CN111117183A - 一种抗静电、低烟、无卤阻燃pc/abs共混材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗静电、低烟、无卤阻燃pc/abs共混材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS共混材料及其制备方法，具体由以下重量份的原料组成：PC树脂40～70份，ABS树脂5～20份，芳香族多聚磷酸酯复配型阻燃剂5～20份，功能化碳纳米管0.5～5份，偶联剂0.5‑1份，抗氧剂0.5‑1份。通过本发明的技术方案得到的PC/ABS合金材料阻燃性能优良，碳纳米管的加入，使合金材料获得了优异的长期抗静电效果，表面电阻率可以达到103‑1012Ω；采用无卤芳香族多聚磷酸酯复配型阻燃剂，协同改善了阻燃PC/ABS的氧指数和烟密度，可应用于客车内饰材料。本发明制备的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金材料具有永久抗静电性、低成本、高力学性能及稳定的阻燃性，而且生产工艺简单，可广泛应用于大规模生产。

Description

一种抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS共混材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料及其制备方法。
背景技术
PC/ABS合金材料是一种包含了多个组分的聚合物复合材料，其利用了PC与ABS两者之间具有一定的结构相容性，通过两者之间的组分比例调整，从而可以获得不同性能指标的一系列PC/ABS复合材料。PC/ABS作为一种两相的合金共混材料，有着良好的物理性能、高流动性和高绝缘性，被广泛用于汽车工业、电子电器、电动工具等领域。
近年来，随着人们对防火安全意识的提高，阻燃聚合物材料逐步成为开发的热点。虽然PC本身具有一定的阻燃性，但是和ABS混合后，阻燃性能严重下降。一般地，聚合物材料的阻燃化是在树脂基体中添加少量的阻燃剂来实现的，随着环保的要求越来越高，无卤阻燃PC/ABS合金材料得到快速发展，尤其是用于客车内饰阻燃材料，具有氧指数高、烟密度低、阻燃性能良好的优势。然而，由于PC/ABS的高绝缘性，当用于电连接器，或与其他材质物品摩擦会导致PC/ABS塑胶带有静电，进而造成静电蓄积和信号干扰，这都不利于PC/ABS材料在车载电器外壳或信号接头等领域应用。
为了使PC/ABS达到抗静电效果，往往加入抗静电或导电材料，如炭黑、碳纤维等，然而，炭黑的添加量大，会导致材料的流动性降低，影响加工性能，而且炭黑对阻燃效果也有负面影响；虽然少量的碳纤维添加就可以获得良好的抗静电效果，但是制件外观浮纤较为明显，不易制备外观制件。
碳纳米管属于一维纳米材料，长径比大、比强度高、韧性好，同时具有优良的电导率，作为增强和导电填料可以广泛应用于高分子聚合物中。然而，碳纳米管表面的化学惰性导致了其在树脂基体中具有很差的分散性，容易在基体中团聚，导致导电效果较差。因此，将功能化的碳纳米管加入PC/ABS共混体系内，可以改善碳纳米管在树脂体系内的分散程度，也实现了持久抗静电、导电的效果，所获得抗静电、无卤阻燃PC/ABS可广泛应用于汽车工业、电子电器等领域。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料，包括以下重量份的原料：
Figure BDA0002315040760000021
进一步地，所述的聚碳酸酯(PC)树脂，在260℃、5Kg的测试条件下，其熔融指数为5～30g/10min，缺口冲击强度≥50kJ/m2。
进一步地，所述的苯乙烯-丁二烯-丙烯腈(ABS)树脂在220℃、10Kg的测试条件下，其熔融指数为3～20g/10min，丁二烯含量≤18％。
进一步地，所述的阻燃剂为环保的无卤芳香族多聚磷酸酯，并兼具抑烟的效果，该阻燃剂为固体或液体的磷酸酯类的RDP、BDP、TPP、HPCTP的一种或几种复配体系。
进一步地，所述的碳纳米管为表面功能化的酯基碳纳米管、氨基碳纳米管、羟基碳纳米管、羧基碳纳米管等的一种或几种。
进一步地，所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
本发明的第二目的在于提供一种制备权利要求1所述的抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)按所述的重量百分比称取烘干后的原料，将除功能化的碳纳米管外的其他组分在高速混料机中干混3-5min，使其混合均匀。
(2)将上述混合原料和功能化碳纳米管分别置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等一系列工序后，获得所述的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金，其中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，螺杆转速为200-300rpm/min，挤出机各段温度在200-250℃之间。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)基于常规碳纳米管表面的官能团较少，与树脂基体的结合力比较弱，导致其在树脂体系中分散不均的特性问题，有选择性地采用了表面功能化的多壁碳纳米管，功能化的碳纳米管与树脂基体的相容性提高，改善了碳纳米管在树脂体系的分散程度，从而提高了抗静电的均匀性，同时，碳纳米管作为增强单元也提高了材料的力学性能。
