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CN107446338A - 一种高灼热丝阻燃增强ppo/pps复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高灼热丝阻燃增强ppo/pps复合材料及其制备方法 Download PDF

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CN107446338A CN201710575822.6A CN201710575822A CN107446338A CN 107446338 A CN107446338 A CN 107446338A CN 201710575822 A CN201710575822 A CN 201710575822A CN 107446338 A CN107446338 A CN 107446338A
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冉红川
于海鸥
易庆锋
何继辉
方安平
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Guangdong Aldex New Material Co Ltd
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Guangdong Harmony New Materials Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料，其按重量份计由以下原料组分组成：PPO树脂28~36份；PPS树脂8~15份；相容剂8~12份；阻燃剂13~22份；阻燃协效剂3~5份；玻璃纤维20~30份。本发明通过对PPO和PPS树脂的选择，开发高效的相容剂方案，同时各组分加工温度的差异，对阻燃体系进行匹配性研究，通过使用高效阻燃协效剂，使得制备出的PPO/PPS复合材料具有优异阻燃特性和机械性能。

Description

一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子领域，特别涉及一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯醚(PPO)树脂具有良好的电气绝缘性和力学性能，同时具有吸湿性低、尺寸稳定性好及在高温下蠕变特性好的特点，但其也存在耐溶剂性差，制品易发生应力开裂，且加工性较差等不足，因此需通过与其他树脂的共混改性改善其性能和应用缺陷，现各类PPO合金材料已成功开发并成熟应用于改性塑料各大领域中。聚苯硫醚(PPS)树脂作为具有优异综合性能的特种工程塑料，其耐高温、耐化学性及耐老化特性使其在各种严苛使用环境下具有极其突出的优势。PPO/PPS复合材料，结合了两种树脂的优点，可应用于高温高湿及耐腐蚀环境下的汽车及电子行业，同时，对于这些领域的特殊零配件，材料的阻燃性能要求也日益提高，而传统的PPO/PPS合金因受到加工等因素影响，相关阻燃产品的开发和应用均受到限制，因此，开发高灼热丝(GWIT)特性的阻燃类PPO/PPS产品，具有重大的研发意义和应用前景。
目前，PPO/PPS复合材料在导热、导电和抗老化性能方面的研究，已有较多方案及成果公开，但具有优异阻燃及加工特性的PPO/PPS复合材料的制备和开发，却鲜有报道。中国专利201310299180.3公开了抗老化PPO/PPS塑料合金，记载了通过相容剂和抗老化剂的添加，可制备具有耐热老化性能的相关复合材料；中国专利201210302117.6公开了一种耐高温高导热PPS/PPO合金及其制备方法，记载了采用碳纤维增强同时通过添加导热剂的技术方案，制备高强度高导热系数的复合材料。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的空缺，提供一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料及其制备方法，制备出的PPO/PPS材料的阻燃性能可通过2.5mm厚度UL94-5VA测试，GWIT达850℃，同时兼具有优异的加工性能。
本发明所采取的技术方案是：一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料，其按重量份计由以下原料组分组成：PPO树脂28～36份；PPS树脂8～15份；相容剂8～12份；阻燃剂13～22份；阻燃协效剂3～5份；玻璃纤维20～30份。
作为上述方案的进一步改进，所述PPO树脂的特性粘度为0.4～0.5dl/g；所述PPS树脂的熔体流动速率在316℃，5KG的测试条件下为400～500g/10min。采用此特性粘度和熔体流动速率范围的树脂基体，可在确保复合材料成型加工性，同时保障材料优异的力学性能。
作为上述方案的进一步改进，所述相容剂由顺丁烯二酸酐、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯和环氧树脂的混合物组成，其中各组分的质量比例为0.5～1:3～5:2～3。具体的，复合组合物的相容作用与三个组分的配比有密切关系，优选地，本发明相容剂由顺丁烯二酸酐、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯和环氧树脂按质量比例为1:4:3混合而成。
