一种高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料及其制备方法，包括双酚A型聚碳酸酯、聚二甲氧基硅氧烷共聚PC、复合阻燃剂、光扩散剂、玻璃纤维、界面弱化剂。本发明专利技术通过添加特殊的增韧体系及填充体系，在未影响材料阻燃性及透光性的同时，控制填充料的直径及临界纤维强度，使材料的模量及缺口冲击强度同时提高，经行李架安装后的仿真模拟，在行李架材料的厚度从8mm降低到6mm，不仅可以减重降本，而且材料的等效应力几乎不变，许用应力提高了35％。许用应力提高了35％。许用应力提高了35％。

【技术实现步骤摘要】
一种高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于改性塑料领域，特别涉及一种高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚碳酸酯透明性能好、密度小，较玻璃的一半还小，在工业建筑及轨道交通行业替代玻璃产品，但PC存在模量不高，因此一般产品厚度多为8mm
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10mm，例如在行李架的应用中，厚度多为8mm以上。在碳中和及减小产品碳足迹的背景下，需要进一步对产品进行减重，为了减小产品在1000N/m(UIC566
‑
2条件2)及850N前端集中载荷下的变形，需要提高材料的弯曲模量。通常的方案是在PC中加入填充物，这样不仅导致材料缺口冲击强度降低，同时配方中需加入增韧体系，但这会使材料的透光率降低到10％以下，而且存在严重的瑞丽散射，无法满足客户的半透明性定制需求。CN103724972B对阻燃扩散聚碳酸酯的耐低温冲击性能做了改善，但模量未改善，其阻燃未针对轨道车辆设计，无高模量效果。CN 209176692 U对安装的结构进行优化，提高PC行李架的可靠性，但未对PC的材料性能进行改进优化。CN 112778731 A对利用玻纤增强及反应型增韧体系对材料的缺口冲击性能进行改进，但其无法用在半透明产品中。CN111742011A沙特基础公司通过在聚碳酸酯中添加虽然一款阻燃耐低温冲击光扩散PC材料，但其是未增强规格，其弯曲模量低于纯聚碳酸酯，无法满足轨交行李架的技术指标。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料及其制备方法，通过添加特殊的增韧体系及填充体系，在未影响材料阻燃性及透光性的同时，控制填充料的直径及临界纤维强度，使材料的模量及缺口冲击强度同时提高。
[0004]本专利技术提供了一种高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料，按重量份数，包括如下组分：所述光扩散剂为聚倍半硅氧烷接枝硅橡胶。
[0005]所述双酚A型聚碳酸酯重均分子量Mw在25,000～55,000之间，分子量分布在1～1.5之间。
[0006]所述聚二甲氧基硅氧烷共聚PC中，碳酸酯单元重均分子量29000
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40000，硅质量分数5wt％
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10wt％之间。其Tg点在137℃
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145℃之间，二甲基硅烷摩尔浓度占配方中PC总摩尔数的在1.5％
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5％之间。为降低两种PC造成的瑞丽散射，聚二甲基硅氧烷共聚PC添加量优选降低到50％以下，折合成硅含量在2.5wt％
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5wt％之间。
[0007]所述复合阻燃剂由0.1
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1份的全氟丁基磺酸钾和0.2
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2份的交联的聚甲基苯基硅氧烷组成。
[0008]所述玻璃纤维为圆形玻璃纤维或扁形玻璃纤维。如果是圆形玻璃纤维，圆形玻璃纤维直径8
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15μm；如果是扁平玻璃纤维，厚度6μm
‑
8μm，扁平比4:1。所述玻璃纤维与树脂共混后，在树脂中临界纤维长度需满足：
[0009]Xc<(δf*s)/(π*d*δm)；其中，
[0010]Xc
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临界纤维长度μm；
[0011]δf
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纤维单丝强度N/Tex，换算为MPa；
[0012]s
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纤维的截面积m2；
[0013]d
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纤维直径μm；
[0014]δm
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纤维与树脂之间的界面强度MPa。
[0015]特别地，以10μm无碱纤维为例δm树脂与纤维之间的应力40MPa
