一种高CTI值、高GWIT值环保阻燃玻纤增强PBT/PET合金材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高CTI值、高GWIT值环保阻燃玻纤增强PBT/PET合金材料，所述合金材料包括以下重量百分比含量的原料组分：PBT22.5%～41%，PET22.5%～41%，复配型阻燃剂6%～20%，三氧化二锑3%～15%，玻璃纤维20%～30%，增韧剂2%～10%，抗氧剂0.1%～1%，氧化物0.1%～1%，所述的复配型阻燃剂由溴化聚苯乙烯、次磷酸镁和滑石粉组成。本发明还提供了高CTI值、高GWIT值环保阻燃玻纤增强PBT/PET合金材料的制备方法。本发明合金材料的GWIT值及CTI值较高，阻燃效果较好，合金材料环保，综合性能均衡，可以广泛用于低压电子电容器外壳、负载断路开关、碳刷支架、塑壳断路器等电子电器领域的产品。

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体地说，是一种高CTI值、高GWIT值环保阻燃玻纤增强PBT/PET合金材料及其制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸丁二醇酯（英文名Polybutylene Terephthalate，简称PBT）为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯。其具有高耐热性、韧性、耐疲劳性，自润滑、低摩擦系数，耐候性、吸水率低，在潮湿环境中仍保持各种物性（包括电性能），电绝缘性，成型性良好。缺点是缺口冲击强度低，成型收缩率大。故大部分采用玻璃纤维增强或无机填充改性，其拉伸强度、弯曲强度可提高一倍以上，热变形温度也大幅提高。可以在140℃下长期工作，经过阻燃改性后，可以广泛用于低压电子电气零部件。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（英文名Polyethylene Terephthalate，简称PET）为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。PET分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故具有较高的成膜性。PET具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的PET具有良好的光学透明性。另外PET具有优良的耐磨耗、耐摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等优点，因而得到了广泛的应用。

PBT与PET分子链结构相似，大部分性质也是一样的，只是分子主链由两个亚甲基变成了四个，所以分子更加柔顺，加工性能更加优良，但是PET的成型周期较长。将PBT、PET做成合金后可以综合二者的优点，提高材料的性能，目前国内已经有较多研究。21世纪电子、电气、通讯、家电、机电设备向高性能微型化发展，对阻燃PBT/PET合金材料的要求越来越高，同时，随着人类对环保的认识，绿色环保产品受到普遍关注。因此，阻燃PBT/PET合金材料发展方向是：高性能功能化阻燃PBT/PET合金材料成为主流；绿色环保型阻燃PBT/PET合金材料的品种与需求越来越多；阻燃PBT/PET合金材料的生产向多品种系列化方向发展；阻燃剂的使用向多元化、复合型发展。传统的溴系阻燃剂已不能满足高标准产品的要求，一些传统的阻燃剂复配体系，例如玻璃纤维+十溴二苯乙烷+三氧化二锑复配体系、玻璃纤维+溴化聚苯乙烯+三氧化二锑复配体系，这些复配体系的CTI值（comparative tracking index，相对漏电起痕指数）和GWIT值（glow-wire ignition temperature，灼热丝点燃温度）都不高，不适用于高要求的用电环境。

中国专利文献申请号201210247433.8，公开日2012年10月17日，公开了一种阻燃玻纤增强PBT/PET合金组合物及其制备方法，该组合物包括以下重量百分比含量的各组分：PET 20～41%，PBT 20～41%，相容剂1～10%，复配阻燃母粒1～15%，玻璃纤维20～40%，抗氧剂0.1～1%，润滑分散剂0.1～1%，所述的复配阻燃母粒包括以下质量百分比含量的各组分：除铁赤磷母粒50%，防迁移剂25%，高CTI助剂25%。但是关于集高GWIT值、高CTI值、环保、综合性能均衡等优点于一体的合金材料还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种高CTI值、高GWIT值环保阻燃玻纤增强PBT/PET合金材料。该合金材料灼热丝温度较高，环保，综合性能均衡，适用于低压电子电容器外壳，负载断路开关，碳刷支架，塑壳断路器等电子领域。

