CN102532826A - 一种低成本阻燃玻纤增强pbt工程塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其按质量百分含量由以下组分组成：PBT：40～65％；PET：5～15％；溴系阻燃剂：9～17％；含锑阻燃协效剂：1～5％；硅酸盐：1～5％；增韧剂：3～8％；抗氧剂：0.2～0.6％；成核剂：1～2％；玻璃纤维：10～40％；加工助剂：0.3～1％。其阻燃体系是由环保溴系阻燃剂、阻燃协效剂和硅酸盐组成，其中硅酸盐可以替代部分含锑阻燃协效剂，其与含锑阻燃协效剂一起组成混合协效剂。硅酸盐的成本较低，同时还具有抑烟的作用。本发明提供的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料的制备方法，工艺简单、成本低、效率高。

Description

一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料中工程塑料改性技术领域，尤其涉及一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，是一种综合性能优良的工程塑料，具有较好的机械强度、耐磨性、自润滑性、熔体流动性、耐侯性等优点。为了满足PBT材料高强度、高耐热性、高刚性、高阻燃性的要求，人们对PBT材料进行了阻燃增强改性，阻燃增强PBT工程塑料被广泛应用于许多领域，如在电子电气方面，用作接插件、开关、继电器、节能灯灯座、线圈骨架、电机外壳等；在汽车工业方面，用作配电盘、点火线圈架、齿轮、泵壳等。但是，在提高PBT材料阻燃性的同时，也提高了PBT材料本身的成本。随着世界经济的发展，人类的环保意识逐步提高，在低成本的前提下，对汽车、电子、电器设备材料的环保友好性要求也日益严格。
目前，国内外的溴系阻燃玻纤增强PBT工程塑料，大多使用的阻燃体系是含溴的阻燃剂和含锑的阻燃协效剂。含锑的协效剂主要有三氧化二锑(Sb203)或锑酸钠。但是，以Sb203或锑酸钠为协效剂的阻燃体系，一方面，阻燃材料的成本较高；另一方面，阻燃材料的发烟量较大，对人类的生存环境造成了极其严重的影响。
有鉴于此，提供低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料及其制备方法成为必要。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其按质量百分含量由以下组分组成：PBT：40～65％；PET：5～15％；溴系阻燃剂：9～17％；含锑阻燃协效剂：1～5％；硅酸盐：1～5％；增韧剂：3～8％；抗氧剂：0.2～0.6％；成核剂：1～2％；玻璃纤维：10～40％；加工助剂：0.3～1％。
进一步地，所述PBT为中高等粘度的树脂；所述PET为中高等粘度的树脂。
进一步地，所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷或溴化环氧树脂。
进一步地，所述含锑阻燃协效剂为三氧化二锑或锑酸钠中或复配在一起的三氧化二锑和锑酸钠；所述硅酸盐可以为硅酸铝或硅酸镁或复配在一起的硅酸铝和硅酸镁。
进一步地，所述增韧剂为乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(E-MA-GMA)或复配在一起的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(E-MA-GMA)。
进一步地，所述抗氧剂由主抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和辅助抗氧剂亚磷酸三(2·4-二叔丁基苯基)酯混合而成。
进一步地，所述成核剂为无机纳米滑石粉。
进一步地，所述玻璃纤维为无碱长纤，其直径为：9～14μm。
进一步地，所述加工助剂为硅酮粉或季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)或复配在一起的硅酮粉和季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)。
本发明还提供了一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料的制备方法，其包括如下步骤：
a、按权利要求1所述的质量百分含量称取各组分，并将称取的PBT、PET在100～120℃温度下干燥时间6小时以上，将其它组分在60～80℃温度下干燥2小时以上；
b、将干燥后的PBT、PET、溴系阻燃剂、含锑阻燃协效剂、硅酸盐、成核剂、增韧剂、抗氧剂及加工助剂在高速混合机中混合均匀，搅拌为10～15分钟；
c、将步骤b混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，将玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经高温挤出机熔融共混挤出、冷却、风干、造粒；
其中，该双螺杆挤出机的各加温区温度分别设置为：一区温度：200～220℃；二区温度：210～230℃；三区温度：220～240℃；四区温度：230～250℃；五区温度：240～260℃；六区温度：240～255℃；七区温度：230～245℃；八区温度：220～240℃；机头温度：210～230℃；螺杆转速为200～400转/分钟。
