CN109666277B - 一种纤维增强消光阻燃pc/abs合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金及其制备方法，纤维增强消光阻燃PC/ABS合金包括如下重量份的组份：PC树脂40‑50份，ABS树脂20‑30份，DOPO基氮磷阻燃剂10‑15份，kevlar短切纤维5‑10份，硅酸钙粉体15‑30份，二氧化硅消光粉3‑6份，增韧剂3‑8份，超支化树脂0.5‑1份，抗氧剂0.2‑1份。本发明的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的力学性能好，无浮纤现象，阻燃效果好，阻燃等级达到V0级，且光泽度低，具有明显的亚光效果。

Description

一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金及其制备方法，属于塑料合金技术领域。
背景技术
随着我国经济的持续高速发展，近几年我国塑料合金市场需求潜力巨大，尤其是电子通讯、汽车、建筑业的高速增长，将拉动我国工程塑料合金业快速发展。但是，我国塑料合金研究和生产两方面都还处于零星分散的状态，尚未形成规模，行业整体水平低下，与国外先进水平相差甚远。我国塑料合金研发和加工工艺水平有待提高。
PC和ABS熔融共混得到的PC/ABS塑料合金在性能上可形成互补，该塑料合金同时具有PC和ABS两者的优良性能，如耐热性、冲击强度、拉伸强度优于ABS，且熔体粘度比PC低，加工性能比PC好，制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性都大大降低，减少PC应力开裂状况，降低生产成本。因此，PC/ABS塑料合金在汽车、机械、家电、计算机、通讯器材、办公设备等领域获得了广泛的应用。但是，PC/ABS塑料合金同时也受限于PC、ABS树脂两者的缺陷，其阻燃性能低于PC本身，因此必须通过阻燃改性才能保证其在电子电气、汽车等有阻燃要求领域的应用。
目前用量较多的PC和/或ABS树脂阻燃剂主要有卤系和锑系阻燃剂等，但这些阻燃剂存在价格昂贵、加工困难、污染性大等诸多问题，有的还会使树脂材料流动性差、颜色变差，其中工业上用量最多的溴系小分子阻燃剂，但由于其燃烧后产物对环境危害较大而具有争议。
另外，普通的PC/ABS塑料合金光泽度高，虽然给人带来良好的视觉感受，但也带来光污染的问题，随着人们对生活品质要求的提高以及环保理念的深入人心，亚光表面的制品已越来越受欢迎，因此，需要对PC/ABS塑料合金进行合适的改性，以使其表面呈现亚光效果。
再者，行业内广泛使用玻纤(GF)增强PC/ABS合金，但是由于GF的存在产品表面浮纤问题一直不能很好的控制，即使是采用蒸汽模的工艺条件，仍会出现浮纤现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有PC/ABS合金阻燃性能差、光泽度高、产品表面浮纤的技术问题，提供一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，包括如下重量份的组份：PC树脂40-50份，ABS树脂20-30份，DOPO基氮磷阻燃剂10-15份，kevlar短切纤维5-10份，硅酸钙粉体15-30份，二氧化硅消光粉3-6份，增韧剂3-8份，超支化树脂0.5-1份，抗氧剂0.2-1份；所述DOPO基氮磷阻燃剂的结构式如下：
Figure BDA0001873548450000021
其中，R1为氢原子，R2为氢原子，或者R1为氢原子，R2为羟基，或者R1为羟基，R2为氢原子。
优选地，所述PC树脂的熔融指数为10～25g/10min(300℃，1.2kg),所述ABS树脂的熔融指数为15～30g/10min(220℃，10kg)，所述PC树脂和ABS树脂的含水量不超过0.05wt％。
优选地，所述二氧化硅消光粉为经硅烷偶联剂或高分子量聚乙烯蜡表面处理的二氧化硅消光剂。
优选地，所述硅酸钙粉体为经硅烷偶联剂表面处理的硅酸钙粉体，所述硅烷偶联剂的通式为YSiX3,X为甲氧基或乙氧基,Y含有氨基或环氧基。
优选地，所述kevlar短切纤维的长度为1-3mm，直径不超过15μm。
优选地，所述超支化树脂为聚酯或聚酰胺型超支化树脂，优选为Hyper C100、Hyper HPN202和Hyper H40系列，所述Hyper H40系列包括Hyper H401、Hyper H402、HyperH403。
优选地，所述增韧剂为MBS类核-壳型抗冲改性剂。
优选地，所述抗氧剂由质量比为2∶3-3∶2的受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂共混而成。
优选地，所述受阻酚类抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯。