本发明的再一的目的是，提供一种高CTI值、高GWIT值环保阻燃玻纤增强PBT/PET合金材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种高CTI值、高GWIT值环保阻燃玻纤增强PBT/PET合金材料，所述合金材料包括以下重量百分比含量的原料组分：

PBT                           22.5%～41%，

PET                           22.5%～41%，

复配型阻燃剂                   6%～20%，

三氧化二锑                     3%～15%，

玻璃纤维                       20%～30%，

增韧剂                         2%～10%，

抗氧剂                         0.1%～1%，

氧化物                         0.1%～1%，

所述的复配型阻燃剂由溴化聚苯乙烯、次磷酸镁和滑石粉组成。

所述的PBT为聚对苯二甲酸丁二醇酯，其特性粘度为1.0 dL/g。

所述的PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯，其特性粘度为1.0 dL/g。

所述的复配型阻燃剂由以下重量百分比含量的原料组分组成：溴化聚苯乙烯50%，次磷酸镁25%，滑石粉25%。

所述的玻璃纤维为表面经硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维。

所述的增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物。

所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂。

所述的抗氧剂是抗氧剂1330。

所述的氧化物是氧化铁。

为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：

一种高CTI值、高GWIT值环保阻燃玻纤增强PBT/PET合金材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）按照权利要求1所述的重量百分比称取各原料；

（2）将称好的各种原料放入高混机中，混合2～5分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒，所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，螺杆转数为30～40Hz。。

本发明优点在于：

1、本发明采用新型阻燃剂复配体系，和传统的阻燃体系相比，在阻燃剂百分含量相同的情况下，新型复配体系能使材料的GWIT值提高50℃到100℃，能够通过850℃灼热丝；

2、玻璃纤维的加入能使材料的GWIT值明显提高，增韧剂能改善材料的冲击性能，提高材料加工流动性，降低摩擦系数，提高滑爽性；

3、受阻酚类抗氧剂可提高复合材料在加工过程的抗氧化性能和使用过程中的抗老化性能，采用氧化物作为提高CTI值的助剂；

4、本发明在特定的加工条件下，原料分散性较好，停留时间短，采用剪切稍弱的组合，防止阻燃剂分解，从而保证了材料的质量稳定；制备得到的复合材料的GWIT值及CTI值较高，阻燃效果较好，复合材料环保，综合性能均衡，可以广泛用于低压电子电容器外壳、负载断路开关、碳刷支架、塑壳断路器等电子电器领域的产品。

具体实施方式

下面对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

本发明高CTI值、高GWIT值环保阻燃玻纤增强PBT/PET合金材料，所述的PBT为市售聚对苯二甲酸丁二醇酯，其特性粘度优选为1.0 dL/g，也可以是0.8～1.2 dL/g范围的其它值；所述的PET为市售聚对苯二甲酸乙二醇酯，其特性粘度优选为1.0 dL/g，也可以是0.8～1.2 dL/g范围的其它值；所述的复配型阻燃剂由溴化聚苯乙烯（简称BPS）、次磷酸镁和滑石粉组成，重量百分比含量优选为BPS 50%、次磷酸镁25%、滑石粉25%，该阻燃剂能有效提高合金材料的GWIT值；所述的玻璃纤维优选为表面经硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维，将玻璃纤维加入硅烷偶联剂中，使其表面经硅烷偶联剂处理，其能使材料的GWIT值明显提高；所述的增韧剂能改善材料的冲击性能，可以是乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯二元共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯二元共聚物等，优选为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物；所述的抗氧剂优选为受阻酚类抗氧剂中的抗氧剂1330，还可以是抗氧剂1010、抗氧剂300、硫代二丙酸双酯等，均能阻断、抑制或延缓聚合物氧化或自动氧化过程，可提高合金材料在加工过程中的抗氧化性能和使用过程中的抗老化性能；所述的氧化物是作为提高CTI值的助剂，可以是氧化铝、氧化镁等，优选为氧化铁。

本发明PBT/PET合金材料的制备过程中，将称好的各种原料放入高混机中，混合2～5分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，挤出机包括九个温区，其中一段230℃，二段230℃，三段235℃，四段235℃，五段240℃，六段240℃，七段235℃，八段235℃，九段230℃，螺杆转数为30～40Hz。

