一種低熱釋放聚碳酸酯材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及聚碳酸酯材料技術領域,尤其涉及一種低熱釋放聚碳酸酯材料及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 普通應用領域一般用UL(美國保險商實驗室)體系來評估材料的防火效果,該體 系著重考查材料的初始可燃性。對人員高度集中、空間相對狹小封閉的飛機機艙而言,材料 一旦著火燃燒,就會大量消耗氧氣、釋放熱量并產生有毒可燃的氣體,可燃氣體會進一步助 燃產生更多熱量,熱量集中釋放就會營造一個局部的高溫環境,導致材料加速降解并產生 更多有毒可燃氣體。用UL體系評估艙內材料阻燃性能僅適合于火災初期,一旦局部高溫環 境形成,將會由艙內材料可燃氣體釋放量的速率(或者說耗氧速率)來決定乘員逃生時間。
[0003] 1917年,Thornton發現大多數高聚物燃燒時,產生的可燃氣體每消耗1kg氧,將放 出(13. 1±0. 7)MJ熱量。1980年,Huggett建立了通過測定高聚物燃燒耗氧量來估算其熱 釋放速率的方法。依據此原理,Babrauskas于1982年發明了錐形量熱儀,俄亥俄州立大學 也改進并制造出了高精度的0SU量熱儀。1984年,FAA頒布了聯邦航空條例(FAR),確立了 機艙內材料阻燃性能的適航標準FAR25. 853,相應熱釋放控制條款為FAR25. 853 (d),推薦 使用0SU量熱儀作為的標準測試方法。FAR25. 853(d)的控制性指標逐步提高,推動著新型 低熱釋放材料的持續發展。1996年,FAA和FTT公司又合作開發了FAA微型量熱儀,使得熱 釋放測試變得更加方便快捷。
[0004] 自從1984年FAA發布FAR以來,其他國家和地區紛紛以此為藍本制定了自己的航 空條例,其內容也基本相同。以2001年修訂后的運輸類飛機適航標準FAR25部為例,其中 客艙內部設施熱釋放控制性條款為FAR25. 853 (d),其接受準則規定的熱輻射下客艙材料2 分鐘總放熱量的平均值不得超過65kW?min/m2, 5分鐘內峰值熱釋放速率的平均值不得超 過65kW*min/m2。相應地,歐洲航空安全局(EASA)和中國民用航空局(CAAC)適航標準的 相關條款為EASA25. 853 (d)和CCAR25. 853 (d),規章的序號和內容都相同。各國航空器制造 單位如波音和空客,雖然也有各自的材料使用標準,但都統一遵循這一條款。
[0005] 聚碳酸酯(PC)綜合性能優異,較容易通過改性實現阻燃性能的提高和熱釋放的 降低,是一種理想的航空材料開發對象,在機艙內部有廣泛的應用前景,比如行李架部件、 座椅部件、手推車部件、空調部件、箱柜部件、天花板、舷窗、壁板、餐板、地板、貨艙地墊、航 空托盤等,由于具有低比重特性,可以有效降低飛機負荷,節省燃油,減少二氧化碳排放。
[0006] 迄今為止,已經有多種方法來降低聚碳酸酯材料的熱釋放,以使其達到艙內材料 使用標準。
[0007]USP4629759公開了一種聚碳酸酯和聚醚酰亞胺共混物的阻燃方法,通過添加溴化 聚苯乙烯阻燃劑得到了熱釋放峰值小于100KW/m2的材料。
[0008]USP4923933將含雙酚A、間苯二甲酸和對苯二甲酸的聚碳酸酯、含四溴雙酚A的聚 碳酸酯和聚酰亞胺-硅氧烷共聚物共混,制得了熱釋放峰值小于50KW/m2的低熱釋放聚碳 酸酯。
[0009]CN94115303. 7選用含間苯二甲酸和對苯二甲酸的聚碳酸酯與聚醚酰亞胺和聚酰 亞胺-硅氧烷共聚物共混,制得了低熱釋放的艙板材料。
[0010] CN200680049993. 5和USP7652107將含間苯二酚的聚芳基酯或聚芳基碳酸酯和聚 酰亞胺-硅氧烷共聚物共混,得到了低熱釋放的熱塑性材料。
