CN104448685A - 一种陶瓷纤维增强阻燃abs及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种陶瓷纤维增强阻燃ABS及其制备方法，该陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂由以下以重量百分数计的组分组成：ABS 32-78％；陶瓷纤维10-30％；偶联剂0-1％；阻燃剂10-25％；相容剂2-8％；热稳定剂0.01-2％；抗氧剂0.01-2％；分散剂0.01-0.5％。本发明采用陶瓷纤维增强ABS树脂，添加分散剂、相容剂、热稳定剂、抗氧剂、润滑剂等助剂，制备的增强ABS树脂具备优异的机械力学性能、尺寸稳定性和成型性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂及其制备方法，属于高分子材料及其成型加工领域。
背景技术
ABS树脂是一种综合性能较好的工程塑料，具有优良的耐寒性能、耐油性能、电性能、尺寸稳定性和加工流动性等特点。广泛应用于汽车零部件、家用电器、建筑、仪器仪表、办公设备、日用器具等领域，是目前通用工程塑料中应用最广泛的品种。随着社会整体安全意识的提高，多数产品都要求具有阻燃性，同时具备较高的耐热性，然而ABS遇火容易燃烧且热变形温度不高，阻燃剂的加入还会导致热变形温度的降低，所以，为了使其遇火难燃或离火自熄及提高耐热性，必须对ABS进行阻燃改性和增强改性。
现有技术中一般是用玻璃纤维增强ABS树脂的机械性能，中国发明专利，申请号201210245982.1，公开了一种玻璃纤维增强ABS树脂及其制备方法，ABS树脂经过玻纤增强改性之后，可以大幅度的提高其机械力学性能，但不足之处是经过玻纤增强改性之后，因玻纤在流动过程中，很容易产生取向，从而导致熔体在流动方向和垂直流动方向，因收缩不一致导致零件产生翘曲变形，对于表面积较大的零件，很难控制其零件的平整度，即材料的机械性能还有待提高。
另外，玻璃纤维增强ABS树脂亦能提高其耐热性能，中国发明专利200810041146.5，公开了一种高性能玻璃纤维增强ABS树脂组合物，其所得产品的热变形温度为92～97℃间，但是该材料的使用环境在很多情况下都比较恶劣(如汽车发动机周边的工况)，此种恶劣环境对材料的长期耐热性能要求较高，因此，该树脂的耐热性能仍有待提高。
陶瓷纤维是一种集传统绝热材料、耐火材料优良性能于一体的纤维状轻质耐火材料，其直径一般为2μm～5μm，长度多为30mm～250mm，纤维表面呈光滑的圆柱形，横截面通常是圆形。其结构特点是气孔率高(一般大于90％)，而且气孔孔径和比表面积大。陶瓷纤维的上述结构，使得陶瓷纤维较玻璃纤维具有优良的隔热性能和较小的体积密度，多用于工业绝缘、密封，防护材料、电热装置绝缘、隔热材料，仪器设备、电热元件的绝缘和隔热材，汽车行业隔热材料等。
为了有效的解决ABS树脂增强后出现耐热性能不好、易发生翘曲变形等问题，本专利技术采用加入陶瓷纤维和各类助剂的方式进行改善，陶瓷纤维和各类助剂的双加入，组成的增强体，与ABS树脂之间在性能上互补，显示出了空间互补效应，使得陶瓷纤维在ABS树脂中由各向异性逐渐转变，有效的提高材料的耐热性能和抗翘曲变形能力。
此外，本发明专利技术在添加陶瓷纤维及本领域传统助剂的基础上，加入了少量分散剂，以降低陶瓷纤维的成球率，提高陶瓷纤维的均匀分散性，保证材料综合性能的连续稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷。
为了达到上述目的，本发明提供了一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，由以下以重量百分数计的组分组成：
所述各组分的重量百分数之和为100％。
优选地，所述的ABS的的橡胶相重量含量为8-20％。
优选地，所述的陶瓷纤维为高温(HT)型的陶瓷纤维，纤维直径2～4微米。
优选地，所述的偶联剂为磷酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、缩水甘油酯中的一种或混合物。
优选地，所述的阻燃剂为纳米级镁、铝的氧化物或氢氧化物、微米级镁、铝的氧化物及氢氧化物的一种或混合物。
优选地，所述的相容剂为苯乙烯马来酸酐共聚物。
优选地，所述的热稳定剂为二苯基对苯二胺、4-羟基十八烷酰替苯胺、亚磷酸三苯酯、亚磷酸辛二苯酯和硫代二丙酸二月桂酯中的至少一种。
优选地，所述的抗氧剂为酚类主抗氧剂1010和辅助抗氧剂168的任意一种或组合物。
优选地，所述的分散剂选自羟丙基甲基纤维素(HPMC)，聚丙烯酰胺(PAM)中的一种或者组合物。
本发明所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂的制备方法，其步骤为：
(1)将ABS树脂与偶联剂、阻燃剂、相容剂、热稳定剂、抗氧剂、分散剂预先在高速混料机中充分混匀；
