一种适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料及其制备方法。该材料按重量配比计由如下组分构成：PC 65～70％，阻燃剂10～14％，耐刮擦剂10～18％，增韧剂4～6％，抗滴落剂0.4～0.6％，主抗氧剂0.1～0.2％，辅抗氧剂0.3～0.4％，润滑剂0.5～0.6％，耐候剂0.3～0.5％。本发明以工程塑料PC为主体，添加无卤阻燃剂、增韧剂、耐刮擦剂、抗滴落剂、抗氧剂、耐候剂、润滑剂，通过双螺杆挤出机熔融共混，制得适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料。该材料具有价廉、质轻、耐刮擦、耐候性好、无卤阻燃、高灼热丝、力学性能优异等特点，实用性强。同时，材料的制备方法简单易行，可广泛用于工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于高分子功能复合材料领域，具体涉及一种适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料及其制备方法。

背景技术

随着网络信息技术的高速发展，平板电脑作为智能终端其用量逐年增加，同时也对其性能和外观提出了更高的要求。平板电脑的轻、薄、小型化、低成本、高安全性是未来发展的趋势，而这与其使用的外壳材料息息相关。

由于PC/ABS具有加工性能好，成本低等特点，因此现有商业化的平板电脑外壳多使用PC/ABS合金，但从所查专利文献来看，对耐刮擦及灼热丝性能的研究较少涉及，同时PC/ABS仍存在一些不足。

中国专利文件201310306556.9公布了一种电脑外壳用PC/ABS合金。其组成包括：聚碳酸酯70份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯15份、阻燃剂1～20份、抗应力开裂剂1～10份、增韧剂1～10份、流动剂0.1～5份。虽然该发明制得的PC/ABS合金具有优异的流动性、尺寸稳定性及阻燃性，但从公布的性能来看，材料的断裂伸长率较低，延展性差，容易导致打螺丝开裂及嵌卡部位断裂。同时由于ABS的加入，必然会使热变形温度降低、耐候性变差。

中国专利文件201010541575.6公布了一种笔记电脑外壳用PC/ABS合金。其组成包括：聚碳酸酯30～80份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯5～65份、相容剂5～15份、阻燃剂1～15份、填料3～20份、硬度改性剂1～10份、防滴落剂0.5～5份、助剂0～1份。该专利采用PMMA、超高分子量聚硅氧烷等作为硬度改性剂，同时复配云母、玻璃纤维等矿物填料，改善了材料表面硬度。但是由于添加的PMMA较脆，会降低材料的缺口冲击强度和断裂伸长率，而ABS则会导致材料热变形温度降低，耐候性变差，玻璃纤维和云母由于与PC相容性差，引起材料冲击性能和断裂伸长率降低，这与该专利公布的性能一致。

中国专利文件201010541575.6公布了一种无卤阻燃聚碳酸酯组合物及其制备方法。其通过在PC中添加高效复合无卤阻燃剂、丙烯酸酯类核-壳型抗冲改性剂、复合抗氧剂、润滑剂等组分，制备具有高抗冲强度、阻燃效率高、高热变形温度、流动性好和易成型等特点的PC复合材料。该专利并未对PC复合材料的耐刮性能和灼热丝性能展开研究，而这两项关键性能是本发明针对平板电脑外壳的应用要求侧重提出的研究重点。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料，该材料不仅满足平板电脑外壳PC各种加工要求和物理性能要求，还具有优异的阻燃性、耐热性、耐候性、耐刮擦性和灼热丝性能。

本发明的另一目的在于提供上述适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料，其组成按重量配比(％)计为：

优选的，所述PC为双酚A型聚碳酸酯，相对分子量17000～30000g/mol，其熔融指数为10～20g/10min，玻璃化温度140℃～150℃。

优选的，所述无卤阻燃剂为：磷酸三苯酯、低聚芳基磷酸酯、四苯基间苯二酚二磷酸酯、双酚A双(二苯基磷酸酯)和六苯氧基环三磷腈中至少一种。

优选的，所述耐刮擦剂为超细滑石粉，粒径为0.4～1.4μm。

优选的，所述增韧剂为马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物、有机硅-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。

优选的，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。

优选的，所述主抗氧剂和辅抗氧剂为：三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯、季戊四醇类十二硫代丙酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。所述辅抗氧剂最优选为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，所述主抗氧剂最优选为3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯。

