專利名稱：聚碳酸酯復合材料、其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于工程塑料技術領域，尤其涉及一種聚碳酸酯復合材料、其制備方法和應用。
背景技術：
聚碳酸酯(PC)具有優良的熱穩定性、耐蠕變性、電絕緣性和阻燃性等特點，是一種性能優異的通用工程塑料，自問世以來迅速在發達國家形成產業化生產，且技術持續發展。普通聚碳酸酯材料雖然具有一定的耐寒性，然而在實際生產應用中，仍無法滿足耐低溫(_40°C以下)要求。為了保證聚碳酸酯復復合材料的阻燃性能，需要在復合材料中加入一定量的阻燃劑。阻燃劑屬于小分子，與大分子的PC之間的相容性較差，在PC中加入阻燃劑后，PC復合材料的耐低溫性能會更加難以保證。
發明內容
有鑒于此，本發明提供一種聚碳酸酯復合材料，解決現有技術中PC材料難以同時具有耐低溫性能及阻燃性能的技術問題；以及該聚碳酸酯復合材料的制備方法和應用。本發明是這樣實現的，一種聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分
熱塑性聚氨酯5 25份
聚碳酸酯44 88份
無鹵阻燃劑4-20份
相容劑3 7份
偶聯劑O. I 2份
分散劑O. I 2份
抗氧劑0.2 0.6份所述相容劑為碳酸酯型聚氨酯。以及，上述聚碳酸酯復合材料制備方法，包括如下步驟按配方稱取該熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯、無鹵阻燃劑、相容劑、偶聯劑、分散劑及抗氧劑；將該無鹵阻燃劑、偶聯劑混合，得到第一混合物；
將該第一混合物、聚碳酸酯、分散劑、抗氧劑及干燥處理后的熱塑性聚氨酯、相容劑混合，得到第二混合物；將該第二混合物熔融擠出處理，得到聚碳酸酯復合材料。本發明還提供上述聚碳酸酯復合材料在電器、汽車中的應用。本發明聚碳酸酯復合材料，通過在聚碳酸酯中加入熱塑性聚氨酯，使聚碳酸酯復合材料的耐低溫性能得到明顯增強；通過加入無鹵阻燃劑使得復合材料的阻燃性能得到顯著提升，同時通過相容劑與偶聯劑對熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯及無鹵阻燃劑之間的相容性進行改進，有效的消除了無鹵阻燃劑對復合材料耐低溫性能的影響，實現了聚碳酸酯復合材料同時具有耐低溫性能和阻燃性能。本發明聚碳酸酯復合材料制備方法只需將相應組分分步混合后熔融擠出，其工藝簡單，成本低廉，生產效益高，非常適于工業化生產。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明實施例提供一種聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分
熱塑性聚氨酯5-25份
聚碳酸酯44 88份
無鹵阻燃劑4 20份
相容劑3-7份
偶聯劑O. I 2份
分散劑O. I 2份
抗氧劑0.2 0.6份所述相容劑為碳酸酯型聚氨酯。本發明聚碳酸酯復合材料，通過熱塑性聚氨酯對聚碳酸酯進行改性，使聚碳酸酯復合材料的耐低溫性能得到有效的提升；同時加入無阻阻燃劑對復合材料的阻燃性能進行改性，使其阻燃性能實現大大提升。加入無鹵阻燃劑后，由于無鹵阻燃劑與聚碳酸酯及熱塑性聚氨酯之間的相容性較低，會使得聚碳酸酯與熱塑性聚氨酯組合物的耐低溫性能下降，通過加入相容劑，該相容劑會顯著改善熱塑性聚氨酯與聚碳酸酯之間的相容性，改善熱塑性聚氨酯與聚碳酸酯共混時出現的相分離現象，同時提高無鹵阻燃劑與熱塑性聚氨酯及聚碳酸酯之間的相容性，因此有效消除無鹵阻燃劑對復合材料耐低溫性能的影響，實現復合材料既具有良好的耐低溫性能也具有優良的阻燃性能。該偶聯劑的加入能夠使復合材料之間產生一定程度的交聯，從而提高復合材料的耐高溫性能及機械性能。該熱塑性聚氨酯是指熱可塑性TPU彈性體，可以選自市售產品，例如，煙臺萬華公司生產的TPU 1185及1195等。該聚碳酸酯(PC)優選重均分子量為2000(Γ30000雙酚A型聚碳酸酯，例如，Dow公司生產的PC 301-10。聚碳酸酯在前述熱塑性聚氨酯的改性下，其耐低溫性能及抗沖擊性能能夠得到一定提升，但試驗發現，PC和熱塑性聚氨酯之間的相容性不佳，兩者共混時會發生相分離的現象。同時，如果在PC及熱塑性聚氨酯組合樹脂中加入其它的助劑如抗氧劑與阻燃劑后，由于助劑與上述兩種樹脂之間的相容性較差，會使得整個體系的相容性進一步降低，這對PC復合材料的整體性能會產生很大的影響，特別是PC的耐低溫性能。