本发明提供的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其阻燃体系是由环保溴系阻燃剂、阻燃协效剂和硅酸盐组成，其中硅酸盐可以替代部分含锑阻燃协效剂，其与含锑阻燃协效剂一起组成混合协效剂。硅酸盐的成本较低，同时还具有抑烟的作用，可以替代30％～50％的含锑化合物作为阻燃协效剂。该发明提供的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，完全可以替代全部含锑化合物协效阻燃增强PBT材料，具有低成本、高性能、高效阻燃性等优点。本发明提供的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料的制备方法，工艺简单、成本低、效率高。
具体实施方式
本发明提供的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其按质量百分含量由以下组分组成：PBT：40～65％；PET：5～15％；溴系阻燃剂：9～17％；含锑阻燃协效剂：1～5％；硅酸盐：1～5％；增韧剂：3～8％；抗氧剂：0.2～0.6％；成核剂：1～2％；玻璃纤维：10～40％；加工助剂：0.3～1％。
本发明采用硅酸盐部分替代含锑化合物协效阻燃玻纤增强PBT，一方面减少含锑协效剂的用量，降低成本。另一方面硅酸盐的加入还有抑烟作用，同时对材料的性能影响很小。从而使得本发明的PBT材料有较好的性能和阻燃抑烟效果。
其中，PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)和PET(聚对苯二甲酸乙二酯)均为中高等粘度的树脂。
溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷或溴化环氧树脂。即，溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷或溴化聚苯乙烯中的一种。
含锑阻燃协效剂为三氧化二锑或锑酸钠中或复配在一起的三氧化二锑和锑酸钠；所述硅酸盐可以为硅酸铝或硅酸镁或复配在一起的硅酸铝和硅酸镁。即，含锑阻燃协效剂可以为三氧化二锑、锑酸钠中的一种或两种。硅酸盐可以为硅酸铝或硅酸镁或复配在一起的硅酸铝和硅酸镁，即，部分替代含锑协效剂的硅酸盐可以为硅酸铝，硅酸镁中的一种或两种。
本发明提供的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料中的阻燃体系是由环保溴系阻燃剂、含锑和硅酸盐的协效剂组成。硅酸盐的成本较低，同时还具有抑烟的作用，可以替代30％～60％的含锑化合物作为阻燃协效剂。该低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，完全可以替代全部含锑化合物协效阻燃增强PBT材料，具有低成本、高性能、高效阻燃性等优点。
增韧剂为乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(E-MA-GMA)或复配在一起的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(E-MA-GMA)。即，增韧剂可以为为乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(E-MA-GMA)中的一种或两种。
抗氧剂由主抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和辅助抗氧剂亚磷酸三(2·4-二叔丁基苯基)酯混合而成。
成核剂为无机纳米滑石粉。
玻璃纤维为无碱长纤，其直径为：9～14μm。
加工助剂为硅酮粉或季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)或复配在一起的硅酮粉和季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)。即，加工助剂可以为硅酮粉和季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)中的一种或两种，可以大幅度提高产品的流动性、加工性、表面光泽度。
本发明采用部分硅酸盐替代含锑化合物阻燃协效剂与PBT及其它助剂熔融共混制得的阻燃玻纤增强PBT材料，在保持PBT材料性能的同时，能有效地降低PBT材料的成本，而且材料又含有环保溴系阻燃剂、含锑及硅酸盐阻燃协效剂，在材料的燃烧过程中，硅酸盐在材料的表面形成一种碳化硅酸盐结构，覆盖在未燃材料的上面，使受热分解的易燃气体难以逸出，起了隔热、分离、抑烟的作用，可以降低PBT材料燃烧时的发烟量。因此，本发明的低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，是一种低成本，低发烟量，高性能的材料。可以被广泛应用于电子、电器、汽车材料等领域。
本发明还提供了一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料的制备方法，其包括如下步骤：