作为上述方案的进一步改进，所述阻燃剂由二乙基次磷酸铝、磷酸三苯酯和乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺组成，其中各组分的质量比例为2～3:7～9:1～2。具体地，阻燃剂的阻燃性能与三个组分的配比有着密切关系，优选地，本发明的阻燃剂是由二乙基次磷酸铝、磷酸三苯酯和乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺按质量比例为3:8:1.5混合而成的混合物，其能达到优异的阻燃效果，同时确保复合材料加工稳定性。
作为上述方案的进一步改进，所述阻燃协效剂由高岭土、氧化锌和氧化镁组成，其中各组分的质量比例为3:1～2:2～3，其中，优选比例为3:2:2。通过复配阻燃协调剂的使用，可确保材料垂直燃烧测试的阻燃效果，同时，使复合材料具有高GWIT特性，且提高材料的加工稳定性。
作为上述方案的进一步改进，所述玻璃纤维为短切纱，纤维直径为10～13μm，切砂长度为3～4.5mm。
一种如上所述的高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料的制备方法，其包括如下工艺步骤：将PPO、PPS树脂与相容剂和阻燃协效剂混合均匀，从主喂料口添加到双螺杆挤出机中，阻燃剂和玻璃纤维分别从不同的侧喂料下料系统加入挤出机中，熔融共混挤出造粒，得到阻燃增强PPO/PPS复合材料。
作为上述方案的进一步改进，还包括预混料处理：将相容剂置于搅拌速度为350r/min的搅拌机中搅拌处理3min后备用；将阻燃剂置于搅拌速度为350r/min的搅拌机中搅拌处理1min后备用；将阻燃协效剂置于搅拌速度为400r/min的搅拌机中搅拌处理2min后备用。
作为上述方案的进一步改进，所述熔融共混挤出造粒过程中双螺杆挤出机各加温区温度设定分别为：一区210～215℃，二区275～285℃，三区275～285℃，四区275～285℃，五区275～285℃，六区260～265℃，七区260～265℃，八区250～260℃，机头275～285℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过特定粘度系数和熔指的限定，优选适合的PPO和PPS树脂，同时针对两个树脂及阻燃剂的加工温度差异，对阻燃体系相容性和加工匹配性进行研究，同时辅以特定配比的阻燃协效剂，使得制备出的PPO/PPS复合材料可达UL94-5VA级的优异阻燃特性，同时GWIT达850℃，在相关PPO/PPS材料的改性技术和应用拓展方面具有突破性。
(2)本发明通过研究相容剂体系的效用，并通过实验及加工验证，所采用的相容剂方案不仅提高了复合材料各组分的相容性，同时对复合材料体系有显著的增韧作用，达到在保障材料加工性能的同时，提高复合材料综合机械性能的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
以下实施例和对比例中的PPO/PPS复合材料均通过熔融挤出来制备，所用PPO树脂的特性粘度为0.46dl/g；所用PPS树脂的熔体流动速率在316℃，5KG的测试条件下为435g/10min。具体制备方法为：
1)、预混料处理：将相容剂置于搅拌速度为350r/min的搅拌机中搅拌处理3min后备用；将阻燃剂置于搅拌速度为350r/min的搅拌机中搅拌处理1min后备用；将阻燃协效剂置于搅拌速度为400r/min的搅拌机中搅拌处理2min后备用；
2)、将PPO、PPS树脂与相容剂和阻燃协效剂混合均匀，从主喂料口添加到双螺杆挤出机中，阻燃剂和玻璃纤维分别从不同的侧喂料下料系统加入挤出机中，熔融共混挤出造粒，得到阻燃增强PPO/PPS复合材料。其中双螺杆挤出机各加温区温度设定分别为：一区210～215℃，二区275～285℃，三区275～285℃，四区275～285℃，五区275～285℃，六区260～265℃，七区260～265℃，八区250～260℃，机头275～285℃。
实施例1
按照表1所示重量份数的原料制备PPO/PPS复合材料。
表1实施例1的配方组成
其中相容剂是由顺丁烯二酸酐、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯和环氧树脂的混合物组按质量比例为1:4:3混合而成的混合物；阻燃剂是由二乙基次磷酸铝、磷酸三苯酯和乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺按质量比例为3:8:1.5混合而成的混合物；阻燃协效剂是由高岭土、氧化锌和氧化镁按质量比例为3:2:2混合而成的混合物。
实施例2
按照表2所示重量份数的原料制备PPO/PPS复合材料。
表2实施例2的配方组成
原料 重量份数(份)
PPO树脂 32
PPS树脂 10
相容剂 10
阻燃剂 19
阻燃协效剂 4
玻璃纤维 25
其中相容剂是由顺丁烯二酸酐、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯和环氧树脂的混合物组按质量比例为0.5:5:3混合而成的混合物；阻燃剂是由二乙基次磷酸铝、磷酸三苯酯和乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺按质量比例为2:7:2混合而成的混合物；阻燃协效剂是由高岭土、氧化锌和氧化镁按质量比例为1:2:3混合而成的混合物。
实施例3
按照表3所示重量份数的原料制备PPO/PPS复合材料。
表3实施例3的配方组成
其中相容剂是由顺丁烯二酸酐、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯和环氧树脂的混合物组按质量比例为1:5:3混合而成的混合物；阻燃剂是由二乙基次磷酸铝、磷酸三苯酯和乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺按质量比例为2:7:1混合而成的混合物；阻燃协效剂是由高岭土、氧化锌和氧化镁按质量比例为3:2:2混合而成的混合物。
