專利名稱:一種無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于一種具有阻燃效果的復(fù)合材料,具體的涉及一種無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料。
背景技術(shù):
隨著工業(yè)生產(chǎn)不斷的發(fā)展及需要,聚合物材料改性產(chǎn)品在聚合物材料工業(yè)中占有越來(lái)越重要的地位。聚合物材料改性中物理填充玻璃纖維(簡(jiǎn)稱玻纖)的增強(qiáng)材料有較好的電性能、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性以及較高的拉伸強(qiáng)度。在眾多聚合物復(fù)合材料中,玻纖增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料是應(yīng)用十分廣泛的一類聚合物改性材料。聚酯是由二元醇或多元醇和二元酸或多元酸縮聚而成的高分子化合物的總稱,其中聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是聚酯家族中非常重要的兩種聚合物材料。由于聚酯材料具有良好的物理性能,玻纖增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料近年來(lái)得到了快速發(fā)展,并且廣泛應(yīng)用于電子、電器領(lǐng)域。然而一般的電子、電器零部件都具有較高的阻燃要求,因而在不會(huì)大幅降低玻纖增強(qiáng)聚酯材料的力學(xué)性能的前提下,提高該類材料的阻燃性能是公認(rèn)的國(guó)際難題。目前國(guó)內(nèi)普遍采用含鹵阻燃劑來(lái)處理玻纖增強(qiáng)聚酯材料。雖然含鹵阻燃劑具有阻燃效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn),但由于其在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒煙氣,有的含鹵阻燃劑燃燒時(shí)還會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì),會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的危害。因此,無(wú)鹵阻燃劑的研發(fā)和應(yīng)用已是阻燃領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。近年來(lái),金屬次磷酸鹽得到了國(guó)內(nèi)外阻燃界的極大關(guān)注,它在玻纖增強(qiáng)聚酯材料中的阻燃效率幾乎可以和含鹵阻燃劑相媲美,且在使用過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。例如美國(guó)專利US 2008/0090950 Al及中國(guó)專利CN 1997698A均報(bào)道了以金屬次磷酸鹽為主要阻燃劑對(duì)玻纖增強(qiáng)聚酯進(jìn)行阻燃處理的技術(shù),金屬次磷酸鹽以較低添加量即可使得玻纖增強(qiáng)聚酯獲得優(yōu)良的阻燃性能。然而,盡管金屬次磷酸鹽的阻燃效率很高,但是該阻燃劑與聚酯基體的相容性較差,大量添加會(huì)造成玻纖增強(qiáng)聚酯材料力學(xué)性能的大幅下降。為此,有必要探索針對(duì)金屬次磷酸鹽或其他無(wú)鹵阻燃劑進(jìn)行表面改性,以改善阻燃劑與聚合物基體的相容性,從而在達(dá)到一定阻燃級(jí)別的同時(shí)維持或提高材料的力學(xué)性能。
發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有玻纖增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料阻燃改性技術(shù)中存在的含鹵阻燃劑環(huán)境危害性大、無(wú)機(jī)阻燃劑添加量高、材料物理性能差、耐候性差等不足,本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料的制備方法。為解決上述技術(shù)問題達(dá)到上述技術(shù)效果,本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料,其包括質(zhì)量百分比為40 60%的聚酯、25 30%的玻璃纖維、10 20%的微膠囊化金屬次磷酸鹽和5 10%的微膠囊化含氮阻燃劑。進(jìn)一步的,所述的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料還包括質(zhì)量百分比為 0 10%的成炭劑、0 5%的阻燃協(xié)效劑、0 1 %的成核劑、0 0. 5%的潤(rùn)滑劑、0 0. 3%的抗氧劑和0 5%的增韌劑。進(jìn)一步的,所述聚酯是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。進(jìn)一步的,所述成炭劑選自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺或聚氨酯中的一種或多種。進(jìn)一步的,所述阻燃協(xié)效劑選自硅酸鹽、硼酸鹽、氫氧化物、雙氫氧化物、金屬氧化物中的一種或多種。進(jìn)一步的,所述成核劑選自二氧化硅、滑石、云母、碳酸鈣中的一種或多種。進(jìn)一步的,所述潤(rùn)滑劑為季戊四醇硬脂酸脂。進(jìn)一步的,所述抗氧劑為四(3,5-二叔丁基-4-羥苯基)丙酸。進(jìn)一步的,所述增韌劑選自甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物中的一種或多種。