高性能无卤阻燃PC/ABS复合材料及其制备方法

摘要

本发明属于工程塑料领域，具体涉及一种高性能无卤阻燃聚碳酸酯/丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物（PC/ABS）复合材料及其制备方法。复合材料含30-80wt%PC、10-50wt%ABS，3－8wt%的相容剂，0－25wt%的高倍率可膨胀石墨，0－25wt%的聚磷酸酯，0.2-1.5wt%防滴落剂，0.1-0.6wt%抗氧剂。PC/ABS复合材料的氧指数为0-35vol%。无卤阻燃剂为自制的高倍率可膨胀石墨，粒径为0.05-0.4mm，膨胀倍率为50-500ml/g，起始膨胀温度为180-500℃。制得的PC/ABS复合材料具有良好的成型性、耐低温冲击性能、较高的热变形温度及光稳定性，广泛应用于汽车、电子、电器等行业。

说明书

技术领域

本发明属于工程塑料领域，具体涉及一种高性能无卤阻燃聚碳酸酯/丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物（PC/ABS）复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯/丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物（PC/ABS）是一种加工性能和力学性能优异的工程塑料，以其独特的耐冲击、耐应力开裂及良好的尺寸稳定性被广泛应用于机械、汽车、家电、通讯器材、计算机、办公设备等行业。但是PC/ABS易燃，易导致火灾事故的发生，致使其应用领域受到了限制，因此具有阻燃功能的PC/ABS合金成为当时研究热点，最早人们发现的含卤阻燃剂虽然可以使PC/ABS达到较好的阻燃效果，但是燃烧时产生大量的含卤气体，易造成环境污染甚至人员中毒伤亡。为了解决以上问题，无卤阻燃 PC/ABS 合金成为研究的重中之重，因其既保持了优异的力学性能、光滑的外观，同时又具有燃烧时无毒、低烟特性，是一种环境友好的工程塑料，然而，常见的无卤阻燃剂对于 PC/ABS 合金材料而言阻燃效率低，材料力学性能恶化严重，燃烧时易产生材料的熔融物滴落，因而限制了无卤阻燃PC/ABS 合金材料的应用范围，其阻燃性能及力学性能仍需要进一步研究，本文采用自制的高倍率可膨胀石墨代替以往的无卤阻燃剂，首次合成出力学性能优异，阻燃效果极佳的无卤PC/ABS合金。

可膨胀石墨（Expandable Graphite，EG）是通过在鳞片石墨的层状晶体结构中插入酸（通常用硫酸、硝酸或有机酸）进行反应制得。此过程中，需要使用一些氧化剂，如 H₂O₂、HNO₃或者 KMnO₄等，通过控制使用的氧化剂种类及用量，可以制备出膨胀倍率及起始膨胀温度不同的可膨胀石墨。完成反应后，再进行中和、水洗和干燥而制作成最终的产品。可膨胀石墨的膨胀特性不同于其他膨胀剂，在受到高温时，由于吸留在层间的化合物分解，可膨胀石墨膨胀，膨胀后的石墨可在阻燃材料表面形成一个非常好的绝热层，能有效隔热，其自身在火灾中的热释放率低，质量损失小，产生的烟气少。

目前，已有大量关于可膨胀石墨用于阻燃聚烯烃、阻燃橡胶、阻燃苯乙烯塑料等的报道。可膨胀石墨添加于阻燃工程塑料中，可有效的增强塑料防火性能，膨胀性能，同时不影响塑料本身的柔韧性和其它物理性能，且在火焰中不挥发出有毒气体、酸雾、烟等，不增加材料的危险性。所以近年来，可膨胀石墨作为一种膨胀型阻燃剂应用于合成材料中，并且在科研及工业领域引起了越来越多的关注。

发明内容

本发明的目的是制备一种具有高性能无卤阻燃PC/ABS复合材料，以应用于汽车、家电、办公用品等制造行业。随着技术的发展，很多部件对原材料的力学性能及阻燃性能都有了更高的要求。本发明采用PC、ABS、高倍率可膨胀石墨、聚磷酸酯、抗氧剂、防滴落剂及耐高温相容剂等，通过不同的配比，制备了一系列复合材料，在满足无卤阻燃的同时，还具有较高的力学性能。

本发明的高性能无卤阻燃PC/ABS复合材料，其特征在于：各组分和按100wt%计算，含30-80 wt%熔融指数10-25g/10min的PC、10-50 wt%熔融指数2-8g/10min的ABS，0－25wt%的高倍率可膨胀石墨，0－25wt%的聚磷酸酯，3－8wt%的相容剂，0.2-1.5wt%防滴落剂，0.1-0.6wt%抗氧剂，进一步的优选实施方案，包括以下三种配方：

配方a:

PC                                  73-78 wt%

ABS                                21-26wt%

相容剂                            3－8wt%

防滴落剂                       0.2-1.5wt%

抗氧剂                            0.1-0.6 wt%

配方b:

PC                                  30-60 wt%

ABS                               10-30 wt%

相容剂                           3－8wt%

防滴落剂                        0.2-1.5wt%

抗氧剂                           0.1-0.6wt%

可膨胀石墨                   15－25wt%

配方c:

PC                                 30-60 wt%

ABS                               10-30 wt%

相容剂                           3－8wt%

防滴落剂                       0.2-1.5wt%

抗氧剂                           0.1-0.6 wt%

可膨胀石墨                  5－15wt%

聚磷酸酯                      5－15wt%

本发明所选的相容剂为甲基丙烯酸甲醋一丁二烯一苯乙烯(MBS)，防滴落剂为聚四氟乙烯超微粉（PTFE），抗氧剂为2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)（抗氧剂2246）。可膨胀石墨为自制，具体规格为粒径0.05-0.4mm，膨胀倍率50-500ml/g，起始膨胀温度180-500℃。

本发明所述的PC/ABS复合材料制备步骤为：（1）首先在挤出造粒实验前，将PC材料在80-120℃鼓风干燥24小时，将ABS材料在70-90℃鼓风干燥4-6小时；（2）将预处理好的PC、ABS按设定好的配方比例称取，并加入计量的相容剂以及防滴落剂、抗氧剂、高倍率可膨胀石墨、聚磷酸酯，用搅拌机搅拌片刻，混合均匀后在双螺杆挤出机上熔融共混，经挤出机口模牵引成条，在水槽中用循环水冷却降温，经直接牵引后由切粒机切成粒子，制得共混改性材料，并在注塑机上注射成型；（3）挤出温度在200～300℃，将得到的复合材料切粒，在注塑机上注射成型，注射温度220～320℃，模具温度160～220℃；（4）按上述步骤分别制出个别组分含量不同的PC/ABS复合材料。

具体实施方式

以下实例属于本发明领域，但本发明不局限于以下实例。

实施例1： 

（1）首先在挤出造粒实验前，将PC材料在80-120℃鼓风干燥24小时，将ABS材料在70-90℃鼓风干燥4-6小时；（2）各组分和按100wt%计算，将预处理好的PC、ABS按质量比7:3称取，并加入3-8 wt%MBS以及0.2-1.5 wt% PTFE，0.1-0.6 wt%抗氧剂2246，用搅拌机搅拌片刻，混合均匀后在双螺杆挤出机上熔融共混，经挤出机口模牵引成条，在水槽中用循环水冷却降温，经直接牵引后由切粒机切成粒子，制得共混改性材料，并在注塑机上注射成型；（3）挤出温度在200～300℃，将得到的复合材料切粒，在注塑机上注射成型，注射温度220～320℃，模具温度160～220℃。

实施例2： 

（1）首先在挤出造粒实验前，将PC材料在80-120℃鼓风干燥24小时，将ABS材料在70-90℃鼓风干燥4-6小时；（2）各组分和按100wt%计算，将预处理好的PC、ABS按质量比7:3称取，并加入3-8 wt%MBS以及0.2-1.5wt% PTFE，0.1-0.6 wt%抗氧剂2246，25 wt%可膨胀石墨用搅拌机搅拌片刻，混合均匀后在双螺杆挤出机上熔融共混，经挤出机口模牵引成条，在水槽中用循环水冷却降温，经直接牵引后由切粒机切成粒子，制得共混改性材料，并在注塑机上注射成型；（3）挤出温度在200～300℃，将得到的复合材料切粒，在注塑机上注射成型，注射温度220～320℃，模具温度160～220℃。

实施例3： 

（1）首先在挤出造粒实验前，将PC材料在80-120℃鼓风干燥24小时，将ABS材料在70-90℃鼓风干燥4-6小时；（2）各组分和按100wt%计算，将预处理好的PC、ABS按质量比7:3称取，并加入3-8 wt%MBS以及0.2-1.5wt% PTFE，0.1-0.6 wt%抗氧剂2246，18 wt%可膨胀石墨，7wt%聚磷酸酯，用搅拌机搅拌片刻，混合均匀后在双螺杆挤出机上熔融共混，经挤出机口模牵引成条，在水槽中用循环水冷却降温，经直接牵引后由切粒机切成粒子，制得共混改性材料，并在注塑机上注射成型；（3）挤出温度在200～300℃，将得到的复合材料切粒，在注塑机上注射成型，注射温度220～320℃，模具温度160～220℃。

本发明的测试性能如表1所示：

表1 本发明所制的PC/ABS复合材料的力学性能及阻燃性能

测试项目测试标准实例1实例2实例3拉伸强度（MPa）GB/T 1040-2006625557悬臂梁缺口冲击强度（MPa）GB/T 1843-2008474446热变形温度（℃）GB/T 1634.2-200493.390.291.5氧指数%GB 2406-9322.531.833.2燃烧性能（1.5mm）UL 94V-1V-0V-0