优选地，所述亚磷酸酯类抗氧剂为四(2,4-二叔丁基酚)4,4'-联苯二亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基)苯酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)中的一种或几种。
本发明还提供一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的制备方法，制备步骤如下：
将PC树脂、ABS树脂、DOPO基氮磷阻燃剂、kevlar短切纤维、硅酸钙粉体、二氧化硅消光粉、增韧剂、超支化树脂、抗氧剂共混均匀，得预混原料，然后将预混原料加入双螺杆挤出机中混炼、挤出、造粒，得纤维增强消光阻燃PC/ABS合金。
优选地，制备预混原料前，使用硅烷偶联剂对硅酸钙粉体进行表面处理，表面处理方法为：将硅酸钙粉体搅拌的同时雾化喷入硅烷偶联剂溶液，然后将所得的表面浸润有硅烷偶联剂的硅酸钙粉体烘干。
优选地，双螺杆挤出机的螺杆转速为300-600r/min，挤出温度为210-245℃。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种新型的PC/ABS合金，力学性能好，无浮纤现象，阻燃效果好，且光泽度低，具有明显的亚光效果；其制备方法简单易行，加工成型容易，成本低廉，具体的有益效果如下：
(1)本发明的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金采用基氮磷阻燃剂，该阻燃剂无卤、无烟、无毒，热稳定性好，阻燃性能更好、更持久，有效提高了PC/ABS合金的阻燃性。
(2)本发明的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金加入Kevlar短切纤维，能够有效提高PC/ABS合金的强度、热稳定性和尺寸稳定性，且可以解决玻璃纤维填料造成的表面浮纤问题，而且可以使PC/ABS合金的熔体流动性较好。
(3)本发明选用的二氧化硅消光粉能够均匀地分布于PC/ABS合金基体之中，能够产生低光泽的亚光效果；硅酸钙粉体也会产生消光效果，还有利于二氧化硅消光粉的分散，二氧化硅消光粉与硅酸钙粉体的配合使用产生最佳的亚光效果，且硅酸钙粉体能够有效提高PC/ABS合金的强度和尺寸稳定性。
(4)本发明采用的超支化树脂具有高度支化结构(主链短、支链多),具有较大的分子量却不会与其他长分子链相互缠结，易于在大分子间运动，少量即可有效降低熔体粘度，又不易从固态的聚合物中析出，可以改善因Kevlar短切纤维与硅酸钙粉体加入后带来的熔体流动速率下降，并可减少纤维外露。
(5)本发明选用MBS类核-壳型抗冲改性剂作为增韧剂，MBS类核-壳型抗冲改性剂与基体树脂具有良好的相容性，十分有利于分散于基体之中，能够充分发挥其对PC/ABS合金的增韧效果。
(6)本发明选择受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂配合使用，复配的抗氧剂在抗氧化方面相互补充，可协同提高PC/ABS合金的热氧稳定性。
具体实施方式
现在对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，包括如下重量份的组份：PC树脂45份，ABS树脂25份，DOPO基氮磷阻燃剂12份，kevlar短切纤维7份，硅酸钙粉体20份，二氧化硅消光粉5份，增韧剂5份，超支化树脂0.7份，抗氧剂0.5份；所述DOPO基氮磷阻燃剂的结构式如下：
Figure BDA0001873548450000051
所述PC树脂的熔融指数为20g/10min(300℃，1.2kg),所述ABS树脂的熔融指数为20g/10min(220℃，10kg)，所述PC树脂和ABS树脂的含水量不超过0.05wt％；所述二氧化硅消光粉为德固赛二氧化硅消光粉OK412；所述硅酸钙粉体为经硅烷偶联剂表面处理的硅酸钙粉体，所述硅烷偶联剂的结构式为NH2(CH2)3Si(OC2H5)3；所述kevlar短切纤维的长度为1-3mm，直径不超过15μm；所述超支化树脂为Hyper C100；所述增韧剂为罗门哈斯EXL-2620；所述抗氧剂由质量比为1∶1的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和四(2,4-二叔丁基酚)4,4'-联苯二亚磷酸酯共混而成。
所述纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的制备方法如下：
将硅酸钙粉体以500r/min的速度搅拌混合的同时喷入雾化的偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的硅酸钙粉体在120℃下烘2小时，冷却至常温，即得改性硅酸钙粉体；