(2)采用磷含量较高的芳香族磷酸酯阻燃剂复配体系，磷酸酯中的酯基与功能化尤其是酯基化的碳纳米管具有较强的相互作用，使阻燃剂也能够均匀分散于树脂基体，能够达到V0级阻燃，同时充分发挥阻燃剂的协效作用，可以获得高氧指数、低烟密度的阻燃PC/ABS材料。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式对本发明做进一步的说明，所述实施例仅用于说明本发明而不是对本发明的限制。
本发明实施例所用原料：
PC:高分子量长链聚碳酸酯，日本三菱化学株式会社，熔融指数MFR为5g/10min(260℃、5Kg)，缺口冲击强度58kJ/m2。
ABS：常规级ABS，中石化上海高桥石化，熔融指数MFR为15g/10min(220℃、10Kg)，有效丁二烯含量为27％。
阻燃剂：HPTCP，江苏雅克科技，有效磷含量：15-20％。
阻燃剂：PX220，浙江万盛化工，有效磷含量10-15％。
阻燃剂：TPP，浙江万盛化工，有效磷含量10-15％。
碳纳米管：直径20±5nm，长度为4μm，成都有机化学有限公司
功能化碳纳米管：自制
产品性能测试：
拉伸性能：按ISO527-2标准进行，测试速率为50mm/min。
弯曲性能：按IS178标准进行，跨距为64mm，测试速率为2mm/min。
缺口冲击性能：按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行，样条缺口为A型，在常温(23℃)下进行测试。
阻燃性能：按UL94垂直燃烧的标准测试方法，在德瑞克DRK-310水平垂直燃烧测试仪中进行测试，测试样条厚度为1.6mm。
氧指数：按GB/T2406的标准方法进行测试；
烟密度：按GB/T8627的标准方法进行测试
表面电阻：按IEC 60093标准测试，23℃。
实施例1
按表1中所述实施例1的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、阻燃剂、偶联剂、抗氧剂在高速混料机中搅拌3-5min，并经烘箱干燥，得到混合原料。
将上述混合原料和功能化碳纳米管分别置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等一系列工序后，获得所述的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金，其中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，螺杆转速为200-300rpm/min，挤出机各段温度在200-250℃之间。
实施例2
按表1中所述实施例1的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、阻燃剂、偶联剂、抗氧剂在高速混料机中搅拌3-5min，并经烘箱干燥，得到混合原料。
将上述混合原料和功能化碳纳米管分别置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等一系列工序后，获得所述的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金，其中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，螺杆转速为200-300rpm/min，挤出机各段温度在200-250℃之间。
实施例3
按表1中所述实施例1的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、阻燃剂、偶联剂、抗氧剂在高速混料机中搅拌3-5min，并经烘箱干燥，得到混合原料。
将上述混合原料和功能化碳纳米管分别置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等一系列工序后，获得所述的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金，其中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，螺杆转速为200-300rpm/min，挤出机各段温度在200-250℃之间。
实施例4
按表1中所述实施例1的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、阻燃剂、偶联剂、抗氧剂在高速混料机中搅拌3-5min，并经烘箱干燥，得到混合原料。
将上述混合原料和功能化碳纳米管分别置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等一系列工序后，获得所述的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金，其中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，螺杆转速为200-300rpm/min，挤出机各段温度在200-250℃之间。
实施例5
按表1中所述实施例1的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、阻燃剂、偶联剂、抗氧剂在高速混料机中搅拌3-5min，并经烘箱干燥，得到混合原料。
将上述混合原料和功能化碳纳米管分别置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等一系列工序后，获得所述的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金，其中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，螺杆转速为200-300rpm/min，挤出机各段温度在200-250℃之间。
实施例6