优选的，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸脂、乙撑双脂肪酸酰胺、二硬脂酸乙烯胺中的至少一种。

优选的，所述耐候剂为2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)-苯并三唑、2-(2-羟基-5-辛苯基)-苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑、2,2'-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)、3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、2-[4,6-双(2,4-二甲苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚中的至少一种。所述耐候剂最优选为2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)-苯并三唑。

上述适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料的制备方法，包括如下步骤：

按比例称取原材料，混合均匀后加入到双螺杆挤出机加料斗中，经熔融挤出、水冷、风刀冷却干燥、造粒和均化，即得到适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度200～220℃，二区温度240～250℃，三区温度245～255℃，四区温度245～255℃，五区温度235～245℃，六区温度235～245℃，七区温度225～235℃，八区温度225～235℃，机头温度245～255℃；螺杆转速400～450r/min，真空度：≥600mmHg，冷却水温：40～60℃，烘干时间2～4h，烘干温度：70～120℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)以超细滑石粉为耐刮擦改性剂，滑石粉为片层结构，相邻的两层依靠范德华力结合。在外力作用时，相邻两层之间极易产生滑移或相互脱离，减少表面摩擦。同时滑石粉还具有一定的增强效果，能提高PC材料的表面硬度，从而提高耐刮擦性能。此外，滑石粉的添加能提高PC耐热性和促进PC成碳，对改善PC的阻燃及灼热丝性能有协同效果。

(2)所选用的滑石粉为高压气吹磨碎技术制备的超细滑石粉，较好的保持了滑石本身具有的层状结构，粒径适中，为0.4～1.4μm，比表面积大，分散性好，避免因粒径过细而导致团聚，或因粒径过大对PC材料机械性能产生较大的负面影响。

(3)以无卤、低烟、低毒环保的磷酸酯为阻燃剂，其阻燃机理是同时在凝聚相和气相发挥作用。一方面含磷有机化合物受热分解产生磷酸、偏磷酸、聚偏磷酸等，这类酸能催化含羟基化合物吸热脱水成炭反应，形成致密炭层；另一方面阻燃剂受热产生PO·自由基，可捕获H·、HO·自由基，从面抑制燃烧的链式反应。

本发明针对市场需求，在原材料和助剂的选择、加工工艺等方面进行改革创新，制备的适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料具有低成本、低密度、耐刮擦、耐候性好、高灼热丝、力学性能优异和高热变形温度等特点，同时具有优异的阻燃性和耐候性以保证电气安全和长期使用要求。此外，材料的制备方法简单易行，可广泛用于工业化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明提供适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料及其制备方法，其组成按重量配比为(％)：PC 65～70％，阻燃剂10～14％，耐刮擦剂10～18％，增韧剂4～6％，抗滴落剂0.4～0.6％，主抗氧剂0.1～0.2％，辅抗氧剂0.3～0.4％，润滑剂0.5～0.6％，耐候剂0.3～0.5％。

本发明实施例和对比例中用到的原料如下：

PC：SC-1100R，韩国三星(Samsung)公司；

ABS：8391，上海高桥石油化工有限公司；

阻燃剂：BDP(双酚A双(二苯基磷酸酯))、PX220(低聚芳基磷酸酯)、RDP(四苯基间苯二酚二磷酸酯)，浙江万盛股份有限公司；

耐刮擦剂：滑石粉HTP05，意大利依米法比(IMIFABI)公司；

增韧剂：GR216(马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物)，美国陶氏(DOW)公司；

抗滴落剂：SN3306(聚四氟乙烯)，广州熵能创新材料股份有限公司；

主抗氧剂：1076(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯)，瑞士汽巴(Ciba)公司；

辅抗氧剂：168(三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)，瑞士汽巴(Ciba)公司；

润滑剂：PETS(季戊四醇硬脂酸脂)，美国龙沙(Lonza)公司；

耐候剂：234(2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)-苯并三唑)，德国巴斯夫(BASF)公司。

在本发明中，按比例称取原材料，混合均匀后加入到双螺杆挤出机加料斗中，经熔融挤出、水冷、风刀冷却干燥、造粒和均化，即得到适用于平板电脑外壳用的高灼热丝耐刮擦PC材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度200～220℃，二区温度240～250℃，三区温度245～255℃，四区温度245～255℃，五区温度235～245℃，六区温度235～245℃，七区温度225～235℃，八区温度225～235℃，机头温度245～255℃；螺杆转速400～450r/min，真空度：≥600mmHg，冷却水温：40～60℃，烘干时间2～4h，烘干温度：70～120℃。