对比例1
按照表4所示重量份数的原料制备PPO/PPS复合材料。
表4对比例1的配方组成
原料 重量份数(份)
PPO树脂 30
PPS树脂 15
相容剂 12
阻燃剂 22
阻燃协效剂 1
玻璃纤维 20
其中相容剂是由顺丁烯二酸酐、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯和环氧树脂的混合物组按质量比例为1:4:3混合而成的混合物；阻燃剂是由二乙基次磷酸铝、磷酸三苯酯和乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺按质量比例为3:8:1.5混合而成的混合物；阻燃协效剂是由高岭土、氧化锌和氧化镁按质量比例为3:2:2混合而成的混合物。
对比例2
按照表5所示重量份数的原料制备PPO/PPS复合材料。
表5对比例2的配方组成
其中相容剂是由顺丁烯二酸酐、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯和环氧树脂的混合物组按质量比例为1:5:3混合而成的混合物；阻燃剂是由二乙基次磷酸铝、磷酸三苯酯和乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺按质量比例为2:7:1混合而成的混合物；阻燃协效剂是由高岭土、氧化锌和氧化镁按质量比例为3:2:2混合而成的混合物。
性能检测
采用ASTM标准测试力学性，UL-94标准测试阻燃性能，IEC 60695标准测试灼热丝性能。实施例1～3和对比例1～2所制备的PPO/PPS复合材料的性能如表6所示。
表6各项性能检测结果
由表6数据可知，本发明所制备得的PPO/PPS复合材料，其阻燃性能可通过2.5mm厚度UL94-5VA测试，GWIT达850℃，同时兼具有优异的力学性能。
上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料，其特征在于，按重量份计由以下原料组分组成：
PPO树脂 28~36份；
PPS树脂 8~15份；
相容剂 8~12份；
阻燃剂 13~22份；
阻燃协效剂 3~5份；
玻璃纤维 20~30份。
2.根据权利要求1所述的一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料，其特征在于：所述PPO树脂的特性粘度为0.4~0.5dl/g。
3.根据权利要求1所述的一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料，其特征在于：所述PPS树脂的熔体流动速率在316℃，5KG的测试条件下为400~500g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料，其特征在于：所述相容剂由顺丁烯二酸酐、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯和环氧树脂的混合物组成，其中各组分的质量比例为（0.5~1）:（3~5）:（2~3）。
5.根据权利要求1所述的一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料，其特征在于：所述阻燃剂由二乙基次磷酸铝、磷酸三苯酯和乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺组成，其中各组分的质量比例为（2~3）:（7~9）:（1~2）。
6.根据权利要求1所述的一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料，其特征在于：所述阻燃协效剂由高岭土、氧化锌和氧化镁组成，其中各组分的质量比例为3:（1~2）:（2~3）。
7.根据权利要求1所述的一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为短切纱，纤维直径为10~13μm，切砂长度为3~4.5mm。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
（1）将PPO、PPS树脂与相容剂和阻燃协效剂混合均匀，从主喂料口添加到双螺杆挤出机中；
（2）阻燃剂和玻璃纤维分别从不同的侧喂料下料系统加入挤出机中；
（3）熔融共混挤出造粒，得到高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤（1）之前还包括预混料处理：将相容剂置于搅拌速度为350r/min的搅拌机中搅拌处理3min后备用；将阻燃剂置于搅拌速度为350r/min的搅拌机中搅拌处理1min后备用；将阻燃协效剂置于搅拌速度为400r/min的搅拌机中搅拌处理2min后备用。
10.根据权利要求8所述的一种高灼热丝阻燃增强PPO/PPS复合材料的制备方法，其特征在于：所述熔融共混挤出造粒过程中双螺杆挤出机各加温区温度设定分别为：一区210～215℃，二区275～285℃，三区275~285℃，四区275～285℃，五区275～285℃，六区260~265℃，七区260～265℃，八区250～260℃，机头275~285℃。
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Inventor after: Ran Hongchuan

Inventor after: Yu Haiou

Inventor after: Yi Qingfeng

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