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50MPa之间，纤维的临界长度Xc<200μm。
[0016]所述聚倍半硅氧烷接枝硅橡胶为核壳结构，直径1
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15μm，中值粒径5μm；硅橡胶折射率1.41，聚倍半硅氧烷核折射率1.43；表面硅橡胶硬度在邵氏A30。硅橡胶由八甲基环四硅氧烷、KH
‑
570、六甲基二硅氧烷、丙烯酸丁酯或丙烯酸甲酯乳液接枝，接枝后硅橡胶含量在2wt％t
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8wt％之间。
[0017]所述界面弱化剂为烯烃接枝马来酸酐共聚蜡，聚合度30
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50，重均分子量Mw＝3000
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6500，共聚物中马来酸酐重量比在40wt％
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60wt％之间，酸值在(95
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110)mg KOH/g之间。
[0018]本专利技术还提供了一种高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料的制备方法，包括：
[0019]按配比，将除玻璃纤维之外的其他各组分混合，喂入双螺杆挤出机主进料，将玻璃纤维从第五段侧料口喂入双螺杆挤出机(40：1)中，熔融挤出，得到高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料；其中挤出温度为：
[0020]段数第一段第二段第三段第四段第五段第六段第七段第八段第九段第十段温度150℃250℃270℃270℃260℃260℃260℃250℃250℃250℃
[0021]本专利技术还提供了一种高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料在轨道车辆行李架中的应用。
[0022]本专利技术的原理如下：
[0023]通常的光扩散剂为丙烯酸酯或有机硅球状，在界面处发生全发射，因此在PC聚合物中作为弱点存在，增加了缺口敏感性，导致随着厚度的增加，材料的缺口冲击强度降低。本专利技术采用的接枝型软质硅橡胶类为核
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壳型结构，表面有羟基苯基、环氧官能团，在与PC混合挤出时存在反应，使光扩散剂在PC中受到冲击时产生较强的界面能，因接枝率在5wt％以下，折射率与聚倍半硅氧烷相近，因此在透光性的前提下使光扩散剂对材料的性能降低到最小，增加了聚合物与光扩散剂之间的强度，降低了PC因厚度增加的缺口敏感性。
[0024]填充体系对材料的缺口冲击强度影响较大，因填充会降低材料的内聚能，使得材料模量的提升多以缺口冲击强度降低为代价。大多数的填充会使材料的缺口冲击强度降低，本专利技术通过加入界面控制剂及控制临界纤维长度小于Xc(临界纤维长度)的玻璃纤维，适当的降低纤维与树脂的界面强度，使材料受冲击时纤维会从树脂中抽出，在提高模量的同时，提高材料的缺口冲击强度。
[0025]有益效果
[0026](1)本专利技术克服了填充物对材料缺口冲击的降低，填充物选择无碱玻璃纤维在增强的同时，不降低缺口冲击强度，并且通过控制材料的临界纤维尺寸，减弱树脂与纤维的强度，使材料的缺口冲击强度增加；
[0027](2)本专利技术无需单独加入增韧剂，使用与PC反应的界面的光扩散剂，选择特殊粒径及表面的透明有机硅弹性体，作为光扩散剂的同时，同时达到增韧的效果。聚碳酸酯的缺口冲击随厚度增加的敏感性大幅降低，可使材料在4mm
‑
10mm缺口冲击强度>13kJ/m2；
[0028](3)本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高刚性耐低温冲击半透明阻燃PC材料，其特征在于：按重量份数，包括如下组分：分：所述光扩散剂为聚倍半硅氧烷接枝硅橡胶。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述双酚A型聚碳酸酯重均分子量Mw在25,000～55,000之间，分子量分布在1～1.5之间。3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述聚二甲氧基硅氧烷共聚PC中，碳酸酯单元重均分子量29000
‑
40000，硅质量分数5wt％
‑
10wt％之间。4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述复合阻燃剂由0.1
‑
1份的全氟丁基磺酸钾和0.2
‑
2份的交联的聚甲基苯基硅氧烷组成。5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述玻璃纤维为圆形玻璃纤维或扁形玻璃纤维；所述玻璃纤维与树脂共混后，在树脂中临界纤维长度需满足：Xc<(δf*s)/(π*d*δm)；其中，Xc
‑
临界纤维长度μm；δf
‑
纤维单丝强度N/Tex，换算为MPa；s
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海丰，陈增军，华国飞，刘应，刘淑辉，
申请(专利权)人：上海品诚控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：