CN104945876B - 一种低烟密度pc/abs高分子复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料及其制备方法。本发明采用PC、ABS作为基料，加入硅丙增韧剂、硼酸锌、ABS高胶粉、抗氧剂、润滑剂，获得一种烟密度低、机械性能较好，加工工艺简单PC/ABS高分子复合材料。该发明同样适用于无卤阻燃PC/ABS高分子复合材料；该制备方法是将各种原料经高速搅拌机中混合，再放入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒。PC/ABS高分子复合材料生产成本较低，市场前景较好，可用于汽车、高铁和家电领域，特别是校车的内饰件等场合。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料及其制备方法。
背景技术
按照国家标准GB24407-2012规定，校车内饰材料烟密度等级要求小于75.然而，通用的PC/ABS合金材料烟密度等级在80以上。如何降低PC/ABS合金材料的烟密度成了工程塑料领域研究的热点。
专利CN102863770A通过在PC/ABS合金中添加纳米水滑石，使制备的PC/ABS合金材料受热燃烧时，纳米水滑石组分的结合水合层羟基及层间离子能够以水和二氧化碳的形式脱出，起到阻燃和抑烟的作用，其烟密度等级显著降低，小于75，符合国家标准。
专利CN103013079A通过在PC/ABS合金材料中添加二甲基硅酮，使制备的PC/ABS合金材料受热燃烧时，二甲基硅酮组分能促进树脂成炭，阻碍挥发性可燃物的逸出，起到阻燃和抑烟的作用，其烟密度等级显著降低，小于75，符合国家标准。
专利CN103073864A公开了一种高冲击、低烟密度、无卤阻燃PC/ABS合金，由以下组分组成：PC、ABS、磷酸酯类阻燃剂、硅氧烷、硼酸锌、防滴剂、抗氧剂、润滑剂。该合金具有更低烟密度的同时，还具有优异的机械性能，且无卤环保，能够有效满足汽车、家电、建材等产品需要更低烟密度的需求。
专利CN19788528A公开了一种低烟阻燃PC/ABS合金板材专用料，该专利将磷酸三苯酯、十溴联苯醚，活化硼酸锌、马来酸酐接枝ABS、聚四氟乙烯粉加入到PC/ABS合金中，生产出低烟阻燃PC/ABS合金专用料。
但是目前没有能够制造出烟密度低、韧性和刚性的良好性能，其制备方法的加工工艺简单、制品成型精度高的低烟密度PC/ABS高分子复合材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料及其制备方法，该PC/ABS高分子复合材料具有烟密度低、韧性和刚性的良好性能，其制备方法的加工工艺简单、制品成型精度高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料，按重量分数计，其各组分配比如下：
PC 40～90%
ABS 0～50%
ABS高胶粉 3～10%
硅丙增韧剂 3-10%
硼酸锌 3-10%
磷酸酯阻燃剂 0～15%；
主抗氧剂 0.1～1%
辅抗氧剂 0.1～1%
润滑剂 0.1～1%
所述PC基础树脂为熔指为3-50的PC，优选熔指为10的PC。
所述ABS为乳液聚合物或本体聚合物，ABS中苯乙烯含量30～65%，丙烯腈含量20～35%，丁二烯含量10～50%。
所述ABS高胶粉为胶含量为50-75的ABS胶粉，优选为韩国锦湖公司的HRG 181.