实施例1

按表1重量比称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度245℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度250℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。

实施例2

按表1重量比称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度245℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度250℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。

实施例3

按表1重量比称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度245℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度250℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。

实施例4

按表1重量比称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度245℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度250℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。

对比例1

按表3重量比称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度245℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度250℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。

对比例2

按表3重量比称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度245℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度250℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。

对比例3

按表3重量比称取原材料投入高速混合机中，在室温状态下高低速混合4min。将混合好的物料加入双螺杆挤出机料斗，经熔融共混，挤出造粒得到复合材料。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度245℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度230℃，八区温度230℃，机头温度250℃。螺杆转速400r/min，真空度：600mmHg，冷却水温：50℃，烘干时间2h，烘干温度：100℃。

性能测试：

屈服强度和断裂伸长率按GB/T 1040.2-2006中的规定进行测试，试验速度为50mm/min；

缺口冲击强度按GB/T 1843-2008中的规定进行测试，缺口类型为A型；

HDT按GB/T 1634.2-2004中的规定进行测试，负荷0.45MPa；

阻燃性按GB/T 2408-2008的规定进行，试验方法为B，试样厚度1.6mm；

GWIT按GB/T 5169.12-2006中的规定进行测试；

铅笔硬度按GB/T 6739-2006中的规定进行测试；

耐刮擦光泽保持率按PV3975-2010中的规定进行测试；

老化试验性能保持率按GB/T 16422.3中的规定进行测试，测试方法为A，测试条件如标准循环序号1所示，试验时间500h后测拉伸强度、弯曲强度、冲击强度保持率；

表1适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料的组成

组分实施例1(wt％)实施例2(wt％)实施例3(wt％)实施例4(wt％)SC-1100R70656567BDP141200PX22000100RDP00010HTP0510151815GR2164656SN33060.60.60.60.410760.10.10.20.21680.30.40.40.4PETS0.50.60.50.52340.50.30.30.5

表2适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料测试性能

项目单位实施例1实施例2实施例3实施例4屈服强度MPa63666462断裂伸长率％179170163158缺口冲击KJ/m²42454643HDT℃124123125127阻燃性/1.6mm V01.6mm V01.6mm V01.6mm V0GWIT℃850875875875铅笔硬度/HHHH耐刮擦光泽保持率％87909091老化试验性能保持率％≥70≥70≥70≥70

表3对比例PC材料的组成

组分对比例1(wt％)对比例2(wt％)对比例3(wt％)SC-1100R78.5784783910020BDP1400PX220000RDP0010HTP0501515GR216666SN33060.600.410760.10.10.21680.30.30.4PETS0.50.60.5234000.5

表4对比例PC材料测试性能

项目单位对比例1对比例2对比例3屈服强度MPa686560断裂伸长率％19016870缺口冲击KJ/m²454328HDT℃100128105阻燃性/1.6mm V01.6mm V21.6mmV1GWIT℃775700725铅笔硬度/HBHHB耐刮擦光泽保持率％559070老化试验性能保持率％≤70≤70≤70

对比例1与实施例1比较可以看出，采用滑石粉改性的PC材料的耐热性、耐刮擦性及灼热丝性能均有显著改善，HDT、GWIT、铅笔硬度及耐刮擦光泽保持率明显提高。

对比例2与实施例2、3、4比较可以看出，磷酸酯类阻燃剂可明显改善PC材料的阻燃性，同时对PC材料机械性能影响小。

对比例3与实施例4比较可以看出，PC材料各方面的性能优于PC/ABS合金，添加ABS后，材料的HDT、GWIT、铅笔硬度、耐刮擦光泽保持率、阻燃、耐候及伸长率均明显变差。

此外，单独添加磷酸酯类阻燃剂(对比例1)或者滑石粉(对比例2)对提高PC的灼热丝性能帮助不大，而二者复配GWIT高达875℃，主要因为添加滑石粉降低了树脂的含量，提高了材料的耐热性，同时磷酸酯类阻燃剂和滑石粉均能促进PC成碳，具有明显的协同效应，从而显著提高PC的灼热丝性能。

以上对本发明所提供的一种适用于平板电脑外壳的高灼热丝耐刮擦PC材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上进行修改或者等同替换，而不脱离发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。