該無鹵阻燃劑的重量份數為Γ20份，優選為1(Γ18份。該無鹵阻燃劑選自磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、硅系阻燃劑或磷氮系阻燃劑中的一種或兩種以上。例如，磷系阻燃劑選用浙江萬盛生產的無鹵磷酸酯阻燃劑ΡΧ-220，磷氮系阻燃劑選用英國普賽呋公司生產的磷 氮系阻燃劑400Α，硅系阻燃劑選用日本鐘淵公司生產的硅系阻燃劑MR01。復配無鹵阻燃劑為ΡΧ-220、400Α及MROl中兩種復配得到，其中ΡΧ-220用量(按重量份數)為0_18份，400Α用量為0-10份，MROl用量為0-2份。無鹵阻燃劑一方面使復合材料的阻燃性能增強，但另一方面使復合材料的相容性下降，耐低溫性能降低，因此無鹵阻燃劑的用量對復合材料的性能起到非常大的影響。通過實驗發現，在上述的1(Γ18份范圍內，既能夠保證復合材料的阻燃性能，又能夠最有效的防止無鹵阻燃劑對復合材料耐低溫性能的影響。該相容劑選自碳酸酯型聚氨酯。碳酸酯型聚氨酯中，分子鏈上含有兩種官能團，一種是聚碳酸酯官能團，另一種是聚氨酯官能團，由于同時具有這兩種官能團，使得熱塑性聚氨酯與聚碳酸酯之間的相容性大大增加，從而也使整個體系的相容性增加。該偶聯劑為硅烷偶聯劑與多官能團活性化合物復配得到。硅烷偶聯劑優選為環氧基硅烷偶聯劑，例如ΚΗ-560 ;多官能團活性化合物優選為多官能團環氧化合物的環氧基團，如Basf公司的ADR-4370S。復配比例為I: f 1:3，優選比例為I :2。該復配偶聯劑具有環氧活性基團，可與復活材料中的聚碳酸酯及聚氨酯等的羥基、氨基等活性基團發生反應，與上述碳酸酯型聚氨酯相容劑相互配合，能夠顯著改善熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯及無鹵阻燃劑共混相分離現象，因此實現了聚碳酸酯復合材料既具有優良的耐低溫性能，同時具有較好的阻燃性能。同時，該偶聯劑的存在能夠使復合材料在熔融擠出時發生輕微的交聯反應，增強復合材料的機械性能。該分散劑選自硅酮化合物，如美國道康寧公司的MB50-007、MB50-017、MB50-315等。通過加入分散劑，能夠有效防止上述無鹵阻燃劑及后續抗氧劑的團聚，增強體系的整體相容性，實現聚碳酸酯復合材料整體性能的提升。該抗氧劑沒有限制，例如，抗氧劑為四[3- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戍四醇酯或亞磷酸三(2,4- 二叔丁基苯酯)，可以通過Ciba公司生產的IrganoxlOlO和Irganoxl68)復配得到。進一步，上述聚碳酸酯復合材料中還包括重量份數為O. 份的加工助劑,該加工助劑可以為水解抑制劑、紫外線吸收劑中的一種或兩種。本發明實施例進一步提供上述聚碳酸酯復合材料制備方法，包括如下步驟步驟SOl，提供原料
按配方稱取該熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯、無鹵阻燃劑、相容劑、偶聯劑、分散劑及抗氧劑；步驟S02，制備第一混合物將該無鹵阻燃劑、偶聯劑于高混機中混合1(Γ20分鐘，得到第一混合物；步驟S03，制備第二混合物將該第一混合物、聚碳酸酯、分散劑、抗氧劑及干燥處理后的熱塑性聚氨酯、相容劑混合，得到第二混合物；步驟S04，擠出處理將所述第二混合物熔融擠出處理，得到聚碳酸酯復合材料。 具體地，在步驟SOl中，該熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯、無鹵阻燃劑、相容劑、偶聯劑、分散劑及抗氧劑和前述的相同，在此不重復闡述。進一步，步驟SOl中還稱取重量分數為O. Γ1份的加工助劑，該加工助劑和前述相同，在此不重復闡述。進一步，步驟SOl后還包括干燥的步驟，具體為將該熱塑性聚氨酯、相容劑在8(Γ100 烘箱干燥3 4小時，所用的干燥設備沒有限制。步驟S03中，還包括加入上述加工助劑的步驟。步驟S04中，擠出處理所用的設備為單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機，擠出工藝條件為一區溫度200-230 °C，二區溫度200-230 °C，三區溫度200-230 °C，四區溫度200-2300C，機頭200-220°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為12_18MPa。