阻燃连续纤维增强热塑性塑料带材制造技术

公开了一种连续纤维增强的热塑性塑料(CFRTP)带材，其由包埋在改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)中的连续单向玻璃纤维制成，所述带材包含多膦酸酯均聚物非卤代阻燃剂(NHFR)。通过采用平衡火焰传播和烟雾探测的配方，根据ASTM E84进行测试时，带材达到A级值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阻燃连续纤维增强热塑性塑料带材优先权要求本申请要求于2018年5月31日提交的美国临时专利申请序列号62/678,550(代理机构案卷号12018010)；于2018年8月21日提交的美国临时专利申请序列号62/720,781(代理机构案卷号12018024)；和于2018年10月5日提交的美国临时专利申请序列号62/741,902(代理机构案卷号12018026)的优先权，所有美国临时专利申请通过引用纳入本文。专利
本专利技术涉及一层或多层构型的一层或多层连续纤维增强热塑性塑料(CFRTP)带材，其中，带材是阻燃的。专利技术背景人们从塑料制品中获益。从20世纪中叶其专利技术至今，热塑性聚合物已成为许多消费品的组成。这些产品相对轻质、坚固且耐腐蚀。单层或多层构型的连续纤维增强热塑性(“CFRTP”)带材和片材因其轻质、出色的强度、抗冲性能和可回收性而用于汽车、卡车、火车、轮船、航空航天、体育用品以及建筑和构造应用。通常使用多层构型的CFRTP带材(例如，0°-90°x-层或0°-90°-0°三层)，因为其在带材的X和Y方向上都具有比CFRTP单层带材更平衡的机械性能。基于热塑性聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯二醇(PETG)共聚物)的CFRTP多层带材已经由Polystrand公司商品化(现在是普利万公司(PolyOneCorporation)的业务)。由无定形PETG聚合物以及连续单向放置的玻璃纤维制成的单层复合带材或多层构型的复合带材具有出色的刚性和韧性、良好的耐化学性以及与其他基材(包括木材、钢、玻璃和其他极性塑料表面)的良好热粘合能力，这允许PETG的CFRT带材能容易地粘附到其他基材上，以用于各种结构加固应用。专利技术概述本领域需要的是为PETGCFRTP带材提供阻燃性，而又不对CRFTP带材的物理性能产生不利影响，从而为该带材提供商业成功。而且，本领域目前优选以非卤素阻燃剂(NHFR)的形式提供阻燃性，以使卤素如氯化或溴化化学品在高温或燃烧条件下的释放最小化。由于担心毒性、持久性和生物累积性，卤代阻燃剂变得不受欢迎或受到严格管制。本专利技术的一个方面是一种含非卤代阻燃剂(NHFR)的连续纤维增强的热塑性塑料(CFRTP)带材，其包括(1)聚合物配混物和(2)包埋在所述聚合物配混物内的多根连续单向增强玻璃纤维；其中，所述聚合物配混物包含(a)二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)共聚物；(b)多膦酸酯均聚物；(c)任选的烟雾抑制剂；(d)任选的添加剂，其中，当根据ASTME84进行测试时，CFRTP带材具有A级值。本专利技术的实施方式使用附图进行说明。附图简要说明图1是至少两层的多层CFRTP带材的剖视图。图2是至少三层的多层CFRTP带材的剖视图。具体实施方式聚合物用于本专利技术的CFRTP带材由购自伊士曼化学公司(EastmanChemical)的二醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯(PETG)开始，其在EastarTM品牌下以多个等级销售。当前优选的是EastarTM5011共聚酯，因为其是无定形的，具有约1.28的比重，具有良好的机械性能和非常低的雾度和高透射率。玻璃化转变温度为约78℃。玻璃纤维玻璃纤维的非限制示例为e玻璃和s玻璃。单一玻璃纤维直径范围可以为约10μm(也称为微米)至约25μm，优选为约14μm至约18μm。玻璃纤维可以以粗纱(roving)的形式引入PETG热塑性塑料中。根据所需增强材料的量，玻璃纤维增强材料可包括连续纤维或连续纤维和不连续纤维两者。取决于聚合物工程师的选择，玻璃纤维的直径和CFRTP带材各层的连续性可以相同或不同。在本专利技术的层压材料中，玻璃纤维包含约50重量％至约65重量％、优选约55重量％至约62重量％的带材层，并且剩余的百分比为PETG热塑性树脂、NHFR以及少量(如存在)任选的功能添加剂。取决于聚合物工程师的选择，各带材层中的玻璃纤维的重量百分比可以是相同或不同的。连续增强玻璃纤维可以占每层片材的约30体积％至约75体积％、优选约35体积％至约55体积％，并且剩余体积百分比为用作基质的热塑性聚合物，包括少量(如果有)任选的功能添加剂。取决于聚合物工程师的选择，各层片材中的连续增强纤维的体积百分比可以是相同或不同的。非卤代阻燃剂当将热塑性聚合物制成存在于占用结构中或用于存放有价值的有形个人财产的塑料制品时，阻燃性特别重要。阻燃性的目的是减慢或者可能是消除塑料制品的任何燃烧或熔化。燃烧的延迟可以允许从所占结构中更彻底地撤离或取出有价值的财产。NHFR化学品目前受欢迎，特别是基于磷的化学品。在本专利技术中基于磷的NHFR化学品中，优选使用多膦酸酯，因为磷含量是在聚合物内，在使用期间大分子不太可能在聚合物树脂中迁移。此外，多膦酸酯均聚物以粒料形式出售，比粉末形式更优选，以允许阻燃剂易于进料至熔融混合挤出机，特别是单螺杆挤出机中。已知多膦酸酯由FRX聚合物公司(FRXPolymers)以商品名出售。已知多膦酸酯均聚物具有以下重复单元结构，并且，低聚多膦酸酯和均聚多膦酸酯之间基于重均分子量(Mw)的差异大于10,500g/mol。本专利技术出乎意料地确定，如使用ASTME84-18(2018年)测试条件(也称为斯坦纳隧道测试(SteinerTunneltest))所测量的，某些等级的由FRX聚合物公司所提供的多膦酸酯可以为PETG基CFRTP带材提供或预期提供优异阻燃性能。最高的测试结果等级为A级，其中，火焰蔓延指数(FSI)≤25，烟雾产生指数(SDI)≤450。重均分子量可以由聚合物的熔体体积流动速率(MVR)推断。通常，MVR越高，重均分子量越低。尽管FRX聚合物公司未公布其不同等级的重均分子量，但已对具有以下MVR值的FRX聚合物公司的现在市售低聚物和均聚物等级的Mw、Mn和Mw/Mn进行了测试。*此处记录的MVR数据基于这些NofiaTMHM等级的数据表。虽然MVR(如果在相同条件下测量)和Mw通常存在相反的趋势，但在这种情况下，MVR的测量值受温度差异的影响，因为这些等级之间的熔体流动差异很大。**NofiaTMHM系列的分子量数据是通过GPC方法，以四氢呋喃为溶剂、单分散聚苯乙烯为校准标准物测量的。当前，对于OL5000低聚物和HM7000均聚物的市售产品，Mw和Mn存在明显差距。本领域技术人员能够通过使用GPC方法测量Mw和Mn来确定足够的分子量和多分散性。因此，所要求保护的专利技术以多膦酸酯均聚物的性能达到ASTME84测试中的A级值为条件。FRX聚合物公司将多膦酸酯均聚物(即，HM级)与共聚物级和反应性低聚物级区别开来。由于如实施例中所记录的出乎意料的结果，本专利技术采用用HM命名的多膦酸酯等级。可用于所要求保护的专利技术中的多膦酸酯均聚物的重均分子量可以是大于10,500g/mol、期望大于15,000g/mol、并且优选大于20,000g/mol的任何量。任选的添加剂本专利技术带材的层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含非卤代阻燃剂(NHFR)的连续纤维增强的热塑性塑料(CFRTP)带材，其包含：/n(1)聚合物配混物；和/n(2)包埋在聚合物配合物中的多根连续单向增强玻璃纤维；/n其中，聚合物配混物包含：/n(a)二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)共聚物；/n(b)多膦酸酯均聚物；/n(c)任选的烟雾抑制剂；和/n(d)任选的添加剂，/n其中，当根据ASTM E84测试时，CFRTP带材具有A级值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180531 US 62/678,550;20180821 US 62/720,781;20181.一种含非卤代阻燃剂(NHFR)的连续纤维增强的热塑性塑料(CFRTP)带材，其包含：
(1)聚合物配混物；和
(2)包埋在聚合物配合物中的多根连续单向增强玻璃纤维；
其中，聚合物配混物包含：
(a)二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)共聚物；
(b)多膦酸酯均聚物；
(c)任选的烟雾抑制剂；和
(d)任选的添加剂，
其中，当根据ASTME84测试时，CFRTP带材具有A级值。


