CN103834115A - 玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料，其包括以下按重量份数计苯乙烯-丙烯腈共聚物23~75份，玻璃纤维10~40份，界面相容剂2~15份，阻燃剂10~20份，协效阻燃剂3~6份和助剂0.1~1.5份；本发明采用经环氧类偶联剂表面处理的无碱玻璃纤维增强SAN材料，选用苯乙烯-马来酸酐共聚物和ABS-g-MAH中的一种作为界面相容剂来增强SAN基体与玻纤之间的界面结合力，并采用了环境友好型的阻燃剂和协效阻燃剂，制备出了可通过UL-94 V-0级和/或5V级的玻纤增强型阻燃SAN材料，该材料具备环境友好、阻燃性高、强度和刚性优异等特点，在要求材料具备高强度、高刚性、尺寸稳定性好、环保阻燃性优异等特性的应用领域（如空调扇叶）具备良好的应用前景。

Description

玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻纤增强型阻燃材料，尤其涉及一种玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料及其制备方法，属于高分子高分子聚合物材料的改性。

背景技术

苯乙烯-丙烯腈共聚物（以下简称SAN）具备良好的透明性、耐化学品性、刚性、强度、尺寸稳定性等特性，广泛应用于家电、化妆品包装、食品接触材料、医疗器械等行业。某些特定应用领域（如空调扇叶），要求材料具备高刚性、高强度及良好的尺寸稳定性，纯SAN共聚物无法满足上述要求。为提高SAN刚性、强度及尺寸稳定性，一般采用具有一定长径比的纤维状无机填料如玻璃纤维、硅灰石等作为增强材料。但通常增强材料与共聚物基体之间的界面结合力不高，施加在共聚物基体上的应力不能有效传递到增强材料上，通常在界面发生破坏，无法达到增加材料刚性和强度的目的。因此目前致力于提高SAN共聚物基体与增强材料之间的界面结合力的研究很多。如有以硅烷类偶联剂增加SAN共聚物与玻璃纤维之间界面结合力，提高了SAN材料的拉伸强度和刚性（弯曲模量）；有以氨基类硅烷偶联剂和基体表面用偶联剂联合使用以提高基体与玻璃纤维之间界面结合力，获得了韧性和初始机械强度优异的复合材料。但仅靠偶联剂来增强SAN共聚物和增强材料之间的界面结合力，效果并不明显。

同时SAN共聚物属于易燃材料，阻燃级别只能达到UL94 HB级；但在某些特定领域如家电、电子等领域中要求其燃烧性能必须达到V-0级或5V级。目前有以十溴联苯醚等作为阻燃剂制备阻燃增强SAN材料，但其燃烧性无法达到V-0级或5V级，且十溴联苯醚属于环保法规RoHS所禁止使用的物质。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料及其制备方法，该材料共聚物基体与玻璃纤维之间的界面结合力强、刚性强度高且阻燃性好。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料，包括以下按重量份数计的各组分：

其中所述苯乙烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为8~20w，所述苯乙烯-丙烯腈共聚物中苯乙烯的含量为60~80wt.%，且所述丙烯腈的含量为20~30wt.%；

所述界面相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物和ABS-g-MAH中的一种；其中所述苯乙烯-马来酸酐共聚物的重均分子量为6~18w，且该苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的含量为14~28wt.%。

其进一步的技术方案为：

所述玻璃纤维为经环氧类偶联剂表面处理的无碱玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为8~15μm。

所述阻燃剂为四溴双酚A、溴化环氧树脂、十溴二苯乙烷和三（三溴苯基）氰尿酸酯中的至少一种。

所述协效阻燃剂为三氧化二锑。

所述助剂包括润滑剂、抗氧剂、脱模剂和着色剂。

所述润滑剂为聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸酯和乙撑双硬脂酰胺中的至少一种；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述脱模剂为硬脂酸盐类脱模剂和硅酮类脱模剂中的至少一种；所述着色剂为硫化锌、二氧化钛和炭黑中的一种；该助剂还可根据实际产品的用途添加其他各种调节助剂。

本发明还提供了一种所述玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）分别称取23~75重量份苯乙烯-丙烯腈共聚物、10~40重量份玻璃纤维、2~15重量份界面相容剂、10~20重量份阻燃剂、3~6重量份协效阻燃剂和0.1~1.5重量份助剂；

（2）将（1）中称取的苯乙烯-丙烯腈共聚物、界面相容剂、阻燃剂、协效阻燃剂和助剂加入高速混合机进行混合，得到预混料；

（3）将（2）中所得预混料从双螺杆挤出机主送料口送入，将（1）中称取的10~40重量份的玻璃纤维通过侧送料口送入，进行熔融挤出并冷却造粒，得到玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料；其中熔融加工温度为220~260℃，螺杆转速为200~300rpm。

本发明的有益技术效果是：本发明采用经环氧类偶联剂表面处理的无碱玻璃纤维增强SAN材料，并引入界面增容剂提高基体与玻璃纤维之间的界面结合力，选用环境友好型的阻燃剂和协效阻燃剂，制备出了可通过UL-94 V-0级和/或5V级的玻纤增强型阻燃SAN材料，该材料具备环境友好、阻燃性高、强度和刚性优异等特点，在要求材料具备高强度、高刚性、尺寸稳定性好、环保阻燃性优异等特性的应用领域（如空调扇叶）具备良好的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明并不限于下述实施例。