(2)将上述混和物加入长径比为32:1～40:1、挤出温度为180-240℃、转速为350-450rpm的强剪切双螺杆挤出机中，其挤出工艺为一区200～210℃，二区220～230℃，三区230～240℃，四区215～225℃，停留时间1-2分钟，压力为12-18Mpa；
(3)在挤出过程中，陶瓷纤维通过侧向精确喂料系统计量均匀加入，挤出拉条、冷却、切粒、干燥后得到最终产品。
通过侧向喂料口均匀加入陶瓷纤维，熔融挤出，拉条、冷却、切粒、干燥后得到最终产品。
本发明的优点为：通过添加陶瓷纤维、各类助剂及少量的分散剂，有效的提高了材料的环保阻燃性能和耐热性能及力学性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
以下实施例所采用的原材料规格：
ABS树脂为为DOW公司的ABS3453、3904；
陶瓷纤维为河北滦平奥特斯丁工业有限公司生产，规格为高温(HT)型的陶瓷纤维，纤维直径2～4微米。
磷酸酯偶联剂采用美国Kenrich公司牌号为KR-238S的产品；
硅烷偶联剂采用国内青岛海大化工有限公司牌号为A-151的产品；
缩水甘油酯采用日本三井化学牌号为R-140的产品；
阻燃剂采用北京中超海奇科技有限公司生产的粒径小于100纳米的纳米氢氧化铝、氢氧化镁，微米氢氧化铝、氢氧化镁；
相容剂为苯乙烯马来酸酐共聚物；
热稳定剂为二苯基对苯二胺、硫代二丙酸二月桂酯的混合物；
抗氧剂为酚类主抗氧剂1010和辅助抗氧剂16的混合物。
各实施例的组分含量见表1。
表1实施例配方表
本发明的实施例1～5中产品的制备方法为：
(1)将ABS树脂与偶联剂、阻燃剂、相容剂、热稳定剂、抗氧剂、分散剂预先在高速混料机中混合3.5min；
(2)将混合的原材料置于长径比为40:1的双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其挤出工艺为一区200～210℃，二区220～230℃，三区230～240℃，四区215～225℃，停留时间1-2分钟，压力为12-18Mpa；
(3)在挤出过程中，陶瓷纤维通过侧向精确喂料系统计量均匀加入，挤出拉条、冷却、切粒、干燥后得到最终产品。
本发明的对比例1中产品的制备方法为：
(1)将ABS树脂与偶联剂、阻燃剂、相容剂、热稳定剂、抗氧剂、分散剂预先在高速混料机中混合3.5min；
(2)将混合的原材料置于长径比为40:1的双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其挤出工艺为一区200～210℃，二区220～230℃，三区230～240℃，四区215～225℃，停留时间1-2分钟，压力为12-18Mpa；
(3)在挤出过程中，玻璃纤维通过侧向精确喂料系统计量均匀加入，挤出拉条、冷却、切粒、干燥后得到最终产品。
本发明的对比例2中产品的制备方法为：
(1)将ABS树脂与偶联剂、阻燃剂、相容剂、热稳定剂、抗氧剂预先在高速混料机中混合3.5min；
(2)将混合的原材料置于长径比为40:1的双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其挤出工艺为一区200～210℃，二区220～230℃，三区230～240℃，四区215～225℃，停留时间1-2分钟，压力为12-18Mpa；
(3)在挤出过程中，陶瓷纤维通过侧向精确喂料系统计量均匀加入，挤出拉条、冷却、切粒、干燥后得到最终产品。
将实施例与对比例所得产品进行各种性能试验，性能测试标准见表2：
表2性能测试标准
| 性能参数 | 测试标准 | 单位 |
| 拉伸强度 | ISO 527 | MPa |
| 弯曲强度 | ISO 178 | MPa |
| 弯曲模量 | ISO 178 | MPa |
| 缺口冲击强度 | ISO 180 | KJ/m2 |
| 热变形温度 | ISO 75 | ℃ |
| 阻燃等级 | UL-94 | -- |
上述配方所得产品的性能测试数据对比表：
表3性能测试数据对比表
| 性能参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 |
| 拉伸强度 | 68 | 73 | 84 | 92 | 107 | 65 | 66 |
| 弯曲强度 | 121 | 129 | 145 | 159 | 175 | 118 | 119 |
| 弯曲模量 | 2800 | 2950 | 3150 | 3400 | 4800 | 2700 | 2750 |
| 缺口冲击强度 | 3.6 | 3.8 | 5.4 | 5.8 | 7.4 | 3.5 | 3.4 |
| 热变形温度 | 95.5 | 97.8 | 99.4 | 102.5 | 106.7 | 95 | 94 |