[0011] USP7790262公開了 一種聚硅氧烷、間苯二酚和雙酚A的碳酸酯共聚物及其制備方 法,該共聚物具有低熱釋放特性。
[0012] 這些方法有的將聚醚酰亞胺和普通聚碳酸酯共混,有的將對、間苯結構引入聚碳 酸酯再與聚酰亞胺-硅氧烷共聚物共混,有的將對、間苯結構和聚硅氧烷直接引入聚碳酸 酯。聚醚酰亞胺和聚碳酸酯的共混需要超過300攝氏度的溫度,這會導致聚碳酸酯降解,而 且,通常不易得到淺色效果。具有間苯結構的聚碳酸酯或聚芳酯需要特殊合成,并不是一種 簡單可行的工藝。
【發明內容】
[0013] 為解決現有的聚碳酸酯材料的缺點,本發明的目的是提供一種低熱釋放聚碳酸酯 材料及其制備方法,本發明將溴系阻燃劑、半芳香族聚酯和硅氧烷聚碳酸酯組合物通過機 械熔融共混,得到2分鐘熱釋放總量小于65kW?min/m2,5分鐘峰值熱釋放速率小于65kW/ m2的低熱釋放聚碳酸酯,滿足了FAR25. 853對艙內材料熱釋放水平的要求。
[0014] 本發明的低熱釋放聚碳酸酯材料的配方包括以下重量百分比的原料:溴系阻燃 劑以溴的質量計算為組合物總量的5% -40%、半芳香族聚酯2% -50%、硅氧烷聚碳酸酯 30% -90%。
[0015] 所述的溴系阻燃劑為十溴二苯醚、溴化聚苯乙烯、三(三溴苯基)氰尿酸酯、含四 溴雙酚A的聚碳酸酯或三溴苯酚封端的四溴雙酚A聚碳酸酯齊聚物,所述的溴系阻燃劑中 溴的質量百分含量在30% -90%。
[0016] 優選所述的溴系阻燃劑以溴的質量計算為聚碳酸酯材料總量的10% -25%。
[0017] 所述的半芳香族聚酯為普通PET聚酯切片或含溴或磷成份的阻燃共聚酯。
[0018] 優選所述的半芳香族聚酯在聚碳酸酯材料中添加質量為5% -30%。
[0019] 所述的硅氧烷聚碳酸酯優選但不僅限于市售產品。
[0020] 優選所述的硅氧烷聚碳酸酯在聚碳酸酯材料中添加質量為40% -80%。
[0021] 所述的硅氧烷聚碳酸酯中,硅氧烷是以共聚形式存在于聚碳酸酯中,硅氧烷質量 百分含量為1% -10%。
[0022] 所述的低熱釋放聚碳酸酯材料中還含有添加劑,所述添加劑為顏料、填充劑、增強 劑、抗氧劑、抗紫外劑、潤滑劑、脫模劑或抗滴落劑中的一種或幾種,添加劑在聚碳酸酯材料 中添加量為〇. 1% -30%。
[0023] 本發明的低熱釋放聚碳酸酯材料的制備方法的具體步驟如下:
[0024] (1)按配比稱取原料;
[0025] (2)將步驟⑴稱取的原料進行干燥;
[0026] (3)將干燥后的原料通過密煉機或螺桿擠出機在250°C_330°C范圍內熔融混合, 擠出冷卻后得到本發明的低熱釋放聚碳酸酯材料。
[0027] 與現有技術相比,本發明的技術效果如下:
[0028] 本發明通過熔融共混的方法,將溴系阻燃劑加入硅氧烷聚碳酸酯,雖然可以顯著 降低其熱釋放數值,但在合適的添加量下,尚不能達到FAR25. 853(d)要求的2分鐘總放熱 量的平均值不得超過65kW^化/!!!2』分鐘內峰值熱釋放速率的平均值不得超過65kW m2。驚奇的是,在上述兩種組合物中添加聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET),進一步顯著降低了 熱釋放數值,得到了滿足FAR25. 853 (d)要求的阻燃共混物。
[0029] 本發明全部采用市售原料,沒有采用特殊合成原料,其中聚對苯二甲酸乙二醇酯 還可以是再生料,不但成本低廉,而且具有特殊環保意義。
[0030] 如此,本發明提供了一種原料來源廣泛,加工方法簡單易行的配方及工藝,得到了 2分鐘熱釋放總量小于65kW?min/m2、5分鐘峰值熱釋放速率小于65kW/m2的低熱釋放聚碳 酸酯,滿足FAR25. 853對艙內材