本發明實施例聚碳酸酯復合材料制備方法，操作簡單，成本低廉，非常適于工業化生產。本發明實施例進一步提供上述聚碳酸酯復合材料在電子器件、汽車中的應用。以下結合具體實施例對上述聚碳酸酯復合材料及其制備方法進行詳細闡述。實施例I本發明實施例聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分TPU 1185 5 份；PC301_10 88 份；790 3 份；KH560 O. I 份；ADR_4370 O. I 份；PX-200 3 份；MR01 I 份；MB50-007 O. I 份；1010 O. I 份、168 O. I 份。本發明實施例聚碳酸酯復合材料制備方法，包括以下步驟a :稱取上述各個含量的組分，先將熱塑性聚氨酯、相容劑在45°C真空干燥箱干燥3-4小時；b :將無鹵阻燃劑、偶聯劑在高速混合器中混合均勻，得到第一混合物；c :向第一混合物中加入該聚碳酸酯樹脂、分散劑、抗氧劑、加工助劑、步驟a干燥好的熱塑性聚氨酯、相容劑，繼續混合至均勻，得到第二混合物；d :將步驟c中混合好的第二混合物投入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經過熔融擠出，造粒；雙螺桿擠出機一區溫度230°C，二區溫度230°C，三區溫度230°C，四區溫度230°C，機頭220°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為18MPa。其工藝條件為雙螺桿擠出機一區溫度200°C，二區溫度200°C，三區溫度200°C，四區溫度200°C，機頭200°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為12MPa。
實施例2本發明實施例聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分TPU 1195 10 份；PC301-10 75 份；790 5 份；ADR-4370 0· 6 份、KH560 O. 3 份；PX-200 7 份；400A 2 份；MR01 0. I 份；MB50-007 0. 5 份；1010 0. 2 份、1680. I 份。本發明實施例聚碳酸酯復合材料制備方法，包括以下步驟a :稱取上述各個含量的組分，先將熱塑性聚氨酯、相容劑在45°C真空干燥箱干燥3-4小時；b :將無鹵阻燃劑、偶聯劑在高速混合器中混合均勻，得到第一混合物；c :向第一混合物中加入該聚碳酸酯樹脂、分散劑、抗氧劑、加工助劑、步驟a干燥好的熱塑性聚氨酯、相容劑，繼續混合至均勻，得到第二混合物； d :將步驟c中混合好的第二混合物投入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經過熔融擠出，造粒；其工藝條件為雙螺桿擠出機一區溫度230°C，二區溫度230°C，三區溫度230°C，四區溫度230°C，機頭220°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為18MPa。實施例3本發明實施例聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分TPU 1195 15 份；PC301-10 59 份；790 7 份；KH560 O. 5 份；ADR-4370 O. 5 份；PX-200 10 份；400A 6 份；MROI I 份；MB50-007 I 份；1010 O. 4 份、168 O. 2 份。本發明實施例聚碳酸酯復合材料制備方法，包括以下步驟a :稱取上述各個含量的組分，先將熱塑性聚氨酯、相容劑在45°C真空干燥箱干燥3-4小時；b :將無鹵阻燃劑、偶聯劑在高速混合器中混合均勻，得到第一混合物；c :向第一混合物中加入該聚碳酸酯樹脂、分散劑、抗氧劑、加工助劑、步驟a干燥好的熱塑性聚氨酯、相容劑，繼續混合至均勻，得到第二混合物；d :將步驟c中混合好的第二混合物投入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經過熔融擠出，造粒；其工藝條件為雙螺桿擠出機一區溫度230°C，二區溫度230°C，三區溫度230°C，四區溫度230°C，機頭220°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為18MPa。