一種綜合性能環保型復合材料的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，該材料由以下的組分組成：ABS樹脂50-80wt%；ABS-g-MAH5-10wt%；磷系阻燃劑5-10wt%；氮系阻燃劑5-10wt%；硅系協效劑3-5wt%；導電填料10-15wt%；增韌劑0.5-1.5wt%；潤滑劑0.5-0.8wt%；抗氧劑0.5-1.0wt%。本發明得到的復合材料可以提高無鹵阻燃ABS材料的阻燃效率，而且減少燃燒過程中釋放出的有毒的氣體，低煙少毒。本發明不改變復合材料的可加工性及力學性能，可提高其導電性和抗沖擊強度，方法簡單，易操作。
【專利說明】一種綜合性能環保型復合材料

【技術領域】
[0001] 本發明屬于復合材料加工領域，具體涉及到一種綜合性能環保型復合材料。

【背景技術】
[0002] ABS樹脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或丙烯腈/苯乙烯的共聚物和苯乙烯 / 丁二烯共聚物的共混物，它是丁二烯的接枝共聚物與丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，其 中丙烯腈占15%_35%，丁二烯占5%-30%，苯乙烯占40-60%。隨著三種成分比例的變化，ABS 樹脂的物理機械性能隨之改變。ABS樹脂是一種強度高、韌性好、耐熱、耐低溫、耐化學藥品 腐蝕、機械強度和電器性能優良，易于加工成型的熱塑型高分子材料。ABS廣泛用于汽車、電 子電器、建材、包裝、體育用品，機械儀表工業等領域。隨著國內ABS樹脂在汽車、電子電器、 建材等行業年需求量的增加，阻燃ABS的需求量逐年增加。
[0003] 長期以來，ABS的阻燃主要采用的是含鹵化合物，其中十溴聯苯醚、四溴雙酚A、八 溴醚等溴系阻燃劑阻燃效果最好，特別是當它們與三氧化二銻聯用時，可使ABS達到優異 的阻燃性能。由于難燃聚合物（PVC)和氯化聚乙烯（CPE)與ABS具有良好的相容性和高 的含氯量，因而也是ABS的一種阻燃劑，并可降低小分子阻燃劑對ABS的力學損失。但這些 含鹵化合物在燃燒中會產生大量的有毒氣體，另外PVC、CPE阻燃的ABS還存在著熱穩定性 差、易分解、難加工等缺點。因而在阻燃材料無鹵化呼聲日漸高漲的形勢下，國內外研究者 開始紛紛嘗試著將各類無鹵阻燃劑應用于ABS，以期獲得低毒、少煙、高效環保綠色的無鹵 阻燃ABS產品。
[0004] 目前，ABS樹脂及其合金的無鹵阻燃體系包括含磷、氮、硅阻燃體系以及無機阻燃 體系。氫氧化鋁和氫氧化鎂是最為常用的兩種無機阻燃劑，因具有無毒、抑煙、價格低廉等 優勢而廣泛用于ABS的阻燃改性，但是無機粉末填料的阻燃效率較低，添加量達到40%以上 才有可能達到UL94V-0阻燃等級，另外無機阻燃劑與ABS相容性差，大量無機填料使得ABS 樹脂中材料的力學性能下降嚴重，外觀和加工性能急劇惡化。
[0005] 在磷系阻燃體系中，三苯基磷酸酯及其衍生物因阻燃效率較高而被廣泛應用于聚 合物中，但是，當TPP應用于ABS時無產生明顯的阻燃作用。這主要是由于ABS結構中無含 氧官能團，不利于含磷阻燃劑燃燒時形成炭化膜；另一方面則是由于TPP的揮發溫度比ABS 的加工溫度低，造成了 TPP在ABS加工過程中揮發滲出，無法達到預期的阻燃效果。針對上 述原因，選用熱穩定性較高的磷系阻燃劑以及在磷系阻燃劑中引入協效劑可以有效地提高 ABS的阻燃效率。
[0006] 復合型導電高分子材料就是在絕緣性的高分子材料中添加一種或幾種具有導電 性的顆粒或纖維使其具有導電能力。所采用的導電材料主要有碳黑、炭纖維、金屬纖維與粒 子、無機金屬鹽等。而且通過改變導電材料的含量可以獲得具有不同導電性的復合材料。當 前，導電高分子復合材料主要應用于抗靜電、電磁波屏蔽、面狀發熱體、熱敏，壓敏材料以及 電極材料等領域。
[0007] 在復合型導電高分子材料中，決定材料導電性的因素主要是導電材料的種類及含 量。為了提高材料的導電性，一般需要在其中加入大量的導電性粒子。然而，由于導電性粒 子與高分子材料之間存在分散與相容的困難，如果導電粒子的填充量過多，將導致復合材 料力學性能、加工性能的下降。采用具有較高導電性的填料(如銀粉，金屬纖維，鍍金屬炭纖 維等）可以提高復合材料的尋電性，然而這必將導致材料制造成本的提高。
