本发明涉及一种高分子材料，特别是涉及一种阻燃耐磨的聚碳酸酯材料及其制造方法。
背景技术：
聚碳酸酯材料是一种无味、无臭、无毒、透明的无定形热塑型材料，是分子链中含有碳酸酯的一类高分子化合物的总称，简称PC，可分为脂肪族类和芳香族类两种，但因制品性能、加工性能及经济因素等的制约，目前仅有双酚A型的芳香族聚碳酸酯投入工业化规模生产和应用。双酚A型聚碳酸酯是目前产量最大、用途最广的一种聚碳酸酯，也是发展最快的工程塑料之一。双酚A型聚碳酸酯具有优良的冲击强度、耐蠕变性、耐热耐寒性、耐老化性、电绝缘性及透光性等，广泛应用于电气电子零部件、机械纺织工业零部件、建筑结构件、航空透明材料及零部件、泡沫结构材料等。
随着汽车行业和电子行业的迅猛发展，近年来对PC的需求空前高涨，世界消费能力已达l100kt/a，其中国内PC消费也已达60kt/a。目前PC的生产厂主要分布在美国、西欧和日本，其中，GE塑料公司、Bayer公司和Dow化学公司的生产能力占世界总生产能力的80％以上。我国PC的研制开发工作始于1958年，由沈阳化工研究院首先开发成功；发展至今，所有工艺路线均以光气为起始原料，生产规模较小。
例如，公开号为CN102702712B、公告日为2013.12.04、申请人为济南大学、威海威高血液净化制品有限公司、中国科学院长春应用化学研究所的中国发明公开了“一种耐辐照聚碳酸酯材料及其制备方法和应用”，其由聚碳酸酯、自由基稳定剂、环氧稀释剂、增塑剂等组成，配方中各成分的质量为：聚碳酸酯100份，自由基稳定剂0.1-1.0份，环氧稀释剂0.1-2.0，增塑剂0.1-2.0份。该发明还公开了该材料的制备方法和应用，制备的聚碳酸酯材料经过高能电子加速器电子束或60Coγ-射线(剂量不大于40KGy)辐照后，颜色不变黄，可保持良好的力学性能和透明性，能够满足医用聚碳酸酯材料的要求，可用于人工肾透析器、人工肺、血液氧合器、血液分离器和麻醉蒸发设备以及其它需要在透明、直观条件下操作并需辐照消毒的医疗设备的制备。不过该聚碳酸酯材料在阻燃性和耐磨性两个方面仍然存在不足的缺陷。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其阻燃性以及耐磨性均较强。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其是由以下重量份的组分制成：聚碳酸酯100份，抗紫外线剂0.4～0.9份，抗氧剂0.5～1份，相容剂5～7份，稳定剂0.6～1.1份，分散剂0.1～0.6份，增塑剂1～6份，增韧剂2～7份，有机硅蜡3～3.5份，改性复合硅灰石纤维18～24份。
优选地，本发明所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。
优选地，本发明所述抗紫外线剂为UV-326。
优选地，本发明所述抗氧剂为2,5-二特丁基对苯二酚。
优选地，本发明所述相容剂为ABS-g-MAH。
优选地，本发明所述稳定剂为硬脂酸。
优选地，本发明所述分散剂为硅油。
优选地，本发明所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
优选地，本发明所述增韧剂为MBS。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述阻燃耐磨的聚碳酸酯材料的制造方法。
为解决上述技术问题，技术方案是：
一种阻燃耐磨的聚碳酸酯材料的制造方法，包括以下步骤：
(1)将氢氧化镁加入去离子水中，搅拌至均匀后得到氢氧化镁溶液，将氢氧化镁溶液放入碳化反应器中，开启搅拌后加入EDTA、硅灰石纤维，通入二氧化碳气体至体系的ph值为7时停止搅拌，将产物自然冷却至室温后抽滤，将滤饼置于烘箱中100℃下干燥4小时，转入雷蒙磨粉机中打散后得到复合硅灰石纤维；
(2)将步骤(1)得到的复合硅灰石纤维加入到8倍重量的稀盐酸中，加热至90℃后保温浸泡3小时，取出后抽滤，将滤饼用蒸馏水洗涤至中性，置于烘箱中100℃下干燥4小时得到酸化复合硅灰石纤维；
(3)将偶联剂A151加入到等重量的无水乙醇中，搅拌至混合均匀后加入步骤(2)得到的酸化复合硅灰石纤维，加热至90℃后搅拌反应1小时，取出后抽滤，将滤饼用蒸馏水反复洗涤后置于烘箱中100℃下烘干，得到改性复合硅灰石纤维；
(4)按照重量份称取组分，将聚碳酸酯置于鼓风干燥机中100℃下鼓风干燥7小时，将干燥后的聚碳酸酯、分散剂、有机硅蜡投入高混机中混合10分钟，冷却至30℃后将除了改性复合硅灰石纤维之外的组分投入高混机中，混合均匀后得到混合料，将混合料投入双螺杆挤出机的加料斗中，将改性复合硅灰石纤维从侧喂料口加入后挤出造粒，得到阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其中双螺杆挤出机的各段温度分别为225℃、230℃、240℃、245℃、255℃，机头温度为250℃，压力为15MPa，螺杆转速为360rpm，喂料速度为33rpm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