将PC树脂、ABS树脂、DOPO基氮磷阻燃剂、kevlar短切纤维、改性硅酸钙粉体、二氧化硅消光粉、增韧剂、超支化树脂、抗氧剂以600r/min的速度搅拌混合8分钟，得到预混原料；
将预混原料加入双螺杆挤出机中混炼、挤出、造粒，得阻燃哑光的ABS复合材料，双螺杆挤出机各段温度设置为：一区210℃、二区225℃、三区230℃、四区240℃、五区245℃、六区240℃、七区235℃、八区230℃、九区225℃、十区220℃、十一区215℃、机头240℃，螺杆转速为500r/min。
实施例2
本实施例提供一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，包括如下重量份的组份：PC树脂40份，ABS树脂20份，DOPO基氮磷阻燃剂10份，kevlar短切纤维5份，硅酸钙粉体15份，二氧化硅消光粉3份，增韧剂3份，超支化树脂0.5份，抗氧剂0.2份；所述DOPO基氮磷阻燃剂的结构式如下：
Figure BDA0001873548450000071
所述PC树脂的熔融指数为10g/10min(300℃，1.2kg),所述ABS树脂的熔融指数为15g/10min(220℃，10kg)，所述PC树脂和ABS树脂的含水量不超过0.05wt％；所述二氧化硅消光粉为德固赛二氧化硅消光粉OK520；所述硅酸钙粉体为经硅烷偶联剂表面处理的硅酸钙粉体，所述硅烷偶联剂的结构式为NH2(CH2)3Si(OC2H5)3；所述kevlar短切纤维的长度为1-3mm，直径不超过15μm；所述超支化树脂为Hyper HPN202；所述增韧剂为罗门哈斯EXL-2620；所述抗氧剂由质量比为1∶1的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯共混而成。
所述纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的制备方法如下：
将硅酸钙粉体以300r/min的速度搅拌混合的同时喷入雾化的偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的硅酸钙粉体在80℃下烘4小时，冷却至常温，即得改性硅酸钙粉体；
将PC树脂、ABS树脂、DOPO基氮磷阻燃剂、kevlar短切纤维、改性硅酸钙粉体、二氧化硅消光粉、增韧剂、超支化树脂、抗氧剂以800r/min的速度搅拌混合5分钟，得到预混原料；
将预混原料加入双螺杆挤出机中混炼、挤出、造粒，得阻燃哑光的ABS复合材料，双螺杆挤出机各段温度设置为：一区210℃、二区225℃、三区230℃、四区240℃、五区245℃、六区240℃、七区235℃、八区230℃、九区225℃、十区220℃、十一区215℃、机头240℃，螺杆转速为600r/min。
实施例3
本实施例提供一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，包括如下重量份的组份：PC树脂50份，ABS树脂30份，DOPO基氮磷阻燃剂15份，kevlar短切纤维10份，硅酸钙粉体30份，二氧化硅消光粉6份，增韧剂8份，超支化树脂1份，抗氧剂1份；所述DOPO基氮磷阻燃剂的结构式如下：
Figure BDA0001873548450000081
所述PC树脂的熔融指数为25g/10min(300℃，1.2kg),所述ABS树脂的熔融指数为30g/10min(220℃，10kg)，所述PC树脂和ABS树脂的含水量不超过0.05wt％；所述二氧化硅消光粉为东曹二氧化硅消光粉E-170；所述硅酸钙粉体为经硅烷偶联剂表面处理的硅酸钙粉体，所述硅烷偶联剂的结构为
Figure BDA0001873548450000082
所述kevlar短切纤维的长度为1-3mm，直径不超过15μm；所述超支化树脂为Hyper H40；所述增韧剂为罗门哈斯EXL-2690；所述抗氧剂由质量比为1∶1的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯共混而成。
所述纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的制备方法如下：
将硅酸钙粉体以600r/min的速度搅拌混合的同时喷入雾化的偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的硅酸钙粉体在100℃下烘3小时，冷却至常温，即得改性硅酸钙粉体；
将PC树脂、ABS树脂、DOPO基氮磷阻燃剂、kevlar短切纤维、改性硅酸钙粉体、二氧化硅消光粉、增韧剂、超支化树脂、抗氧剂以500r/min的速度搅拌混合10分钟，得到预混原料；