所述硼酸锌是力拓公司的Firebrake ZB。
所述硅丙增韧剂是由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯及有机硅组成的核壳结构产品。
所述磷酸酯阻燃剂为RDP（间苯二酚双磷酸酯），BDP（双酚A双磷酸酯）和TPP（磷酸三苯酯）中的一种或几种。
所述主抗氧剂选用化学名称为四[β-(3，5-二特丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，商品名Irganox 1010，瑞士汽巴精化公司生产；辅抗氧剂选用三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯，商品名Irganox 168，瑞士汽巴精化公司生产；润滑剂选用马来西亚棕榈公司生产的EBS。
一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料的制备方法，其具有如下步骤：
（1）按重量百分比计， 将PC 40～90%、ABS 0～50%、ABS高胶粉3～10%、硅丙增韧剂3-10%、硼酸锌3-10%、 磷酸酯阻燃剂0-15%、抗氧剂1010 0.1～1%、抗氧剂168 0.1～1%和润滑剂0.1～1%精确称量后，在85～90℃预先干燥；
（2）将上述干燥后的物料加入高速混合机中干混1～4min，然后将混合物料加入双螺杆挤出机，混合物料在双螺杆挤出机上的十个区段的温度参数设定如下：一区温度200℃，二区温度250℃，三区温度250℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度250℃,八区温度250℃，九区温度250℃，十区温度250℃，机头250℃，主机转速为300转/分钟，经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却、干燥、切粒即得成品。
本发明中加入的硅丙增韧剂、硼酸锌，二者协同，可以大幅度降低PC/ABS高分子复合材料的烟密度，本发明无论是用于通用PC/ABS，还是无卤阻燃PC/ABS高分子复合材料，都能达到低烟密度的要求，满足校车、高铁对材料的要求。硼酸锌的加入，有利于解决材料的阴燃问题，使得PC/ABS高分子复合材料能够得到充分的燃烧，硅丙增韧剂的加入，有利于PC/ABS高分子复合材料的成炭，二者的结合，生产出低烟密度PC/ABS高分子复合材料。
本发明的有益效果是：本发明采用PC、ABS作为基料，加入硅丙增韧剂、硼酸锌、ABS高胶粉、抗氧剂、润滑剂，获得一种烟密度低、机械性能较好，加工工艺简单PC/ABS高分子复合材料；其制备方法是将各种原料经高速搅拌机中混合，再放入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒。该发明同样适用于无卤阻燃PC/ABS高分子复合材料；该PC/ABS高分子复合材料生产成本较低，市场前景较好，适合市场推广，可用于汽车、高铁和家电领域，特别是校车的内饰件等场合。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。所用物料中，PC选用LG化学公司的1201-15，ABS选用上海高桥石化公司生产的ABS 8391；ABS高胶粉选用韩国锦湖公司的HRG181；硅丙增韧剂选用三菱丽阳公司的硅系增韧剂S-2001，硼酸锌选用力拓公司的Firebrake ZB，磷酸酯阻燃剂选用BDP。抗氧剂选用汽巴公司的1010、168，润滑剂为马来西亚棕榈公司生产的EBS。
实施例一
一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料的制备方法，其具有如下步骤：
（1）按重量百分比计，将PC 50%、ABS 33.5%、HRG 181 7%、S-2001 5%、硼酸锌4%、1010 0.1%、168 0.1%和EBS 0.3%精确称量后，在85～90℃预先干燥；
（2）将上述干燥后的物料加入高速混合机中干混1～4min，然后将混合物料加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却、干燥、切粒即得成品。
低烟密度PC/ABS高分子复合材料在双螺杆挤出机上的各段参数设定如下：一区温度200℃，二区温度250℃，三区温度250℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度250℃,八区温度250℃，九区温度250℃，十区温度250℃，机头250℃，主机转速为300转/分钟，产量约20kg/h。
实施例二
一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料的制备方法，其具有如下步骤：
（1）按重量百分比计，将PC 70%、ABS 13.5%、HRG 181 7%、S-2001 5%、硼酸锌4%、1010 0.1%、168 0.1%和EBS 0.3%精确称量后，在85～90℃预先干燥；
（2）将上述干燥后的物料加入高速混合机中干混1～4min，然后将混合物料加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却、干燥、切粒即得成品。