实施例1  PBT/PET合金材料的制备（一）

PBT的特性粘度为1.0 dL/g，PET的特性粘度为1.0 dL/g，复配型阻燃剂由重量百分比含量为BPS 50%、次磷酸镁25%和滑石粉25%的原料组成，玻璃纤维为表面经硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维，增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物，抗氧剂为抗氧剂1330，氧化物是氧化铁。

按以下重量百分比含量称取各原料组分：PBT 22.5%，PET 22.5%，复配型阻燃剂20%，三氧化二锑4%，玻璃纤维20%，增韧剂10%，抗氧剂0.1%，氧化物0.9%。将称好的各原料放入高混机中，混合2分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，挤出机包括九个温区，其中一段230℃，二段230℃，三段235℃，四段235℃，五段240℃，六段240℃，七段235℃，八段235℃，九段230℃，螺杆转数为30Hz。

实施例2  PBT/PET合金材料的制备（二）

PBT的特性粘度为0.8 dL/g，PET的特性粘度为1.0 dL/g，复配型阻燃剂由重量百分比含量为BPS 50%、次磷酸镁25%和滑石粉25%的原料组成，玻璃纤维为表面经硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维，增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物，抗氧剂为抗氧剂1010，氧化物是氧化铁。

按以下重量百分比含量称取各原料组分：PBT 41%，PET 23%，复配型阻燃剂6%，三氧化二锑3%，玻璃纤维20%，增韧剂5%，抗氧剂1%，氧化物1%。将称好的各原料放入高混机中，混合5分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，挤出机包括九个温区，其中一段230℃，二段230℃，三段235℃，四段235℃，五段240℃，六段240℃，七段235℃，八段235℃，九段230℃，螺杆转数为35Hz。

实施例3  PBT/PET合金材料的制备（三）

PBT的特性粘度为1 dL/g，PET的特性粘度为0.8 dL/g，复配型阻燃剂由重量百分比含量为BPS 50%、次磷酸镁25%和滑石粉25%的原料组成，增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯二元共聚物，抗氧剂为抗氧剂1330，氧化物是氧化铝。

按以下重量百分比含量称取各原料组分：PBT 23%，PET 23%，复配型阻燃剂6%，三氧化二锑15%，玻璃纤维30%，增韧剂2%，抗氧剂0.9%，氧化物0.1%。将称好的各原料放入高混机中，混合3分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，挤出机包括九个温区，其中一段230℃，二段230℃，三段235℃，四段235℃，五段240℃，六段240℃，七段235℃，八段235℃，九段230℃，螺杆转数为40Hz。

实施例4  PBT/PET合金材料的制备（四）

PBT的特性粘度为1 dL/g，PET的特性粘度为1.0 dL/g，复配型阻燃剂由重量百分比含量为BPS 45%、次磷酸镁30%和滑石粉25%的原料组成，玻璃纤维为表面经硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维，增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物，抗氧剂为抗氧剂1330，氧化物是氧化铁。

按以下重量百分比含量称取各原料组分：PBT 24%，PET 30%，复配型阻燃剂18%，三氧化二锑4%，玻璃纤维20%，增韧剂3%，抗氧剂0.8%，氧化物0.2%。将称好的各原料放入高混机中，混合4分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，挤出机包括九个温区，其中一段230℃，二段230℃，三段235℃，四段235℃，五段240℃，六段240℃，七段235℃，八段235℃，九段230℃，螺杆转数为38Hz。

实施例5  PBT/PET合金材料的制备（五）

PBT的特性粘度为1.0 dl/g，PET的特性粘度为1.02dL/g，复配型阻燃剂由重量百分比含量为BPS 50%、次磷酸镁25%和滑石粉25%的原料组成，玻璃纤维为表面经硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维，增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物，抗氧剂为抗氧剂300，氧化物是氧化铁。