a、按权利要求1所述的质量百分含量称取各组分，并将称取的PBT、PET在100～120℃温度下干燥时间6小时以上，将其它组分在60～80℃温度下干燥2小时以上；
b、将干燥后的PBT、PET、溴系阻燃剂、含锑阻燃协效剂、硅酸盐、成核剂、增韧剂、抗氧剂及加工助剂在高速混合机中混合均匀，搅拌为10～15分钟；
c、将步骤b混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，将玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经高温挤出机熔融共混挤出、冷却、风干、造粒；
其中，该双螺杆挤出机的各加温区温度分别设置为：一区温度：200～220℃；二区温度：210～230℃；三区温度：220～240℃；四区温度：230～250℃；五区温度：240～260℃；六区温度：240～255℃；七区温度：230～245℃；八区温度：220～240℃；机头温度：210～230℃；螺杆转速为200～400转/分钟。
下面结合实施例对本发明做一详细的阐述。其中在下述各个实施例中，主抗氧化剂和辅助抗氧剂分别为瑞士汽巴产的Irganox 1010和168；成核剂为高目数的滑石粉；加工助剂为硅酮粉和PETS混合物；阻燃剂为溴化环氧树脂；含锑阻燃协效剂为锑酸钠，部分替代锑酸钠的硅酸盐协效剂为硅酸铝；增韧剂为乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMA)。
实施例1
将PBT、PET在120℃下干燥6小时，其余的助剂在70℃下干燥3小时。称取PBT 53.9kg，PET 8kg，溴化环氧树脂11kg，锑酸钠1.5kg，硅酸铝4.0kg，增韧剂5kg，成核剂0.5kg，抗氧剂0.5kg(其中主抗氧剂10100.2kg、辅助抗氧剂1680.3kg)，润滑剂0.6kg(其中硅酮粉0.4，PETS 0.2)；然后在高速混合机中搅拌10min。再将混匀后的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，控制各段温度在：一区：220℃；二区：225℃；三区：230℃；四区：240℃；五区：250℃；六区：245℃；七区：240℃；八区：235℃；机头温度：230℃，螺杆转速350r/min，将15kg玻璃纤维从双螺杆中段的喂料口加入，经熔融共混挤出、水冷、风干、切粒、烘干，最后包装成袋即低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料。
实施例2
将PBT、PET在120℃下干燥6小时，其余的助剂在70℃下干燥3小时。称取PBT 49.4kg，PET 8kg，溴化环氧树脂11kg，锑酸钠1kg，硅酸铝4kg，增韧剂5kg，成核剂0.5kg，抗氧剂0.5kg(其中主抗氧剂10100.2kg、辅抗氧剂1680.3kg)，润滑剂0.6kg(其中硅酮粉0.4，PETS 0.2)；然后在高速混合机中搅拌10min。再将混匀后的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，控制各段温度在：一区：220℃；二区：225℃；三区：230℃；四区：240℃；五区：250℃；六区：245℃；七区：240℃；八区：235℃；机头温度：230℃，螺杆转速350r/min，将20kg玻璃纤维从双螺杆中段的喂料口加入，经熔融共混挤出、水冷、风干、切粒、烘干，最后包装成袋即低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料。
实施例3
将PBT、PET在120℃下干燥6小时，其余的助剂在70℃下干燥3小时。称取PBT 41.9kg，PET 8kg，溴化环氧树脂10kg，锑酸钠1.5kg，硅酸铝3kg增韧剂4kg，成核剂0.5kg，抗氧剂0.5kg(其中主抗氧剂10100.2kg、辅抗氧剂1680.3kg)，润滑剂0.6kg(其中硅酮粉0.4，PETS 0.2)；然后在高速混合机中搅拌10min。再将混匀后的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，控制各段温度在：一区：220℃；二区：225℃；三区：230℃；四区：240℃；五区：250℃；六区：245℃；七区：240℃；八区：235℃；机头温度：230℃，螺杆转速350r/min，将30kg玻璃纤维从双螺杆中段的喂料口加入，经熔融共混挤出、水冷、风干、切粒、烘干，最后包装成袋即低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料。
实施例4
将PBT、PET在120℃下干燥6小时，其余的助剂在70℃下干燥3小时。称取PBT 33.4kg，PET 8kg，溴化环氧树脂9kg，锑酸钠1kg，硅酸铝3.0kg，相容剂4kg，成核剂0.5kg，抗氧剂0.5kg(其中主抗氧剂10100.2kg、辅抗氧剂1680.3kg)，润滑剂0.6kg(其中硅酮粉0.4，PETS 0.2)；然后在高速混合机中搅拌10min。再将混匀后的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，控制各段温度在：一区：220℃；二区：225℃；三区：230℃；四区：240℃；五区：250℃；六区：245℃；七区：240℃；八区：235℃；机头温度：230℃，螺杆转速350r/min，将40kg玻璃纤维从双螺杆中段的喂料口加入，经熔融共混挤出、水冷、风干、切粒、烘干，最后包装成袋即低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料。