实施例三
一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料的制备方法，其具有如下步骤：
（1）按重量百分比计，将PC 73.5%、ABS 2%、HRG 181 5%、S-2001 5%、硼酸锌4%、1010 0.1%、168 0.1%和EBS 0.3%精确称量后，在85～90℃预先干燥；
（2）将上述干燥后的物料加入高速混合机中干混1～4min，然后将混合物料经主喂料口加入双螺杆挤出机，BDP 按10%的比例经侧向喂料口经加油泵加入，经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却、干燥、切粒即得成品。
对比例一
一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料的制备方法，其具有如下步骤：
（1）按重量百分比计，将PC 59%、ABS 33.5%、HRG 181 7%、 1010 0.1%、168 0.1%和EBS 0.3%精确称量后，在85～90℃预先干燥；
（2）将上述干燥后的物料加入高速混合机中干混1～4min，然后将混合物料加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却、干燥、切粒即得成品。
对比例二
一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料的制备方法，其具有如下步骤：
（1）按重量百分比计，将PC 54%、ABS 33.5%、HRG 181 7%、S-2001 5%、 1010 0.1%、168 0.1%和EBS 0.3%精确称量后，在85～90℃预先干燥；
（2）将上述干燥后的物料加入高速混合机中干混1～4min，然后将混合物料加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却、干燥、切粒即得成品。
对比例三
一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料的制备方法，其具有如下步骤：
（1）按重量百分比计，将PC 55%、ABS 33.5%、HRG 181 7%、硼酸锌4%、 1010 0.1%、168 0.1%和EBS 0.3%精确称量后，在85～90℃预先干燥；
（2）将上述干燥后的物料加入高速混合机中干混1～4min，然后将混合物料加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却、干燥、切粒即得成品。
对比例四
一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料的制备方法，其具有如下步骤：
（1）按重量百分比计，将PC 82.5%、ABS 2%、HRG 181 5%、 1010 0.1%、168 0.1%和EBS 0.3%精确称量后，在85～90℃预先干燥；
（2）将上述干燥后的物料加入高速混合机中干混1～4min，然后将混合物料经主喂料口加入双螺杆挤出机，BDP 按10%的比例经侧向喂料口经加油泵加入，经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却、干燥、切粒即得成品。
按上述方法将实施例和对比例所得粒子在90℃的烘箱中干燥3～6h，然后将干燥好的粒子在注射成形机上注射制样。注射成型模温控制在35～45℃。
拉伸性能测试按GB/T1040.2-2006执行，试样尺寸为150×10×4mm，测试设备为承德市金建检测仪器有限公司的XWW-20A型电子万能试验机，拉伸速度为50mm/min；
缺口悬臂梁冲击强度按GB/T1843-2008执行，试样尺寸为80×10×4mm，摆锤能量5.5J，测试设备为承德市金建检测仪器有限公司的XC-22D悬臂梁冲击试验机；
阻燃性能按UL94标准执行。
烟密度等级SDR测试按标准GB24407-2012《专用小学生校车安全技术条件》执行。
实施例一到三和对比例一到四的配方及性能比较见表1。
表1 实施例一到三和对比例一到四的配方及性能比较
| 组成（%） | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 对比例一 | 对比例二 | 对比例三 | 对比例四 |
| PC | 50 | 70 | 73.5 | 59 | 54 | 55 | 82.5 |
| ABS | 33.5 | 13.5 | 2 | 33.5 | 33.5 | 33.5 | 2 |
| HRG181 | 7 | 7 | 5 | 7 | 7 | 7 | 5 |
| S-2001 | 5 | 5 | 5 | 5 | |||
| 硼酸锌 | 4 | 4 | 4 | 4 | |||
| BDP | 10 | 10 | |||||
| 1010 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 168 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| EBS | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 拉伸强度（MPa） | 44 | 53 | 55 | 52 | 52 | 54 | 57 |