[0008] 現有技術中通過使用一種全丙烯酸類核-殼型沖擊改性劑，可有效的提高阻燃 PC/ABS材料的缺口沖擊強度，以得出一種高韌性阻燃ABS復合材料。上述現有技術方案雖 然提高了 ABS復合材料的沖擊強度和阻燃性能，由于采用了溴銻復合阻燃體系，盡管可以 有效的防止在使用過程中發生燃燒現象。但在阻燃的過程中將會分解出腐蝕性的溴化氫氣 體，對人體和環境形成污染和有害。因為PC的價格明顯高于ABS，而上述方案中PC含量明 顯超過ABS含量，增加了材料的成本。
[0009] 因此，本發明采用磷系阻燃劑阻燃ABS材料，并加入氮系或硅系阻燃劑對ABS進行 協效阻燃，以減少阻燃劑的用量，提高磷系阻燃ABS材料的阻燃效率。通過提供一種提高復 合型導電高分子材料導電性的方法，實現在不增加復合材料中導電材料含量的情況下提高 復合材料的導電性。在ABS復合材料高強度性能的基礎上提高它的抗沖擊強度，同時解決 現有技術存在的燃燒時鹵素分解出的有害氣體，高材料成本，以及限制了材料的使用范圍 等問題。
[0010]


【發明內容】

[0011] 本發明提供了一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，該材料由以下的組 分組成：ABS樹脂50-80wt% ; ABS-g-MAH 5-10wt% ;磷系阻燃劑5-10wt% ;氮系阻燃 劑5-10wt%;硅系協效劑3-5wt%;導電填料10-15wt%;增韌劑0.5-1.5wt% ;潤滑劑 0· 5-0. 8wt% ;抗氧劑 0· 5-1. Owt%。
[0012] 上述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于所含的磷系阻燃劑包括磷酸 鹽、聚磷酸鹽，焦磷酸鹽、無機次磷酸鹽、有機次膦酸鹽中的任一種。
[0013] 上述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于所含的氮系阻燃劑包括三聚氰 胺，三聚氰胺氰脲酸鹽，雙氰胺及其胍鹽中的任一種。
[0014] 上述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于所含的硅系協效劑為硅烷、二 甲基娃氧燒，娃樹脂中的任一種。
[0015] 上述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，所述的導電填料為炭黑、碳纖 維、鍍鎳碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維中的至少一種； 上述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，所述增韌劑為MBS、SBS、POE、EVA 或DOP中的至少一種。
[0016] 上述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，所述潤滑劑為乙撐雙硬脂酸 酰胺、硬脂酸、或硬脂酰胺中的至少一種。
[0017] 上述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗 氧劑1076、抗氧劑168中的至少一種。
[0018] 上述的一種綜合性能環保型復合材料的制作方法如下： (1)制改性粒子：將ABS和ABS-g-MAH按照規定的重量份數比加入到高速混合機混料， 泥合均勻后加入到雙螺桿擠出機中熔融共混擠出，并控制擠出機溫度范圍為170-2KTC， 擠出后經過水槽冷卻到常溫，通過切粒機造粒，再將所得粒料放入烘箱中，溫度范圍為 80-90°C，干燥3-4小時，得到改性ABS粒子； (2)復合導電性：將改性ABS粒子與導電填料同時加入到單螺桿擠出機中擠出（料桶 溫度：215°C，螺桿轉速25r/min)，給復合材料施加500-3000V的直流電壓，電壓作用時間 80-200s 。
[0019] (3)制綜合性能材料：依次稱取定量的磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、硅系協效劑、增 韌劑、潤滑劑、抗氧劑，將以上組分以及加入導電物料的ABS粒子加入到高速混煉機中，混 合均勻，然后加入到雙螺桿擠出機中擠出，擠出溫度范圍為220-260°C，擠出料條通過循環 水槽冷卻至常溫，經過吹風機吹風干燥后進入切粒機造粒。
