一种无卤阻燃碳纤维增强聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种无卤阻燃碳纤维增强聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用。该组合物组分按照重量份数包括：PC树脂30～90份；磷系阻燃剂5～20份；碳纤维5～30份；碳纳米管0.5～10份；芳香族聚酰胺纤维1～10份；热塑性聚酯弹性体0.5～10份。该组合物具有较好的阻燃性和耐高低温循环冷热冲击开裂的性能。高低温循环冷热冲击开裂的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无卤阻燃碳纤维增强聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于热塑性工程塑料
，特别涉及一种无卤阻燃碳纤维增强聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚碳酸酯(PC)是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，广泛应用于电子、电器、汽车及建筑等行业。PC本身具有一定的阻燃性，但仍难以满足某些应用领域对PC阻燃性能的要求。目前PC常用的阻燃剂可以分为含卤阻燃剂和无卤阻燃剂，含卤阻燃剂因其对环境造成污染而逐渐被限制使用。在无卤阻燃剂中，有机磷酸酯类阻燃剂具有价格低廉、阻燃效果好和无卤环保等特点，现被广泛用于PC材料的阻燃改性。在纤维状材料(尤其质轻的碳纤维)填充增强PC材料中，由于纤维的“灯芯效应”促进了聚碳酸酯树脂的燃烧，导致纤维增强阻燃PC在燃烧时，燃烧时间更长，且容易产生熔融滴落引燃可燃物，较无纤维增强PC更难以满足UL
‑
94V
‑
0阻燃等级。
[0003]为了克服有机磷酸酯阻燃纤维增强PC阻燃问题，通常采用提高有机磷酸酯类阻燃剂含量解决燃烧时间长，添加含氟聚合物解决燃烧熔融滴落的问题。然而，大量的有机磷酸酯类阻燃剂的加入降低了PC材料的耐热性与机械性能，含氟聚合物由于含有卤素氟，不能满足无卤要求，且添加含氟聚合物提高了PC粘度，从而降低模塑性。此外，有机磷酸酯阻燃纤维增强PC在由低温与高温的反复形成的冷热循环、冷热冲击下，碳纤维与PC容易脱粘，引发裂纹，同时由于有机磷酸酯阻燃剂降低PC分子链缠结，从而降低了PC材料抵抗裂纹能力，导致材料容易出现开裂现象。
[0004]中国专利CN107722586A公开了碳纳米管增强聚碳酸酯/碳纤维复合材料，该复合材料包括聚碳酸酯、碳纤维、脱模剂、阻燃剂、抗滴落剂，通过将碳纤维在碳纳米管分散液中预浸，使碳纳米管在复合材料中的分散性增加，但是该复合材料需要添加聚四氟乙烯作为抗滴落剂，不能满足无卤要求，同时该复合材料阻燃性需要进一步提高，并且该复合材料在由低温与高温的反复形成的冷热循环、冷热冲击下容易出现开裂现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无卤阻燃碳纤维增强聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用，以克服现有技术中聚碳酸酯组合物需要添加含氟抗滴落剂，以及阻燃性不佳、高低温循环冷热冲击下容易开裂的缺陷。
[0006]本专利技术提供一种无卤阻燃碳纤维增强聚碳酸酯组合物，所述组合物组分按照重量份数包括：
[0007][0008]所述碳纤维为表面涂覆环氧树脂的碳纤维，所述碳纤维中环氧树脂含量为1.5～10wt.％；
[0009]所述碳纳米管组分按照重量百分比包括：表面羟基含量大于等于1wt.％的羟基化单壁碳纳米管50～80wt.％，表面羟基含量大于等于0.8wt.％的羟基化多壁碳纳米管20～50wt.％。
[0010]优选地，所述组合物组分按照重量份数包括：
[0011][0012]优选地，所述PC树脂包括双酚A型芳香聚碳酸酯、硅氧烷共聚碳酸酯中的一种或几种。
[0013]优选地，所述PC树脂重均分子量为17000至40000g/mol。
[0014]优选地，所述磷系阻燃剂为有机磷酸酯阻燃剂；所述有机磷酸酯阻燃剂包括间苯二酚双(二苯基磷酸酯)RDP、聚双酚A双(二苯基磷酸酯)BDP、磷酸三苯酯TPP中的一种或几种。
[0015]优选地，所述碳纤维中环氧树脂含量为2～6wt％；环氧树脂是指分子中含有至少一个环氧基的化合物。碳纤维中环氧树脂含量过高，会影响碳纤维分散性，从而影响冷热冲击开裂情况。碳纤维中环氧树脂含量过低，与各组分相容性差，从而导致阻燃性和冷热冲击开裂性能不佳。
[0016]碳纤维表面环氧树脂含量计算：将铂金坩埚置于烘箱中，烘箱温度控制在120℃
±
3℃范围内。用夹钳将铂金坩埚夹持放在干燥器内冷却至室温。称其质量m0，精确到0.01mg。取一定量的碳纤维作为试样，称其质量m1，每个试样的质量在5g
‑
10g之间，精确到0.01mg。将试样放入铂金坩埚中，把铂金坩埚与试样一起置入马弗炉中，氮气保护，马弗炉温度控制750℃，恒温1h，冷却至室温，取出铂金坩埚和样品，称取其质量m2，精确至0.01mg。每个样品需做两组平行样，取平均值，计算公式如下：