将预混原料加入双螺杆挤出机中混炼、挤出、造粒，得阻燃哑光的ABS复合材料，双螺杆挤出机各段温度设置为：一区210℃、二区225℃、三区230℃、四区240℃、五区245℃、六区240℃、七区235℃、八区230℃、九区225℃、十区220℃、十一区215℃、机头240℃，螺杆转速为300r/min。
实施例4
本实施例提供一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，包括如下重量份的组份：PC树脂50份，ABS树脂20份，DOPO基氮磷阻燃剂10份，kevlar短切纤维10份，硅酸钙粉体15份，二氧化硅消光粉6份，增韧剂3份，超支化树脂1份，抗氧剂0.2份；所述DOPO基氮磷阻燃剂的结构式如下：
Figure BDA0001873548450000091
所述PC树脂的熔融指数为15g/10min(300℃，1.2kg),所述ABS树脂的熔融指数为20g/10min(220℃，10kg)，所述PC树脂和ABS树脂的含水量不超过0.05wt％；所述二氧化硅消光粉为东曹二氧化硅消光粉E-1009；所述硅酸钙粉体为经硅烷偶联剂表面处理的硅酸钙粉体，所述硅烷偶联剂的结构式为NH2CH2Si(OCH3)3；所述kevlar短切纤维的长度为1-3mm，直径不超过15μm；所述超支化树脂为Hyper H401；所述增韧剂为罗门哈斯EXL-2620；所述抗氧剂由质量比为2∶3的4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯和4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)共混而成。
所述纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的制备方法如下：
将硅酸钙粉体以500r/min的速度搅拌混合的同时喷入雾化的偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的硅酸钙粉体在130℃下烘2小时，冷却至常温，即得改性硅酸钙粉体；
将PC树脂、ABS树脂、DOPO基氮磷阻燃剂、kevlar短切纤维、改性硅酸钙粉体、二氧化硅消光粉、增韧剂、超支化树脂、抗氧剂以600r/min的速度搅拌混合8分钟，得到预混原料；
将预混原料加入双螺杆挤出机中混炼、挤出、造粒，得阻燃哑光的ABS复合材料，双螺杆挤出机各段温度设置为：一区210℃、二区225℃、三区230℃、四区240℃、五区245℃、六区240℃、七区235℃、八区230℃、九区225℃、十区220℃、十一区215℃、机头240℃，螺杆转速为400r/min。
实施例5
本实施例提供一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，包括如下重量份的组份：PC树脂40份，ABS树脂30份，DOPO基氮磷阻燃剂12份，kevlar短切纤维10份，硅酸钙粉体20份，二氧化硅消光粉5份，增韧剂8份，超支化树脂1份，抗氧剂0.5份；所述DOPO基氮磷阻燃剂的结构式如下：
Figure BDA0001873548450000111
所述PC树脂的熔融指数为20g/10min(300℃，1.2kg),所述ABS树脂的熔融指数为20g/10min(220℃，10kg)，所述PC树脂和ABS树脂的含水量不超过0.05wt％；所述二氧化硅消光粉为东曹二氧化硅消光粉E-1009；所述硅酸钙粉体为经硅烷偶联剂表面处理的硅酸钙粉体，所述硅烷偶联剂的结构式为
Figure BDA0001873548450000112
所述kevlar短切纤维的长度为1-3mm，直径不超过15μm；所述超支化树脂为Hyper H403；所述增韧剂为罗门哈斯EXL-2690；所述抗氧剂由质量比为3∶2的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基)苯酯共混而成。
所述纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的制备方法如下：
将硅酸钙粉体以500r/min的速度搅拌混合的同时喷入雾化的偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的硅酸钙粉体在120℃下烘2小时，冷却至常温，即得改性硅酸钙粉体；
将PC树脂、ABS树脂、DOPO基氮磷阻燃剂、kevlar短切纤维、改性硅酸钙粉体、二氧化硅消光粉、增韧剂、超支化树脂、抗氧剂以600r/min的速度搅拌混合8分钟，得到预混原料；
