具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料、其製備方法及用途與流程
2023-08-05 21:48:46
本發明涉及高分子聚合材料
技術領域：
，具體涉及抗衝擊性聚苯乙烯(HIPS)的改性。
背景技術：
：聚苯乙烯的生產始於1930年，是最早工業化生產的熱塑性聚合物之一。為了滿足韌性材料的要求，1950年開始開發橡膠改性聚苯乙烯(即高抗衝擊聚苯乙烯，HIPS)。通過將橡膠加入聚苯乙烯基材，可生產出具有不同性能的各種品級的高衝擊聚苯乙烯。近年來，已開發出各種特殊品級的HIPS，已有阻燃級、抗應力開裂級、高光澤度級、極高衝擊強度級、玻璃纖維增強級以及低殘留揮發分級等，它們在許多應用領域中已能與昂貴的工程樹脂相競爭。抗衝擊聚苯乙烯突出的特性是易加工、尺寸穩定性優異、衝擊強度高並且有較高剛性。對於HIPS只是在耐熱性、氧滲透性、紫外光穩定性和耐油品性方面有一定限度。目前，高耐熱性、高阻燃性HIPS材料主要採用溴系阻燃劑與阻燃協效劑進行復配形成阻燃體系，該體系在塑料遇熱燃燒時能夠產生一層無機物層包覆燃燒部位，以隔絕可燃性基材與火焰，進而能夠阻止火勢的繼續漫延，起到阻燃的效果。但由於HIPS材料熱變形偏低，燃燒時容易捲曲滴落，使其無法達到VO級的阻燃效果。高抗衝聚苯乙烯(HIPS)是聚苯乙烯(PS)的改性品種，含有2％～15％的丁苯或順丁橡膠，與PS相比，具有較高的韌性和抗衝擊強度，並且保留了PS易成型易加工的優點，可進行注塑、擠塑、真空吸塑等成型加工，廣泛用於家用電器、辦公設備、儀器儀表、汽車零部件、日用器具及包裝材料等領域。HIPS的極限氧指數(LOI)為18％，屬於易燃性塑料，且燃燒時產生有毒氣體和黑煙，限制了該材料在某些阻燃性要求較高領域應用。隨著各國對防火要求的日益提高，HIPS的阻燃等級需要達到一個比較高的水平方能滿足技術發展的需求。為了達到阻燃要求，目前國內市場主要採用含滷素有機物和三氧化二銻(Sb2O3)復配的阻燃劑生產阻燃HIPS。溴系阻燃劑受到二噁英問題的困擾而使其應用受到限制，同時，用溴-銻系統阻燃的高分子材料在熱裂解及燃燒時會生成大量的煙塵及腐蝕性氣體，目前國外已大量以無滷阻燃劑進行替代。中國工業中高分子材料所用阻燃劑近80％為含滷阻燃劑，特別是以PBDE和PBB為代表的含溴阻燃劑效率高、用量少，中國供出口電子電氣類產品中70％-80％都用此類阻燃劑。CN101768318A中公開的一種無滷阻燃高抗衝擊聚苯乙烯複合材料，包括高抗衝擊聚苯乙烯(HIPS)65-85份、成炭劑聚苯醚(PPO)15-35份、阻燃劑微膠囊紅磷(MRP)5-20份、增韌劑苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)4-15份、助阻燃劑聚四氟乙烯(PTFE)0.3-1.5份、助阻燃劑納米無機填料0.3-1.5份及抗氧劑0.1-0.5份。該複合材料不含滷素，達到高阻燃級別的同時各項力學性能優異，適用於製造有阻燃要求的家用電器外殼、辦公自動化設備部件、儀器儀表殼體等產品，然而，其仍然無法滿足與通電部件接觸材料所需的阻燃性能要求。電器產品中使用了大量的塑料，電器與電接觸，塑料具有可燃性，容易引起火災，因此電器產品製造過程中急需即具有較高阻燃性能的材料作為電器與電接觸的關鍵部件。如何開發出安全可靠、有實用價值的高耐熱性、高阻燃性HIPS材料具有重要的現實意義，並且高耐熱性高阻燃性的阻燃HIPS材料在電器製件上有著十分廣闊的應用空間。技術實現要素：有鑑於此,本發明的目的在於提供一種同時兼具力學性能強、耐熱性能高、阻燃等級高的改性的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，本發明通過在阻燃材料加工過程中優化樹脂比例、並加入適當份數的高耐熱性、高強度熱塑性樹脂材料，所得複合材料不僅可以減少阻燃劑的添加量、實現環保要求，並且能夠在大幅提高阻燃材料的耐熱性能的同時，提高其力學性能以及阻燃等級。本發明涉及一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯(HIPS)材料，按重量份計，原料包括：進一步地，所述抗衝擊性聚苯乙烯樹脂為單一的樹脂；或兩種以上不同拉伸強度、衝擊強度的抗衝擊性聚苯乙烯樹脂的混合。進一步地，所述阻燃劑包括十溴二苯乙烷、四溴雙酚A、或溴代三嗪中的一種或其任意組合。進一步地，所述阻燃協效劑包括三氧化二銻、亞磷酸二胺、或季戊四醇中的一種或其任意組合。進一步地，所述聚苯醚(PPO)為單一的樹脂；或兩種以上不同拉伸強度、衝擊強度的耐熱聚苯醚PPO的混合。進一步地，所述增韌劑為單一的熱塑性彈性體；或者兩種以上不同力學性能的熱塑性彈性體ABS高膠粉的混合。進一步地，所述其它助劑包括抗UV劑622和抗氧化劑1010、168。本發有進一步還提供前述高耐熱性、高阻燃等級HIPS複合材料的製備方法，包括如下步驟：按所述重量份稱取各原料，然後將所述原料加入高速混合機，然後對混合物進行造粒；優選地，所述高速混合機的轉速為每分鐘400-600轉；進一步優選地，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。更進一步地，本發明還提供前述材料的用途，其包括將所述材料用於儀器儀表和/或消費電器。優選地，所述用途包括小型儀表、冰箱內壁和/或冰箱內部零件、電視機外殼和/或電視機內部零件、空調部件、商業機器、錄音和/或錄相磁帶盒、以及汽車內飾部件。