| 断裂伸长率（%） | 85 | 90 | 100 | 95 | 110 | 70 | 85 |
| 缺口冲击强度（KJ/m2） | 52 | 60 | 65 | 55 | 60 | 34 | 60 |
| UL94 | HB | HB | V0 | HB | HB | HB | V0 |
| 烟密度SDR | 70 | 68 | 67 | 83 | 82 | 81 | 80 |
由表1可知，从实施例一、二可以看出，硅丙增韧剂S-2001和硼酸锌二者并用，可以得到烟密度等级SDR<75的PC/ABS高分子复合材料，从对比例一、二、三可以看出，通用PC/ABS高分子复合材料的烟密度等级SDR＞80，不符合校车标准（SDR<75），同时单纯加入硅丙增韧剂S-2001或硼酸锌都不能达到降低材料烟密度的目的。本专利发现，将硅丙增韧剂和硼酸锌二者并用，可以大幅度降低PC/ABS高分子复合材料的烟密度，硼酸锌的加入，有利于解决材料的阴燃问题，使得PC/ABS高分子复合材料能够得到充分的燃烧，硅丙增韧剂的加入，有利于PC/ABS高分子复合材料的成炭，二者的结合，生产出低烟密度PC/ABS高分子复合材料。从实施例三可以看出，对于无卤阻燃PC/ABS高分子复合材料，硅丙增韧剂S-2001和硼酸锌二者并用，同样可以得到烟密度等级SDR<75的无卤阻燃PC/ABS高分子复合材料。仅用BDP阻燃的无卤阻燃PC/ABS高分子复合材料，烟密度等级较高，达不到低烟密度的要求。
本发明无论是用于通用PC/ABS，还是无卤阻燃PC/ABS高分子复合材料，都能达到低烟密度的要求，满足校车、高铁对材料的要求。
本发明采用PC、ABS作为基料，加入硅丙增韧剂、硼酸锌、ABS高胶粉、抗氧剂、润滑剂，获得一种烟密度低、机械性能较好，加工工艺简单PC/ABS高分子复合材料；该发明同样适用于无卤阻燃PC/ABS高分子复合材料；该PC/ABS高分子复合材料生产成本较低，市场前景较好，适合市场推广，可用于汽车、高铁和家电领域，特别是校车的内饰件等场合。
Claims (9)
1.一种低烟密度PC/ABS高分子复合材料，其特征是：按重量分数计，其各组分配比如下：
PC 40～90%
ABS 0～50%
ABS高胶粉 3～10%
硅丙增韧剂 3-10%
硼酸锌 3-10%
磷酸酯阻燃剂 0～15%；
主抗氧剂 0.1～1%
辅抗氧剂 0.1～1%
润滑剂 0.1～1%。
2.根据权利要求1所述的低烟密度PC/ABS高分子复合材料，其特征是：所述PC为熔指为3-50的PC基础树脂。
3.根据权利要求1所述的低烟密度PC/ABS高分子复合材料，其特征是：所述ABS为乳液聚合物或本体聚合物，ABS中苯乙烯含量30～65%，丙烯腈含量20～35%，丁二烯含量10～50%。
4.根据权利要求1所述的低烟密度PC/ABS高分子复合材料，其特征是:所述ABS高胶粉为胶含量为50-75%的ABS胶粉。
5.根据权利要求1所述的低烟密度PC/ABS高分子复合材料，其特征是:所述硅丙增韧剂是由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯及有机硅组成的核壳结构产品。
6.根据权利要求1所述的低烟密度PC/ABS高分子复合材料，其特征是:所述磷酸酯阻燃剂为间苯二酚双磷酸酯、双酚A双磷酸酯和磷酸三苯酯中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的低烟密度PC/ABS高分子复合材料，其特征是：所述主抗氧剂为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂为三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯，润滑剂为马来西亚棕榈公司生产的EBS。
8.根据权利要求2所述的低烟密度PC/ABS高分子复合材料，其特征是：所述PC为熔指为10的PC基础树脂。
9.一种如权利要求1所述的低烟密度PC/ABS高分子复合材料的制备方法，其特征是，具有如下步骤：
（1）按重量百分比计， 将PC 40～90%、ABS 0～50%、ABS高胶粉3～10%、硅丙增韧剂 3-10%、硼酸锌3-10%、 磷酸酯阻燃剂0-15%、抗氧剂1010 0.1～1%、抗氧剂168 0.1～1%和润滑剂0.1～1%精确称量后，在85～90℃预先干燥；
（2）将上述干燥后的物料加入高速混合机中干混1～4min，然后将混合物料加入双螺杆挤出机，混合物料在双螺杆挤出机上的十个区段的温度参数设定如下：一区温度200℃，二区温度250℃，三区温度250℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度250℃,八区温度250℃，九区温度250℃，十区温度250℃，机头250℃，主机转速为300转/分钟，经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却、干燥、切粒即得成品。
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