将预混原料加入双螺杆挤出机中混炼、挤出、造粒，得阻燃哑光的ABS复合材料，双螺杆挤出机各段温度设置为：一区210℃、二区225℃、三区230℃、四区240℃、五区245℃、六区240℃、七区235℃、八区230℃、九区225℃、十区220℃、十一区215℃、机头240℃，螺杆转速为600r/min。
将实施例1-5的产品性能进行测试，以标准ISO 527测试产品的拉伸强度，以标准ISO 178测试产品的弯曲强度，以标准ISO 179～1eA测试产品的缺口冲击强度，以标准UL94测试产品的阻燃等级，采用60°光泽度仪按照标准GB/T 8807测试产品的光泽度。实施例1-5的产品性能测试结果如表1所示。
表1实施例1-5的产品性能测试结果
Figure BDA0001873548450000121
通过实施例1-5的产品性能测试结果对比可以看出：纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的力学性能好，无浮纤现象，阻燃效果好，阻燃等级达到V0级，且光泽度低，具有明显的亚光效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，其特征在于，包括如下重量份的组份：PC树脂40-50份，ABS树脂20-30份，DOPO基氮磷阻燃剂10-15份，kevlar短切纤维5-10份，硅酸钙粉体15-30份，二氧化硅消光粉3-6份，MBS类核-壳型抗冲改性剂3-8份，聚酰胺型超支化树脂0.5-1份，抗氧剂0.2-1份；所述DOPO基氮磷阻燃剂的结构式如下：
Figure FDA0003228584490000011
其中，R1为氢原子，R2为氢原子，或者R1为氢原子，R2为羟基，或者R1为羟基，R2为氢原子；所述硅酸钙粉体为经硅烷偶联剂表面处理的硅酸钙粉体。
2.根据权利要求1所述的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，其特征在于，所述PC树脂的熔融指数为10～25g/10min,所述ABS树脂的熔融指数为15～30g/10min，所述PC树脂和ABS树脂的含水量不超过0.05wt％。
3.根据权利要求1或2所述的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，其特征在于，所述二氧化硅消光粉为经硅烷偶联剂或高分子量聚乙烯蜡表面处理的二氧化硅消光粉。
4.根据权利要求1或2所述的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，其特征在于，所述硅烷偶联剂的通式为YSiX3,X为甲氧基或乙氧基,Y含有氨基或环氧基。
5.根据权利要求1或2所述的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，其特征在于，所述kevlar短切纤维的长度为1-3mm，直径不超过15μm。
6.根据权利要求1或2所述的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，其特征在于，所述抗氧剂由质量比为2∶3-3∶2的受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂共混而成，所述受阻酚类抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯，所述亚磷酸酯类抗氧剂为四(2,4-二叔丁基酚)4,4'-联苯二亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基)苯酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)中的一种或几种。
7.一种权利要求1-6任一项所述的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：将PC树脂、ABS树脂、DOPO基氮磷阻燃剂、kevlar短切纤维、硅酸钙粉体、二氧化硅消光粉、MBS类核-壳型抗冲改性剂、聚酰胺型超支化树脂、抗氧剂共混均匀，得预混原料，然后将预混原料加入双螺杆挤出机中混炼、挤出、造粒，得纤维增强消光阻燃PC/ABS合金，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300-600r/min，挤出温度为210-245℃。
8.根据权利要求7所述的纤维增强消光阻燃PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，制备预混原料前，使用硅烷偶联剂对硅酸钙粉体进行表面处理，表面处理方法为：将硅酸钙粉体搅拌的同时雾化喷入硅烷偶联剂溶液，然后将所得的表面浸润有硅烷偶联剂的硅酸钙粉体烘干。
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