| 阻燃等级 | 3.2V-0 | 1.6 V-0 | 1.6 V-0 | 1.6 V-0 | 1.6 V-0 | 3.2 V-0 | 3.2 V-0 |
由上述实施例1～5可知，本发明的一种陶瓷纤维增强ABS树脂机械性能及热变形温度均随陶瓷纤维加入量的增加而增强，这是因为陶瓷纤维本身模量及隔热性能均较高，经过与高分子共混后，也提高了合金材料的高模量性能及热变形温度。
由上述实施例1与对比文件1相比可知，在相同条件下，用10公斤玻璃纤维增强的ABS树脂较用10公斤陶瓷纤维增强的ABS树脂的机械性能 差且热变形温度低，这是因为较陶瓷纤维较玻璃纤维具有更高模量性能及隔热性能，经过与高分子共混后，也提高了合金材料的高模量性能及热变形温度。
实施例1与对比例2相比，在相同条件下，分散剂的加入使得陶瓷纤维增强的ABS树脂的机械性能更加优异，这是因为分散剂的加入能降低陶瓷纤维的成球率，提高陶瓷纤维的均匀分散性，继而提高材料各方面的性能，并保证材料综合性能的连续稳定性。
Claims (10)
1.一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，其特征在于，由以下以重量百分数计的组分组成：
所述各组分的重量百分数之和为100％。
2.如权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，其特征在于，所述的ABS的橡胶相重量含量为8-20％。
3.如权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，其特征在于，所述的陶瓷纤维为高温(HT)型的陶瓷纤维，纤维直径2～4微米。
4.如权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，其特征在于，所述的偶联剂组分为：磷酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、缩水甘油酯中的一种或混合物。
5.如权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，其特征在于，所述的阻燃剂为纳米级镁、铝的氧化物或氢氧化物、微米级镁、铝的氧化物及氢氧化物的一种或混合物。
6.如权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，其特征在于，所述的相容剂为苯乙烯马来酸酐共聚物。
7.如权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，其特征在于，所述的热稳定剂为二苯基对苯二胺、4-羟基十八烷酰替苯胺、亚磷酸三苯酯、亚磷酸辛二苯酯和硫代二丙酸二月桂酯中的至少一种。
8.如权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，其特征在于，所述的抗氧剂为酚类主抗氧剂1010和辅助抗氧剂168的任意一种或组合物。
9.如权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂，其特征在于，所述的分散剂选自羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚丙烯酰胺(PAM)中的一种或者组合物。
10.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强阻燃ABS树脂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将ABS树脂与偶联剂、阻燃剂、相容剂、热稳定剂、抗氧剂、分散剂预先在高速混料机中充分混匀；
(2)将上述混和物加入长径比为32:1～40:1、挤出温度为180-240℃、转速为350-450rpm的强剪切双螺杆挤出机中，其挤出工艺各区温度范围为200～240℃，停留时间1-2分钟，压力为12-18Mpa；
(3)在挤出过程中，陶瓷纤维通过侧向精确喂料系统计量均匀加入，挤出拉条、冷却、切粒、干燥后得到最终产品。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107383750A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-11-24 | 费少挺 | 高强工程塑料及其制备方法 |
| CN107722542A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-23 | 乔银娣 | 减少红外信号衰减的工程塑料 |
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2014
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