本發明所得高耐熱性、高阻燃的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料的性能參數包括：拉伸強度為25.1-36.7MPa；彎曲強度46.6-56.8MPa；缺口衝擊度7.1-11.7KJ/m2；熱變形溫度61.8-82.2℃；熔融指數1.4-10.8g/10min；餘焰時間1.8-9.5s本發明通過在抗衝擊性聚苯乙烯(HIPS)改性過程中加入高耐熱樹脂，通過調配、優化各組分的加入量，在減少阻燃劑添加量的情況下，仍然能夠使得改性後的複合材料阻燃性能大幅提高，達到1.5mmVO等阻燃等級。同時，由於配方的優化，使得本發明製備所得的複合材料在具備優益的阻燃性能的同時，還具備較好的力學性能、以及較高的耐熱性能。拉伸強度最高達到36.7MPa、彎曲強度最高達56.8MPa、缺口衝擊度最高達11.7KJ/m2、熱變形溫度最高達82.2℃、熔融指數最高達10.8g/10min、餘焰時間最短為1.8s。具體實施方式以下基於實施例對本發明進行描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。實施例中所用材料均滿足以下性能要求：HIPS：拉伸強度≥25.0MPa、小樣條彎曲強度≥43.0MPa、小樣條懸臂梁缺口衝擊強度≥10.0KJ/m2、熔融指數2-15g/10min(230℃，2.16kg)、斷裂伸長率≥25.0％、熱變形溫度≥70℃。優選地，當使用兩種以上不同拉伸強度、衝擊強度的HIPS時，其中一種HIPS的拉伸強度為≥30.0MPa、小樣條懸臂梁缺口衝擊強度為≥10.0KJ/m2，另一種HIPS的拉伸強度為≥25.0MPa、小樣條懸臂梁缺口衝擊強度為≥120.0KJ/m2。PPO：拉伸強度≥55.0MPa、小樣條彎曲強度≥80.0MPa、小樣條懸臂梁缺口衝擊強度≥10.0KJ/m2、熔融指數7-25g/10mim(280℃，5kg)、斷裂伸長率≥15.0％、熱變形溫度≥95℃。優選地，當使用兩種以上不同拉伸強度、衝擊強度的PPO時，其中一種PPO的拉伸強度為≥60.0MPa、小樣條懸臂梁缺口衝擊強度為≥10.0KJ/m2，另一種PPO的拉伸強度為≥55.0MPa、小樣條懸臂梁缺口衝擊強度為≥13.0KJ/m2。其它助劑：UV劑622和抗氧化劑1010、168以任意配比加入；優選加入量配比為，二者各佔50％。實施例1：一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，其配方組分包括：HIPS樹脂70kg、阻燃劑18kg、阻燃協效劑7kg、增韌劑4.5kg、其它助劑：抗UV劑、抗氧劑0.5kg。其製備工藝為：按上述重量稱取各原料，然後將所述原料全部加入高速混合機，在轉速為每分鐘500轉的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻後，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。實施例2：一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，其配方組分包括：HIPS樹脂75kg、阻燃劑15kg、阻燃協效劑5kg、增韌劑4.5kg、其它助劑：抗UV劑、抗氧劑0.5kg。其製備工藝為：按上述重量稱取各原料，然後將所述原料全部加入高速混合機，在轉速為每分鐘500轉的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻後，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。實施例3：一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，其配方組分包括：HIPS樹脂80kg、阻燃劑12kg、阻燃協效劑3kg、增韌劑4.5kg、其它助劑：抗UV劑、抗氧劑0.5kg。其製備工藝為：按上述重量稱取各原料，然後將所述原料全部加入高速混合機，在轉速為每分鐘500轉的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻後，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。實施例4：一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，其配方組分包括：HIPS樹脂76.5kg、阻燃劑17kg、阻燃協效劑6kg、其它助劑：抗UV劑、抗氧劑0.5kg。其製備工藝為：按上述重量稱取各原料，然後將所述原料全部加入高速混合機，在轉速為每分鐘400-600轉，優選為500轉的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻後，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。實施例5：一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，其配方組分包括：HIPS樹脂74kg、阻燃劑16kg、阻燃協效劑5kg、增韌劑4.5kg、其它助劑：抗UV劑、抗氧劑0.5kg。