一種無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料的制備方法,其包括以下實(shí)施步驟按所占復(fù)合材料總質(zhì)量的百分比將40 60%的聚酯、25 30%的玻璃纖維、10 20%的微膠囊化金屬次磷酸鹽和5 10%的微膠囊化含氮阻燃劑混合均勻,得混合原料,將所述混合原料加熱至230 275°C,經(jīng)熔融共混,再經(jīng)擠出、拉條、冷卻、切粒和烘干,即得無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料。進(jìn)一步的,還可以在所述混合原料中加入占復(fù)合材料總質(zhì)量0 10%的成炭劑、 0 5%的阻燃協(xié)效劑、0 的成核劑、0 0. 5%的潤(rùn)滑劑、0 0. 3%的抗氧劑和0 5%的增韌劑。進(jìn)一步的,所述微膠囊化金屬次磷酸鹽是用二氧化硅凝膠微膠囊化法對(duì)金屬次磷酸鹽進(jìn)行微膠囊化而獲得;所述二氧化硅凝膠微膠囊化法的具體操作步驟如下把重量為乙醇水溶液1.3 2倍的金屬次磷酸鹽加入到乙醇與水重量比為9. 7 11.7 1的乙醇水溶液中,在30 90°C加入堿性溶液調(diào)節(jié)pH值為8 12,加入金屬次磷酸鹽重量0. 5 10%的表面活性劑,攪拌均勻,再以1. 5 8毫升/分鐘的速度緩慢滴加按金屬次磷酸鹽重量5 30%的有機(jī)硅氧化合物,反應(yīng)2 4小時(shí),冷卻、過濾洗滌反應(yīng)產(chǎn)物,干燥后,即得所述微膠囊化金屬次磷酸鹽。進(jìn)一步的,所述金屬次磷酸鹽選自次磷酸鋁、次磷酸鎂、次磷酸鈣或次磷酸鋅中的一種或多種。進(jìn)一步的,所述微膠囊化含氮阻燃劑是用二氧化硅凝膠微膠囊化法對(duì)含氮阻燃劑進(jìn)行微膠囊化而獲得;所述二氧化硅凝膠微膠囊化法的具體操作步驟如下把重量為乙醇水溶液1. 3 2倍的含氮阻燃劑加入到乙醇與水重量比為9. 7 11. 7 1的乙醇水溶液中,在30 90°C加入堿性溶液調(diào)節(jié)pH值為8 12,加入含氮阻燃劑重量0. 5 10%的表面活性劑,攪拌均勻,再以1. 5 8毫升/分鐘的速度緩慢滴加按含氮阻燃劑重量5 30% 的有機(jī)硅氧化合物,反應(yīng)2 4小時(shí),冷卻、過濾洗滌反應(yīng)產(chǎn)物,干燥后,即得所述微膠囊化含氮阻燃劑。進(jìn)一步的,所述含氮阻燃劑選自三聚氰胺聚磷酸鹽、三聚氰胺氰尿酸鹽、蜜勒胺或三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種。由于上述方案的運(yùn)用,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果由于本發(fā)明采用了微膠囊化金屬次磷酸鹽和微膠囊化含氮阻燃劑為主要添加劑的阻燃體系,應(yīng)用于玻纖增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料中可以改善阻燃劑與聚酯基體的相容性、提高復(fù)合材料的耐水析出性和耐候性,克服了傳統(tǒng)阻燃改性玻纖增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料中存在的材料物理性能差和耐候性差等缺陷。進(jìn)一步的,由于本發(fā)明中所采用的微膠囊化金屬次磷酸鹽和微膠囊化含氮阻燃劑的殼材料具有一定的協(xié)同阻燃功能,可以進(jìn)一步提高防火效果。 另外,由于本發(fā)明還采用了與聚酯基體相容性較好的聚合物作為成炭劑,將其和微膠囊化金屬次磷酸鹽和微膠囊化含氮阻燃劑配合使用,可以使玻纖增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料達(dá)到更高的阻燃級(jí)別,并且使材料保持了較好的物理性能,從而克服了現(xiàn)有聚酯增強(qiáng)材料改性技術(shù)中存在的含鹵阻燃劑環(huán)境危害性大、無(wú)機(jī)阻燃劑添加量高、材料物理性能差等缺點(diǎn),具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述,為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段, 并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施,以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 按下表的配方進(jìn)行備料,將干燥好的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)母粒、玻璃纖維、次磷酸鋁或微膠囊化次磷酸鋁、三聚氰胺氰尿酸鹽或微膠囊化三聚氰胺氰尿酸鹽、聚碳酸酯混合均勻,在雙螺桿擠出機(jī)中加熱至230 240°C,經(jīng)熔融共混,再經(jīng)擠出、拉條、冷卻、 切粒和烘干,即得到本發(fā)明的玻纖增強(qiáng)聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯無(wú)鹵阻燃復(fù)合材料。然后經(jīng)注塑機(jī)注射出用于氧指數(shù)測(cè)試、垂直燃燒測(cè)試及拉伸強(qiáng)度測(cè)試樣條,進(jìn)行燃燒性能和力學(xué)性能測(cè)試。氧指數(shù)測(cè)試根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ASTM擬863進(jìn)行,垂直燃燒測(cè)試根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ASTM D2863進(jìn)行,拉伸強(qiáng)度測(cè)試根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ASTM D638進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料,其特征在于,包括質(zhì)量百分比為40 60%的聚酯、25 30%的玻璃纖維、10 20%的微膠囊化金屬次磷酸鹽和5 10%的微膠囊化含氮阻燃劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料,其特征在于,還包括 質(zhì)量百分比為0 10%的成炭劑、0 5%的阻燃協(xié)效劑、0 的成核劑、0 0. 