[0017][0018]式中：
[0019]J——纤维表面树脂含量，单位为％；
[0020]m0——铂金坩埚的质量，单位为g；
[0021]m1——高温处理前试样的质量，单位为g；
[0022]m2——高温处理后试样加铂金坩埚的质量，单位为g。
[0023]优选地，所述碳纳米管组分按照重量百分比包括：表面羟基含量2～7wt.％的羟基化单壁碳纳米管56
‑
74wt.％，表面羟基含量0.9～5wt.％的羟基化多壁碳纳米管26
‑
44wt.％。表面羟基含量采用Boehm滴定法测量。
[0024]优选地，所述芳香族聚酰胺纤维包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚对苯甲酰胺的一种或几种。
[0025]优选地，所述热塑性聚酯弹性体为通过酯键将硬段与软段键合的嵌段共聚物。
[0026]优选地，所述硬段包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸
‑
1,4
‑
环己烷二甲醇酯、聚2,6
‑
萘二甲酸乙二醇酯中的一种或几种。
[0027]优选地，所述软段包括聚醚、聚已内酯、脂肪族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯中的一种。
[0028]更优选地，所述热塑性聚酯弹性体硬段为聚对苯二甲酸丁二醇酯，软段为聚醚或聚已内酯。
[0029]优选地，所述组合物还包括其他助剂0～5份。其他助剂不影响阻燃性、高低温循环冷热冲击下的开裂情况，但是增强其他有利性能。
[0030]优选地，所述其他助剂包括抗氧剂、填充剂、着色剂、紫外光(UV)吸收剂、脱模剂中的一种或几种。
[0031]优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂、多芳香胺类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂中的一种或几种。
[0032]优选地，所述填充剂包括二氧化硅、碳酸钙、滑石、硅灰石、玻璃球、高岭土、单晶纤维、碳纤维、玻璃纤维、硫酸钡中的一种或几种。
[0033]优选地，所述着色剂包括钛白粉、锌钡白中的一种或几种。
[0034]优选地，所述紫外光(UV)吸收剂包括羟基二苯甲酮类、羟基苯并三唑类、羟基苯并三嗪类、氰基丙烯酸酯类、纳米尺寸无机材料(例如氧化钛、氧化铈和氧化锌)中的一种或几种。
[0035]优选地，所述脱模剂包括季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酰胺、褐煤蜡的一种或几种。
[0036]本专利技术还提供一种无卤阻燃碳纤维增强聚碳酸酯组合物的制备方法，包括如下步骤：
[0037]将除碳纤维外的各组分混合，加入双螺杆挤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无卤阻燃碳纤维增强聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述组合物组分按照重量份数包括：所述碳纤维为表面涂覆环氧树脂的碳纤维，所述碳纤维中环氧树脂含量为1.5～10wt.％；所述碳纳米管组分按照重量百分比包括：表面羟基含量大于等于1wt.％的羟基化单壁碳纳米管50～80wt.％，表面羟基含量大于等于0.8wt.％的羟基化多壁碳纳米管20～50wt.％。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物组分按照重量份数包括：3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述PC树脂包括双酚A型芳香聚碳酸酯、硅氧烷共聚碳酸酯中的一种或几种；PC树脂重均分子量为17000至40000g/mol。4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述磷系阻燃剂为有机磷酸酯阻燃剂；所述有机磷酸酯阻燃剂包括间苯二酚双(二苯基磷酸酯)RDP、聚双酚A双(二苯基磷酸酯)BDP、磷酸三苯酯TPP中的一种或几种；碳纤维中环氧树脂含量为2～6wt％。5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述碳纳米管组分按照重量百分比包括：表面羟基含量2～7wt.％的羟基化单壁碳纳米管56
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74wt.％，表面羟基含量0.9～5wt.％的羟基化多壁碳纳米管26
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44wt.％；芳香族聚酰胺纤维包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟毅文，陈平绪，叶南飚，许国智，刘文君，谭松，李名敏，郑明嘉，李晟，
申请(专利权)人：金发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：