[0020] 發明的有益效果： 本發明中提供的阻燃ABS復合材料采用磷系和氮系協效阻燃體系或磷系和硅系阻燃 劑協同使用，一方面可以提高無鹵阻燃ABS材料的阻燃效率，提升無鹵阻燃ABS復合材料的 綜合力學性能；而且減少燃燒過程中釋放出的有毒的氣體，低煙少毒。本發明不改變復合材 料的可加工性及力學性能，在不改變復合材料組成的情況下，可提高其導電性，方法簡單， 易操作。在ABS復合材料高強度性能的基礎上提高它的抗沖擊強度，同時解決了現有技術 存在的燃燒時鹵素分解出的有害氣體，高材料成本，以及限制了材料的使用范圍等問題。

【具體實施方式】
[0021] 實施例1 將ABS樹脂73wt%、ABS-g-MAH 5wt%加入到高速混合機混料，泥合均勻后加入到雙螺桿 擠出機中熔融共混擠出，并控制擠出機溫度范圍為170°C，擠出后經過水槽冷卻到常溫，通 過切粒機造粒，再將所得粒料放入烘箱中，溫度范圍為80°C，干燥3小時，得到改性ABS粒 子；將改性ABS粒子與炭黑和鍍鎳碳纖維10wt% ;同時加入到單螺桿擠出機中擠出（料桶溫 度：215°C，螺桿轉速25r/min)，稱取約12克混好的物料于200°C .模壓制得西70 X 3mm的 樣片。然后從所制樣片截取40X8X3mrD的樣條用于電性能的測試。測試結果顯示材料電 阻率為3. 6X IO4歐姆，給復合材料施加1000V的直流電壓，電壓作用時間IOOs。測試結果 表明，樣品經高電壓處理后其電阻率下降到669歐姆。依次稱取定量的聚磷酸鎂5wt%、氰脲 酸鈉5wt%、二甲基硅氧烷(λ 5wt%、DOP (λ 5wt%、抗氧劑1010 (λ 5wt%、硬脂酰胺(λ 5wt%。將 以上組分以及加入導電物料的ABS粒子加入到高速混煉機中，混合均勻，然后加入到雙螺 桿擠出機中擠出，擠出溫度范圍為220°C，擠出料條通過循環水槽冷卻至常溫，經過吹風機 吹風干燥后進入切粒機造粒。所得的磷系協同阻燃的ABS材料的LOI為26.5%，UL94垂直 燃燒級別為V-O。
[0022] 實施例2 將ABS樹脂80wt%、ABS-g-MAH 5wt%加入到高速混合機混料，泥合均勻后加入到雙螺桿 擠出機中熔融共混擠出，并控制擠出機溫度范圍為200°C，擠出后經過水槽冷卻到常溫，通 過切粒機造粒，再將所得粒料放入烘箱中，溫度范圍為90°C，干燥4小時，得到改性ABS粒 子；將改性ABS粒子與聚丙烯腈基碳纖維10wt% ;同時加入到單螺桿擠出機中擠出（料桶溫 度：215°C，螺桿轉速25r/min)，稱取約12克混好的物料于200°C .模壓制得西70 X 3mm的 樣片。然后從所制樣片截取40X8X3mrD的樣條用于電性能的測試。測試結果顯示材料電 阻率為3. 7 X IO4歐姆，給復合材料施加2000V的直流電壓，電壓作用時間IOOs。測試結果 表明，樣品經高電壓處理后其電阻率下降到640歐姆。依次稱取定量的焦磷酸鈉5wt%、三聚 氰胺5wt%、硅烷0· 5wt%、DOP 0· 5wt%、抗氧劑1076 0· 5wt%、硬脂酰胺0· 5wt%，將以上組分以 及加入導電物料的ABS粒子加入到高速混煉機中，混合均勻，然后加入到雙螺桿擠出機中 擠出，擠出溫度范圍為260°C，擠出料條通過循環水槽冷卻至常溫，經過吹風機吹風干燥后 進入切粒機造粒。所得的磷系協同阻燃的ABS材料的LOI為25. 5%，UL94垂直燃燒級別為 V-O。
[0023] 實施例3 將ABS樹脂73wt%、ABS-g-MAH 5wt%加入到高速混合機混料，泥合均勻后加入到雙螺桿 擠出機中熔融共混擠出，并控制擠出機溫度范圍為210°C，擠出后經過水槽冷卻到常溫，通 過切粒機造粒，再將所得粒料放入烘箱中，溫度范圍為90°C，干燥4小時，得到改性ABS粒 子；將改性ABS粒子與碳纖維10wt%同時加入到單螺桿擠出機中擠出（料桶溫度：215°C，螺 桿轉速25r/min)，稱取約12克混好的物料于200°C .模壓制得西70 X 3mm的樣片。然后從所 制樣片截取40X8X3mrD的樣條用于電性能的測試。測試結果顯示材料電阻率為3. IX IO4 歐姆，給復合材料施加3000V的直流電壓，電壓作用時間200s。測試結果表明，樣品經高電 壓處理后其電阻率下降到632歐姆。依次稱取定量的焦磷酸鈉5wt%、三聚氰胺5wt%、二甲 基硅氧烷〇· 5wt%、EVA 0· 5wt%、抗氧劑168 0· 5wt%、乙撐雙硬脂酸酰胺0· 5wt%，將以上組分 以及加入導電物料的ABS粒子加入到高速混煉機中，混合均勻，然后加入到雙螺桿擠出機 中擠出，擠出溫度范圍為260°C，擠出料條通過循環水槽冷卻至常溫，經過吹風機吹風干燥 后進入切粒機造粒。所得的磷系協同阻燃的ABS材料的LOI為26. 7%，UL94垂直燃燒級別 為 V-0。