5%的潤(rùn)滑劑、0 0. 3%的抗氧劑和0 5%的增韌劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料,其特征在于所述聚酯是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料,其特征在于所述成炭劑選自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺或聚氨酯中的一種或多種;所述阻燃協(xié)效劑選自硅酸鹽、硼酸鹽、氫氧化物、雙氫氧化物、金屬氧化物中的一種或多種;所述成核劑選自二氧化硅、滑石、云母、碳酸鈣中的一種或多種;所述潤(rùn)滑劑為季戊四醇硬脂酸脂;所述抗氧劑為四(3,5-二叔丁基-4-羥苯基)丙酸;所述增韌劑選自甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物中的一種或多種。
4.一種如權(quán)利要求1所述的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于,包括以下實(shí)施步驟按所占復(fù)合材料總質(zhì)量的百分比將40 60%的聚酯、25 30% 的玻璃纖維、10 20%的微膠囊化金屬次磷酸鹽和5 10%的微膠囊化含氮阻燃劑混合均勻,得混合原料,將所述混合原料加熱至230 275°C,經(jīng)熔融共混,再經(jīng)擠出、拉條、冷卻、 切粒和烘干,即得無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料。
5.一種如權(quán)利要求2所述的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于,包括以下實(shí)施步驟按所占復(fù)合材料總質(zhì)量的百分比將40 60%的聚酯、25 30%的玻璃纖維、10 20%的微膠囊化金屬次磷酸鹽、5 10%的微膠囊化含氮阻燃劑以及0 10%的成炭劑、0 5%的阻燃協(xié)效劑、0 的成核劑、0 0. 5%的潤(rùn)滑劑、0 0.3%的抗氧劑和0 5%的增韌劑混合均勻,得混合原料,將所述混合原料加熱至230 275°C,經(jīng)熔融共混,再經(jīng)擠出、拉條、冷卻、切粒和烘干,即得無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于所述微膠囊化金屬次磷酸鹽是用二氧化硅凝膠微膠囊化法對(duì)金屬次磷酸鹽進(jìn)行微膠囊化而獲得;所述二氧化硅凝膠微膠囊化法的具體操作步驟如下把重量為乙醇水溶液1.3 2倍的金屬次磷酸鹽加入到乙醇與水重量比為9. 7 11. 7 1的乙醇水溶液中,在 30 90°C加入堿性溶液調(diào)節(jié)pH值為8 12,加入金屬次磷酸鹽重量0.5 10%的表面活性劑,攪拌均勻,再以1. 5 8毫升/分鐘的速度緩慢滴加按金屬次磷酸鹽重量5 30%的有機(jī)硅氧化合物,反應(yīng)2 4小時(shí),冷卻、過濾洗滌反應(yīng)產(chǎn)物,干燥后,即得所述微膠囊化金屬次磷酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于所述金屬次磷酸鹽選自次磷酸鋁、次磷酸鎂、次磷酸鈣或次磷酸鋅中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于 所述微膠囊化含氮阻燃劑是用二氧化硅凝膠微膠囊化法對(duì)含氮阻燃劑進(jìn)行微膠囊化而獲得;所述二氧化硅凝膠微膠囊化法的具體操作步驟如下把重量為乙醇水溶液1. 3 2倍的含氮阻燃劑加入到乙醇與水重量比為9. 7 11. 7 1的乙醇水溶液中,在30 90°C加入堿性溶液調(diào)節(jié)PH值為8 12,加入含氮阻燃劑重量0. 5 10 %的表面活性劑,攪拌均勻, 再以1. 5 8毫升/分鐘的速度緩慢滴加按含氮阻燃劑重量5 30%的有機(jī)硅氧化合物, 反應(yīng)2 4小時(shí),冷卻、過濾洗滌反應(yīng)產(chǎn)物,干燥后,即得所述微膠囊化含氮阻燃劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料的制備方法,其特征在于所述含氮阻燃劑選自三聚氰胺聚磷酸鹽、三聚氰胺氰尿酸鹽、蜜勒胺或三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料及其制備方法,特征是按所占復(fù)合材料總質(zhì)量的百分比將40~60%的聚酯、25~30%的玻璃纖維、10~20%的微膠囊化金屬次磷酸鹽和5~10%的微膠囊化含氮阻燃劑混合均勻,加熱至230~275℃,經(jīng)熔融共混,再經(jīng)擠出、拉條、冷卻、切粒和烘干,即得到本發(fā)明的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料;本發(fā)明的無(wú)鹵阻燃玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料兼?zhèn)鋬?yōu)良的阻燃性能和物理性能,克服了現(xiàn)有聚酯增強(qiáng)材料改性技術(shù)存在的含鹵阻燃劑環(huán)境危害性大、無(wú)機(jī)阻燃劑添加量高、材料物理性能差及耐候性差等缺點(diǎn),具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08L67/00GK102174247SQ20111004972
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者宋磊, 楊偉, 胡源 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院