按以下重量百分比含量称取各原料组分：PBT 23%，PET 41%，复配型阻燃剂7%，三氧化二锑3%，玻璃纤维23%，增韧剂2%，抗氧剂0.5%，氧化物0.5%。将称好的各原料放入高混机中，混合5分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，挤出机包括九个温区，其中一段230℃，二段230℃，三段235℃，四段235℃，五段240℃，六段240℃，七段235℃，八段235℃，九段230℃，螺杆转数为30Hz。

实施例6  PBT/PET合金材料的制备（六）

PBT的特性粘度为1.0 dl/g，PET的特性粘度为1.0 dL/g，复配型阻燃剂由重量百分比含量为BPS 60%、次磷酸镁20%和滑石粉20%的原料组成，增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯二元共聚物，抗氧剂为抗氧剂1330，氧化物是氧化镁。

按以下重量百分比含量称取各原料组分：PBT 30%，PET 30%，复配型阻燃剂6%，三氧化二锑3%，玻璃纤维25%，增韧剂5%，抗氧剂0.7%，氧化物0.3%。将称好的各原料放入高混机中，混合4分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，挤出机包括九个温区，其中一段230℃，二段230℃，三段235℃，四段235℃，五段240℃，六段240℃，七段235℃，八段235℃，九段230℃，螺杆转数为40Hz。

实施例7  PBT/PET合金材料的制备（七）

PBT的特性粘度为1.2 dl/g，PET的特性粘度为1.0 dL/g，复配型阻燃剂由重量百分比含量为BPS 50%、次磷酸镁25%和滑石粉25%的原料组成，玻璃纤维为表面经硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维，增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物，抗氧剂为抗氧剂1330，氧化物是氧化铁。

按以下重量百分比含量称取各原料组分：PBT 22.5%，PET 22.5%，复配型阻燃剂10%，三氧化二锑9%，玻璃纤维27%，增韧剂8%，抗氧剂0.4%，氧化物0.6%。将称好的各原料放入高混机中，混合3分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，挤出机包括九个温区，其中一段230℃，二段230℃，三段235℃，四段235℃，五段240℃，六段240℃，七段235℃，八段235℃，九段230℃，螺杆转数为35Hz。

    需要说明的是，对实施例1-7得到的玻纤增强PBT/PET合金材料进行性能测试，采用ASTM标准，测试结果表明：制备的PBT/PET合金材料具有较高的GWIT值及CTI值，合金材料的阻燃性、拉伸强度和弯曲强度均符合要求。

    实施例8～9和对比例1～7

PBT的特性粘度为1.0 dL/g，PET的特性粘度为1.0 dL/g；复配型阻燃剂由重量百分比含量为BPS 50%、次磷酸镁25%和滑石粉25%的原料组成；普通阻燃剂可以是磷酸三苯酯、十溴二苯乙烷、十溴二苯醚、氢氧化镁、红磷等，本发明均采用十溴二苯乙烷；玻璃纤维为表面经硅烷偶联剂处理的无碱玻璃纤维；增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物；抗氧剂为抗氧剂1330；氧化物是氧化铁。

按表1所示的重量百分比含量（%）称取各原料组分。将称好的各原料放入高混机中，混合5分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为230～240℃，挤出机包括九个温区，其中一段230℃，二段230℃，三段235℃，四段235℃，五段240℃，六段240℃，七段235℃，八段235℃，九段230℃，螺杆主机转数为35Hz，喂料转数为13 Hz。

表1 实施例8～9和对比例1～7中的各原料配方

实施例10  性能测试

    采用ASTM标准，对实施例8～9、对比例1～7制备得到的PBT/PET合金材料进行性能测试，测试结果如表2所示。

表2 合金材料的性能测试结果

结合表1和表2，从表中可知，本发明采用新型阻燃剂复配体系，和传统的普通阻燃剂相比，新型复配阻燃剂能有效提高材料的GWIT值；无碱玻璃纤维的加入能使合金材料的GWIT值明显提高，增韧剂能改善材料的冲击性能；氧化铁对提高CTI值有较大影响。

本发明合金材料的GWIT值及CTI值较高，阻燃效果较好，合金材料环保，综合性能均衡，可以广泛用于低压电子电容器外壳、负载断路开关、碳刷支架、塑壳断路器等电子电器领域的产品。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。