實施例4本發明實施例聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分TPU 1185 20 份；PC301-10 50 份；790 7 份；KH560 O. 5 份；ADR-4370 I 份；PX-200 10 份；400A 8 份；MROI 2 份；MB50-007 I. 5 份；1010 O. 4 份、1680. 2 份。本發明實施例聚碳酸酯復合材料制備方法，包括以下步驟a :稱取上述各個含量的組分，先將熱塑性聚氨酯、相容劑在45°C真空干燥箱干燥3-4小時；b :將無鹵阻燃劑、偶聯劑在高速混合器中混合均勻，得到第一混合物；c :向第一混合物中加入該聚碳酸酯樹脂、分散劑、抗氧劑、加工助劑、步驟a干燥好的熱塑性聚氨酯、相容劑，繼續混合至均勻，得到第二混合物；d :將步驟c中混合好的第二混合物投入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經過熔融擠出，造粒；其工藝條件為雙螺桿擠出機一區溫度220°C，二區溫度220°C，三區溫度220°C，四區溫度220°C，機頭210°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為15MPa。
實施例5本發明實施例聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分TPU 1195 25 份；PC301-10 44 份；790 7 份；KH560 O. 5 份；ADR-4370 I. 5 份；PX-200 7 份；400A 11 份；MROl 2 份；MB50-007 2 份；1010 O. 4 份、168 O. 2 份。本發明實施例聚碳酸酯復合材料制備方法，包括以下步驟a :稱取上述各個含量的組分，先將熱塑性聚氨酯、相容劑在45°C真空干燥箱干燥 3-4小時；b :將無鹵阻燃劑、偶聯劑在高速混合器中混合均勻，得到第一混合物；c :向第一混合物中加入該聚碳酸酯樹脂、分散劑、抗氧劑、加工助劑、步驟a干燥好的熱塑性聚氨酯、相容劑，繼續混合至均勻，得到第二混合物；d :將步驟c中混合好的第二混合物投入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經過熔融擠出，造粒；其工藝條件為雙螺桿擠出機一區溫度200°C，二區溫度200°C，三區溫度200°C，四區溫度200°C，機頭200°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為12MPa。對比例I本發明對比例聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分TPU 1195 10 份；PC301-10 75 份；PX-200 7 份；400A 2 份；MROI O. I 份；MB50-007 O. 5 份；1010 O. 2 份、168 O. I 份。本發明對比例聚碳酸酯復合材料制備方法，包括以下步驟a :稱取上述各個含量的組分，先將熱塑性聚氨酯在45°C真空干燥箱干燥3_4小時；b:向無鹵阻燃劑中加入該聚碳酸酯樹脂、分散劑、抗氧劑、加工助劑、步驟a干燥好的熱塑性聚氨酯，繼續混合至均勻，得到混合物；c :將步驟b中混合好的混合物投入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經過熔融擠出，造粒；其工藝條件為雙螺桿擠出機一區溫度230°C，二區溫度230°C，三區溫度230°C，四區溫度230°C，機頭220°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為18MPa。對比例2本發明對比例聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分TPU 1185 20 份；PC301-10 50 份；790 7 份；PX-200 10 份；400A 8 份；MROl 2 份；MB50-007 I. 5 份；1010 O. 4 份、168 O. 2 份。