现依次说明实施例和比较例中使用的A：SAN共聚物；B：玻璃纤维；C：界面相容剂；D：阻燃剂；E：协效阻燃剂；F:助剂。

（一）表1中材料组成如下所述：

A：SAN共聚物

A-1：所使用SAN共聚物为重均分子量为12w，其中丙烯腈含量为24wt.%，台湾化学纤维有限公司生产；

A-2：所使用SAN共聚物为重均分子量为15w，其中丙烯腈含量为30.wt%的SAN树脂，台湾奇美实业有限公司生产；

B：玻璃纤维

所使用玻璃纤维直径为13μm，短切长度为4mm，浙江巨石有限公司生产；

C：界面相容剂

C-1：所使用界面相容剂苯乙烯-马来酸酐共聚物，其重均分子量为11w，马来酸酐含量为23wt.%，荷兰POLYSCOPE生产；

C-2：所使用界面相容剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂接枝马来酸酐（ABS-g-MAH），宁波能之光有限公司生产；

D：阻燃剂

D-1：所使用阻燃为溴化环氧树脂，韩国宇进公司生产;

D-2：所使用阻燃为三（三溴苯基）氰尿酸酯, 韩国宇进公司生产;

E：协效阻燃剂

所使用协效阻燃剂为三氧化二锑，湖南锡矿山公司生产；

F:助剂

所使用助剂包括润滑剂、抗氧剂和脱模剂，其中润滑剂为乙撑双硬脂酰胺，产品牌号为润滑剂EBS-HI LUBE；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，产品牌号为雅宝1010；脱模剂为市售硬脂酸镁脱模剂；且润滑剂:抗氧剂:脱模剂的重量比为3:2:1。该助剂的种类及用量可根据实际产品的需求进行选择。

（二）性能测试

拉伸强度按照ISO 527标准进行测试，拉伸速度为10mm/min；

弯曲强度和弯曲模量按照ISO 178标准测试，速度为2mm/min，跨距64mm；

Izod缺口冲击强度按照ISO 180标准测试；

燃烧性按照UL-94标准测试。

（三）本发明所述玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料的制备方法如下所述：

（1）按照表1中各实施例所示比例称取各物料，并将除玻璃纤维外的其他物料加入高速混合机中混合3~5min，得到预混料；

（2）将（1）中所得预混料从双螺杆挤出机主送料口送入，将（1）中称取的玻璃纤维通过侧送料口送入，进行熔融挤出并冷却造粒，得到玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料；所使用的双螺杆挤出机的L/D=40，直径为40mm，挤出温度为220~260℃，双螺杆转速为200~300rpm；

（3）将（2）中所得颗粒材料在80℃下干燥2~4小时，注塑机炮筒温度为230~260℃，模具温度为60~80℃，注塑制备测试性能的样条。

从下述表1中的对比例和实施例的对比可以看出，对于玻璃纤维增强SAN材料，使用基体共聚物用界面相容剂能够有效提高基体与玻璃纤维之间的界面结合力，体现在拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度显著提高，其中拉伸强度提高了30%，缺口冲击强度提高了50%以上。添加阻燃剂和协效阻燃剂可使玻璃纤维增强SAN材料燃烧性达到V-0级；相对于HB级玻璃纤维阻燃SAN材料，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量有所下降。

表1 对比例和实施例材料组成及性能测试

Claims (7)

1.一种玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料，其特征在于：包括以下按重量份数计的各组分：

其中所述苯乙烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为8~20w，所述苯乙烯-丙烯腈共聚物中苯乙烯的含量为60~80wt.%，且所述丙烯腈的含量为20~30wt.%；

所述界面相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物和ABS-g-MAH中的一种；其中所述苯乙烯-马来酸酐共聚物的重均分子量为6~18w，且该苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的含量为14~28wt.%。

2.根据权利要求1所述的玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料，其特征在于：所述玻璃纤维为经环氧类偶联剂表面处理的无碱玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为8~15μm。

3.根据权利要求1所述的玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料，其特征在于：所述阻燃剂为四溴双酚A、溴化环氧树脂、十溴二苯乙烷和三（三溴苯基）氰尿酸酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料，其特征在于：所述协效阻燃剂为三氧化二锑。

5.根据权利要求1所述的玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料，其特征在于：所述助剂包括润滑剂、抗氧剂、脱模剂和着色剂。

6.根据权利要求5所述的玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料，其特征在于：所述润滑剂为聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸酯和乙撑双硬脂酰胺中的至少一种；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述脱模剂为硬脂酸盐类脱模剂和硅酮类脱模剂中的至少一种；所述着色剂为硫化锌、二氧化钛和炭黑中的一种。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）分别称取23~75重量份苯乙烯-丙烯腈共聚物、10~40重量份玻璃纤维、2~15重量份界面相容剂、10~20重量份阻燃剂、3~6重量份协效阻燃剂和0.1~1.5重量份助剂；

（2）将（1）中称取的苯乙烯-丙烯腈共聚物、界面相容剂、阻燃剂、协效阻燃剂和助剂加入高速混合机进行混合，得到预混料；

（3）将（2）中所得预混料从双螺杆挤出机主送料口送入，将（1）中称取的10~40重量份的玻璃纤维通过侧送料口送入，进行熔融挤出并冷却造粒，得到玻纤增强型阻燃苯乙烯-丙烯腈材料；其中熔融加工温度为220~260℃，螺杆转速为200~300rpm。