按表1中所述实施例1的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、阻燃剂、偶联剂、抗氧剂在高速混料机中搅拌3-5min，并经烘箱干燥，得到混合原料。
将上述混合原料和功能化碳纳米管分别置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等一系列工序后，获得所述的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金，其中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，螺杆转速为200-300rpm/min，挤出机各段温度在200-250℃之间。
对比例1
按表1中所述对比例1的重量百分比称取PC树脂、ABS树脂、阻燃剂、偶联剂、抗氧剂在高速混料机中搅拌3-5min，并经烘箱干燥，得到混合原料。
将上述混合原料和炭黑分别置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等一系列工序后，获得所述的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金，其中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，螺杆转速为200-300rpm/min，挤出机各段温度在200-250℃之间。
表1抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS共混材料的配方表(单位：％)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 对比例1
PC 80 79 77 78 78 78 64
ABS 10 10 10 8 8 8 10
PX220 3 3 3 3
HPCTP 3 3 8 3 3 3 8
TPP 3
酯基碳纳米管 1 2 2 5 5
氨基碳纳米管 5
炭黑 15
表2抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS共混材料的测试结果
Figure BDA0002315040760000061
从表2中各实施例1-6的材料性能测试数据来看，采用碳纳米管填充的PC/ABS都能达到1.6mmV0阻燃，氧指数和烟密度均符合客车内饰阻燃标准(GB/T38262-2019)，而且随着碳纳米管添加量的增加，材料的表面电阻逐渐下降。相比于对比例1而言，无论是在阻燃性还是力学性能，碳纳米管作为导电剂都比炭黑所制得导电复合材料的性能优越，即碳纳米管既可以作为导电、抗静电填料，也可以作为增强单元提高PC/ABS的力学性能。另外，酯基化的碳纳米管由于含有酯基官能团，与PC和磷酸酯阻燃剂的相容性更好，在树脂基体中分散更均匀，从而使实施例4的导电均匀性优于实施例5。因此，本发明采用功能化的碳纳米管作为导电助剂，既能获得导电均匀的阻燃PC/ABS合金材料，也能提高合金的力学性能，可广泛应用于车载电器及信号连接器等领域。

Claims (7)

1.一种抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：
Figure FDA0002315040750000011
2.根据权利要求1所述的一种抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的聚碳酸酯(PC)树脂，在260℃、5Kg的测试条件下，其熔融指数为5～30g/10min，缺口冲击强度≥50kJ/m2。
3.根据权利要求1所述的一种抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的苯乙烯-丁二烯-丙烯腈(ABS)树脂在220℃、10Kg的测试条件下，其熔融指数为3～20g/10min，丁二烯含量≤18％。
4.根据权利要求1所述的一种抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的阻燃剂为环保的无卤芳香族多聚磷酸酯，并兼具抑烟的效果，该阻燃剂为固体或液体的磷酸酯类的RDP、BDP、TPP、HPCTP的一种或几种复配体系。
5.根据权利要求1所述的一种抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的碳纳米管为表面功能化的酯基碳纳米管、氨基碳纳米管、羟基碳纳米管、羧基碳纳米管等的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
7.根据权利要求-6任意之一所述抗静电、低烟、无卤阻燃的PC/ABS共混材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按所述的重量百分比称取烘干后的原料，将除功能化的碳纳米管外的其他组分在高速混料机中干混3-5min，使其混合均匀。
(2)将上述混合原料和功能化碳纳米管分别置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料口和侧喂料口，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等一系列工序后，获得所述的抗静电、低烟、无卤阻燃PC/ABS合金，其中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，螺杆转速为200-300rpm/min，挤出机各段温度在200-250℃之间。
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