本發明對比例聚碳酸酯復合材料制備方法，包括以下步驟a :稱取上述各個含量的組分，先將熱塑性聚氨酯在45°C真空干燥箱干燥3_4小時；b:向無鹵阻燃劑中加入該聚碳酸酯樹脂、分散劑、抗氧劑、加工助劑、步驟a干燥好的熱塑性聚氨酯，繼續混合至均勻，得到混合物；c :將步驟b中混合好的混合物投入到雙螺桿擠出機的加料斗中，經過熔融擠出，造粒；其工藝條件為雙螺桿擠出機一區溫度220°C，二區溫度220°C，三區溫度220°C，四區溫度220°C，機頭210°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為15MPa。性能測試拉伸強度按ASTM D-638標準進行檢驗。樣條尺寸(mm) :165 (長)X 19 (端部寬度)Χ3· 05 (厚度)，拉伸速度為50mm/min ；彎曲強度和彎曲模量按標準ASTM D-790進行檢驗。試樣尺寸(mm)127 X 12. 67 X 3. 67，跨度為 48，彎曲速度為 20mm/min ；缺口沖擊強度按ASTM D-256標準進行檢驗。試樣尺寸(mm) :63. 5X 12. 45X3. I ；缺口剩余厚度為I. 9mm ;低溫性能測試將試樣于-40°C烘箱放置4小時后立即測試缺口沖擊強度。熱變形溫度按ASTM-648進行檢驗。試樣尺寸(mm) : 128 X 13 X 6. 4，最大變形量為O. 25 ；阻燃按UL-94標準進行測試，垂直燃燒。試樣尺寸(mm) :127 X 13 X 2. 86，I. 67，O. 8。·
實施例I飛及對比例2配方及材料性能見表I :表I
權利要求
1.一種聚碳酸酯復合材料，包括如下重量份數的組分熱塑性聚氨酯5 25份聚碳酸酯44 88份無鹵阻燃劑4-20份相容劑3-7份偶聯劑O. I 2份分散劑0.1-2份抗氧劑0.2 0.6份 所述相容劑為碳酸酯型聚氨酯。
2.如權利要求I所述的聚碳酸酯復合材料，其特征在于，所述無鹵阻燃劑選自磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、硅系阻燃劑或磷氮系阻燃劑中的一種或兩種以上。
3.如權利要求I所述的聚碳酸酯復合材料，其特征在于，所述分散劑選自硅酮化合物。
4.如權利要求I所述的聚碳酸酯復合材料，其特征在于，還包括重量份數為O.f I份的加工助劑。
5.如權利要求f4任一項所述的聚碳酸酯復合材料的制備方法，包括如下步驟 按配方稱取所述熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯、無齒阻燃劑、相容劑、偶聯劑、分散劑及抗氧劑； 將所述無鹵阻燃劑、偶聯劑混合，得到第一混合物； 向第一混合物中加入所述聚碳酸酯、分散劑、抗氧劑及干燥處理后的熱塑性聚氨酯、相容劑混合，得到第二混合物； 將所述第二混合物熔融擠出處理，得到聚碳酸酯復合材料。
6.如權利要求5所述的聚碳酸酯復合材料制備方法，其特征在于所述擠出處理的工藝條件為 一區溫度20(T230°C，二區溫度20(T230°C，三區溫度20(T230°C，四區溫度20(T230°C，機頭20(T220°C，主機轉速為450轉/分鐘，壓力為12 18MPa。
7.如權利要求Γ4任一項所述的聚碳酸酯復合材料在電器、汽車中的應用。
全文摘要
本發明適用于工程塑料領域，提供了一種聚碳酸酯復合材料、其制備方法和應用。該聚碳酸酯復合材料包括熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯、無鹵阻燃劑、相容劑、偶聯劑、分散劑及抗氧劑等。本發明聚碳酸酯復合材料，通過在聚碳酸酯中加入熱塑性聚氨酯，使聚碳酸酯復合材料的耐低溫性能得到明顯增強；通過加入無鹵阻燃劑使得復合材料的阻燃性能得到顯著提升，同時通過相容劑對熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯及無鹵阻燃劑之間的相容性進行改進，有效的消除了無鹵阻燃劑對復合材料耐低溫性能的影響，實現了聚碳酸酯復合材料同時具有耐低溫性能和阻燃性能。本發明聚碳酸酯復合材料制備方法，操作簡單，成本低廉，生產效益高，非常適于工業化生產。
文檔編號C08L69/00GK102898805SQ20121040608
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者徐東, 徐永, 謝建達 申請人:深圳市科聚新材料有限公司