将实施例1至4的阻燃增强PBT工程塑料注塑成标准试样，测试性能如下表所示：
Figure BSA00000638079500071
由上表可知，以硅酸铝与锑酸钠组成混合阻燃协效剂与PBT及其它助剂熔融共混制得的阻燃玻纤增强PBT材料，能保持PBT材料性能，并且其阻燃性能达到V0，其满足电子、电器、汽车材料等领域的环保要求，可以被广泛应用于电子、电器、汽车材料等领域。
以上所揭示的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其特征在于：其按质量百分含量由以下组分组成：
PBT               40～65％；
PET               5～15％；
溴系阻燃剂        9～17％；
含锑阻燃协效剂    1～5％；
硅酸盐            1～5％；
增韧剂            3～8％；
抗氧剂            0.2～0.6％；
成核剂            1～2％；
玻璃纤维          10～40％；
加工助剂          0.3～1％。
2.根据权利要求1所述的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其特征在于：所述PBT为中高等粘度的树脂；所述PET为中高等粘度的树脂。
3.根据权利要求1所述的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其特征在于：所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷或溴化环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其特征在于：所述含锑阻燃协效剂为三氧化二锑或锑酸钠中或复配在一起的三氧化二锑和锑酸钠；
所述硅酸盐可以为硅酸铝或硅酸镁或复配在一起的硅酸铝和硅酸镁。
5.根据权利要求1所述的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(E-MA-GMA)或复配在一起的乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(E-MA-GMA)。
6.根据权利要求1所述的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其特征在于：所述抗氧剂由主抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和辅助抗氧剂亚磷酸三(2·4-二叔丁基苯基)酯混合而成。
7.根据权利要求1所述的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其特征在于：所述成核剂为无机纳米滑石粉。
8.根据权利要求1所述的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其特征在于：所述玻璃纤维为无碱长纤，其直径为：9～14μm。
9.根据权利要求1所述的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料，其特征在于：所述加工助剂为硅酮粉或季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)或复配在一起的硅酮粉和季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)。
10.一种如权利要求1所述的一种低成本阻燃玻纤增强PBT工程塑料的制备方法，其包括如下步骤：
a、按权利要求1所述的质量百分含量称取各组分，并将称取的PBT、PET在100～120℃温度下干燥时间6小时以上，将其它组分在60～80℃温度下干燥2小时以上；
b、将干燥后的PBT、PET、溴系阻燃剂、含锑阻燃协效剂、硅酸盐、成核剂、增韧剂、抗氧剂及加工助剂在高速混合机中混合均匀，搅拌为10～15分钟；
c、将步骤b混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，将玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经高温挤出机熔融共混挤出、冷却、风干、造粒；
其中，该双螺杆挤出机的各加温区温度分别设置为：一区温度：200～220℃；二区温度：210～230℃；三区温度：220～240℃；四区温度：230～250℃；五区温度：240～260℃；六区温度：240～255℃；七区温度：230～245℃；八区温度：220～240℃；机头温度：210～230℃；螺杆转速为200～400转/分钟。
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