級經判定亦可達到V0的等級。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

Claims

一種防火複合材料，包含：一聚碳酸酯，其成份比例為100重量份；一磺酸鹽阻燃劑，其成份比例為0.1~5.0重量份；一滑石，其成份比例為4~20重量份；一玻璃纖維材料，其成份比例為5~50重量份；以及一聚四氟乙烯，其成份比例為0.2~0.4重量份。
如申請專利範圍第1項所述之防火複合材料，其中該磺酸鹽阻燃劑係選自由全氟烷基磺酸鹼金屬鹽、以及全氟烷基磺酸銨鹽所組成之群組。
如申請專利範圍第1項所述之防火複合材料，其中該磺酸鹽阻燃劑為全氟烷基磺酸C₁-C₆銨鹽。
如申請專利範圍第1項所述之防火複合材料，其中該磺酸鹽阻燃劑為全氟丁基磺酸鉀或3-苯磺醯基苯磺酸鉀。
一種防火複合材料，包含：一聚碳酸酯，其成份比例為100重量份；一抗靜電劑，其成份比例為2~2.17重量份；一磺酸鹽阻燃劑，其成份比例為0.1~0.109重量份；一無機填充材料，其係為一滑石，且該滑石的成分比例為0~5.423重量份；以及一聚四氟乙烯，其成份比例為0.3~0.76重量份。
根據申請專利範圍第5項所述的防火複合材料，其中該抗靜電劑係選自於由雙三氟甲烷磺醯亞胺鹽及磷烷基苯基磺酸鹽所構成之群組。
如申請專利範圍第5項所述之防火複合材料，其中該磺酸鹽阻燃劑係選自由全氟烷基磺酸鹼金屬鹽、以及全氟烷基磺酸銨鹽所組成之群組。
如申請專利範圍第5項所述之防火複合材料，其中該磺酸鹽阻燃劑為全氟烷基磺酸C₁-C₆銨鹽。
如申請專利範圍第5項所述之防火複合材料，其中該磺酸鹽阻燃劑為全氟丁基磺酸鉀或3-苯磺醯基苯磺酸鉀。