2.如权利要求1所述的CFRTP带材，其中，多膦酸酯均聚物的重均分子量(Mw)为约10,500g/mol至约100,000g/mol。


3.如权利要求1或权利要求2所述的CFRTP带材，其中，多膦酸酯均聚物的重均分子量(Mw)为约15,000g/mol至约100,000g/mol。


4.如权利要求3所述的CFRTP带材，其中，多膦酸酯均聚物的Mw/Mn比率范围为约2至约6。


5.如权利要求1-3中任一项所述的CFRTP带材，其中，聚合物配混物中多膦酸酯均聚物的重量百分比范围为约5至约30。


6.如权利要求1-3中任一项所述的CFRTP带材，其中，聚合物配混物中多膦酸酯均聚物的重量百分比范围为约5至约20。


7.如权利要求1-3中任一项所述的CFRTP带材，其中，聚合物配混物中多膦酸酯均聚物的重量百分比范围为约8至约15。


8.如权利要求1-7中任一项所述的CFRTP带材，所述CFRTP带材进一步包含烟雾抑制剂，其占聚合物配混物的重量百分比为约1至7。


9....

【专利技术属性】
技术研发人员：M·厄科维奇，R·W·阿瓦基扬，周俭，周崇福，D·弗拉戈，
申请(专利权)人：艾维恩股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US