[0024] 本發明一種綜合性能環保型復合材料中各組分及其重量份數見表1，相應的物理 性能見表2。實施例制備的一種綜合性能環保型復合材料按標準尺寸注塑成測試用的標準 樣條，其物理性能分別按我國國家標準和美國UL標準測試。其中ABS樹脂是德國巴斯夫 GP22。
[0025] 拉伸強度 GB1040 斷裂伸長率 GB1040 Izod缺口沖擊強度 GB1843 彎曲強度 GB9341 燃燒性 UL94 LOI GB/T 2406-93 表1對照例和實施例中對應的磷系協效阻燃ABS的具體配方 表2實施例阻燃ABS和對照例ABS樣品的機械性能和阻燃性能

【權利要求】
1. 一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，該材料由以下的組分組成： ABS 樹脂 50-80wt% ; ABS-g-MAH 5-10wt% ； 磷系阻燃劑5-10wt%; 氮系阻燃劑5-lOwt%; 硅系協效劑3-5wt%; 導電填料l〇-15wt%; 增韌劑 〇? 5-1. 5wt% ; 潤滑劑 〇? 5-0. 8wt% ; 抗氧劑 〇. 5-1. Owt%。
2. 根據權利要求1所述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于所含的磷系阻燃 劑包括磷酸鹽、聚磷酸鹽，焦磷酸鹽、無機次磷酸鹽、有機次膦酸鹽中的任一種。
3. 根據權利要求1所述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于所含的氮系阻燃 劑包括三聚氰胺，三聚氰胺氰脲酸鹽，雙氰胺及其胍鹽中的任一種。
4. 根據權利要求1所述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于所含的硅系協效 劑為娃燒、-甲基娃氧燒，娃樹脂中的任一種。
5. 根據權利要求1所述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，所述的導電填 料為炭黑、碳纖維、鍍鎳碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維中的至少一種； 根據權利要求1所述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，所述增韌劑為
6. 根據權利要求1所述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，所述潤滑劑為 乙撐雙硬脂酸酰胺、硬脂酸、或硬脂酰胺中的至少一種。
7. 根據權利要求1所述的一種綜合性能環保型復合材料，其特征在于，所述抗氧劑為 抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑168中的至少一種。
8. 根據權利要求1所述的一種綜合性能環保型復合材料的制作方法如下： (1) 制改性粒子：將ABS和ABS-g-MAH按照規定的重量份數比加入到高速混合機混料， 泥合均勻后加入到雙螺桿擠出機中熔融共混擠出，并控制擠出機溫度范圍為170-2KTC， 擠出后經過水槽冷卻到常溫，通過切粒機造粒，再將所得粒料放入烘箱中，溫度范圍為 80-90°C，干燥3-4小時，得到改性ABS粒子； (2) 復合導電性：將改性ABS粒子與導電填料同時加入到單螺桿擠出機中擠出（料桶 溫度：215°C，螺桿轉速25r/min)，給復合材料施加500-3000V的直流電壓，電壓作用時間 80-200s 。
9. (3)制綜合性能材料：依次稱取定量的磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、硅系協效劑、增 韌劑、潤滑劑、抗氧劑，將以上組分以及加入導電物料的ABS粒子加入到高速混煉機中，混 合均勻，然后加入到雙螺桿擠出機中擠出，擠出溫度范圍為220-260°C，擠出料條通過循環 水槽冷卻至常溫，經過吹風機吹風干燥后進入切粒機造粒。
【文檔編號】C08K3/04GK104371254SQ201310347258
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月12日 優先權日:2013年8月12日
【發明者】劉澤華 申請人:青島博研達工業技術研究所(普通合伙)