其製備工藝為：按上述重量稱取各原料，然後將所述原料全部加入高速混合機，在轉速為每分鐘500轉的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻後，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。實施例6：一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，其配方組分包括：HIPS樹脂69.5kg、阻燃劑15kg、阻燃協效劑5kg、增韌劑10kg、其它助劑：抗UV劑、抗氧劑0.5kg。其製備工藝為：按上述重量稱取各原料，然後將所述原料全部加入高速混合機，在轉速為每分鐘500轉的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻後，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。實施例7：一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，其配方組分包括：HIPS樹脂73kg、阻燃劑15kg、阻燃協效劑5kg、PPO2kg、增韌劑4.5kg、其它助劑：抗UV劑、抗氧劑0.5kg。其製備工藝為：按上述重量稱取各原料，然後將所述原料全部加入高速混合機，在轉速為每分鐘500轉的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻後，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。實施例8：一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，其配方組分包括：HIPS樹脂70kg、阻燃劑15kg、阻燃協效劑5kg、PPO5kg、增韌劑4.5kg、其它助劑：抗UV劑、抗氧劑0.5kg。其製備工藝為：按上述重量稱取各原料，然後將所述原料全部加入高速混合機，在轉速為每分鐘500轉的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻後，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。實施例9：一種具有高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯複合材料，其配方組分包括：HIPS樹脂65kg、阻燃劑15kg、阻燃協效劑5kg、PPO10kg、增韌劑4.5kg、其它助劑：抗UV劑、抗氧劑0.5kg。其製備工藝為：按上述重量稱取各原料，然後將所述原料全部加入高速混合機，在轉速為每分鐘500轉的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻後，經過混合後的物料通過雙螺杆擠出機進行造粒，擠出溫度為150-210℃。實施例1-9所得產品經過性能測試所得的結果，見表1測試條件為：將實施例1～9經改性造粒得到的粒子在180-215℃的注塑機中注塑成型拉伸、彎曲、衝擊樣條，按國標標準對樣條進行性能測試。測試樣條在測試前先在(23±2)℃，溼度(50±10)％的環境中放置88h。拉伸樣條尺寸：長度(mm)寬度(mm)厚度(mm)150±210±0.24±0.2彎曲樣條尺寸：長度(mm)寬度(mm)厚度(mm)80±210±0.24±0.2衝擊樣條尺寸：熱變形樣條尺寸：長度(mm)寬度(mm)厚度(mm)80±210±0.24±0.2阻燃樣條尺寸：長度(mm)寬度(mm)厚度(mm)125±513±0.51.5±0.1從測試結果分析可以看出：1)從實施例1、實施例2、實施例3可以看出隨著HIPS樹脂比例的增加，所得高耐熱性、高阻燃等級的抗衝擊性聚苯乙烯(HIPS)複合材料的拉伸強度、彎曲強度、衝擊強度皆均同時提高，這是因為隨著HIPS樹脂的增加，粉體含量相對減少，力學性能增強；但隨著HIPS樹脂增加導致複合材料中阻燃劑添加量的降低，由此易引起複合材料阻燃性能變差，並帶有滴落現象，從而使材料不符合V0阻燃等級。因此，實施例2中調整HIPS樹脂與阻燃劑的加入量，所得複合材料能夠達到VO阻燃等級，所以，實施例的HIPS樹脂、阻燃劑比例最佳。2)從實施例4、實施例5和實施例6可以看到增韌劑可以很好地提高複合材料的抗衝擊性能，但同時會降低材料的彎曲強度和拉伸強度。與此同時，增韌劑添加量的增加會導致複合材料阻燃性的急劇下降，因此合適添加量的增韌劑十分重要。從實施案例來看，實施例5的增韌劑添加比例最佳。3)從實施例7、實施例8、實施例9可以看出添加PPO能很好地提高材料的力學性能，添加量越多，複合材料的力學性能更高，同時還能保證複合材料具有較好的阻燃性，但其熔融指數降低，會使加工性能變差。綜合加工性能和成本考慮，實施例8的高耐熱樹、高性能脂添加量最佳。4)從實施例1-5可以看出，隨著阻燃劑添加量的增加，材料的阻燃性會提升，但熔融指數和力學性能會降低，成本也會上升。因此實施例2的阻燃劑添加量為最佳比例。從上述實施例可知，通過添加適量具有阻燃性能的高耐熱樹、高性能PPO，既能提高複合材料的阻燃性，又能提升複合材料的力學性能。從實施例2與實施例8可以看出，添加的高耐熱樹、高性能脂與HIPS樹脂有著很好的相容性，不需要添加相容劑就能也很好地互混，並增長複合材料的力學性能。根據上述實例可知，實施例8的製備方法，可以得到高耐熱、高阻燃性、且力學性能極佳的HIPS複合材料。以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3