硅灰石纤维是一种无机矿物纤维，其具有很强的耐磨性和耐火性，不过其表面有较多的锐利的棱角，而且呈现亲水性，表面化学能较低，与聚碳酸酯之间的相容性和界面粘合力不佳，因而本发明先将其与氢氧化镁、二氧化碳通过碳化反应在其表面成核并反应生成阻燃性优异的碳酸镁得到了复合硅灰石纤维，碳酸镁的包覆使得硅灰石纤维原本的棱角被钝化，增加了比表面积和表面化学能，然后通过稀盐酸进行酸化处理，稀盐酸对复合硅灰石纤维产生了酸蚀刻作用，增加了表面粗糙度，进一步提高了表面能，还增加了表面的羟基数得到酸化复合硅灰石纤维，然后通过偶联剂A151对其进行改性处理，A151水解产生的硅醇能与酸化复合硅灰石纤维表面的羟基发生键合反应，从而将其表面亲水性改变为疏水性，有效提高了其与聚碳酸酯之间的相容性以及界面粘合力，进而大幅提高了聚碳酸酯材料的耐磨性和阻燃性。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其是由以下重量份的组分制成：双酚A型聚碳酸酯100份，UV-326 0.8份，2,5-二特丁基对苯二酚0.6份，ABS-g-MAH 5.5份，硬脂酸0.9份，硅油0.6份，柠檬酸三丁酯1份，MBS 3份，有机硅蜡3份，改性复合硅灰石纤维19份。
其制造方法包括以下步骤：
(1)将氢氧化镁加入去离子水中，搅拌至均匀后得到氢氧化镁溶液，将氢氧化镁溶液放入碳化反应器中，开启搅拌后加入EDTA、硅灰石纤维，通入二氧化碳气体至体系的ph值为7时停止搅拌，将产物自然冷却至室温后抽滤，将滤饼置于烘箱中100℃下干燥4小时，转入雷蒙磨粉机中打散后得到复合硅灰石纤维；
(2)将步骤(1)得到的复合硅灰石纤维加入到8倍重量的稀盐酸中，加热至90℃后保温浸泡3小时，取出后抽滤，将滤饼用蒸馏水洗涤至中性，置于烘箱中100℃下干燥4小时得到酸化复合硅灰石纤维；
(3)将偶联剂A151加入到等重量的无水乙醇中，搅拌至混合均匀后加入步骤(2)得到的酸化复合硅灰石纤维，加热至90℃后搅拌反应1小时，取出后抽滤，将滤饼用蒸馏水反复洗涤后置于烘箱中100℃下烘干，得到改性复合硅灰石纤维；
(4)按照重量份称取组分，将聚碳酸酯置于鼓风干燥机中100℃下鼓风干燥7小时，将干燥后的双酚A型聚碳酸酯、硅油、有机硅蜡投入高混机中混合10分钟，冷却至30℃后将除了改性复合硅灰石纤维之外的组分投入高混机中，混合均匀后得到混合料，将混合料投入双螺杆挤出机的加料斗中，将改性复合硅灰石纤维从侧喂料口加入后挤出造粒，得到阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其中双螺杆挤出机的各段温度分别为225℃、230℃、240℃、245℃、255℃，机头温度为250℃，压力为15MPa，螺杆转速为360rpm，喂料速度为33rpm。
实施例2
阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其是由以下重量份的组分制成：双酚A型聚碳酸酯100份，UV-326 0.6份，2,5-二特丁基对苯二酚0.8份，ABS-g-MAH 5份，硬脂酸1.1份，硅油0.4份，柠檬酸三丁酯3份，MBS 5份，有机硅蜡3.2份，改性复合硅灰石纤维21份。
该聚碳酸酯材料的制造方法同实施例1。
实施例3
阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其是由以下重量份的组分制成：双酚A型聚碳酸酯100份，UV-326 0.4份，2,5-二特丁基对苯二酚1份，ABS-g-MAH 6.5份，硬脂酸0.7份，硅油0.2份，柠檬酸三丁酯5份，MBS 7份，有机硅蜡3.4份，改性复合硅灰石纤维20份。
该聚碳酸酯材料的制造方法同实施例1。
实施例4
阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其是由以下重量份的组分制成：双酚A型聚碳酸酯100份，UV-326 0.9份，2,5-二特丁基对苯二酚0.5份，ABS-g-MAH 6份，硬脂酸0.8份，硅油0.5份，柠檬酸三丁酯2份，MBS 6份，有机硅蜡3.1份，改性复合硅灰石纤维24份。
该聚碳酸酯材料的制造方法同实施例1。
实施例5
阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其是由以下重量份的组分制成：双酚A型聚碳酸酯100份，UV-326 0.7份，2,5-二特丁基对苯二酚0.7份，ABS-g-MAH 7份，硬脂酸0.6份，硅油0.3份，柠檬酸三丁酯4份，MBS 4份，有机硅蜡3.3份，改性复合硅灰石纤维18份。
该聚碳酸酯材料的制造方法同实施例1。
实施例6
阻燃耐磨的聚碳酸酯材料，其是由以下重量份的组分制成：双酚A型聚碳酸酯100份，UV-326 0.5份，2,5-二特丁基对苯二酚0.9份，ABS-g-MAH 6.8份，硬脂酸1份，硅油0.1份，柠檬酸三丁酯6份，MBS 2份，有机硅蜡3.5份，改性复合硅灰石纤维22份。
该聚碳酸酯材料的制造方法同实施例1。
经过测试，实施例1-6以及对比例的阻燃性和耐磨性如下表所示，其中，对比例为公开号为CN02702712B的中国发明，阻燃性参考ASTM E-1354-90a测试各材料的峰值热释放速率，燃烧热释放速率越低则阻燃性越强，耐磨性则通过磨耗体积来表示，磨耗体积越小则耐磨性越强：
由该表可看出：实施例1-6的峰值热释放速率均明显低于对比例，磨耗体积方面则明显小于对比例，阻燃性以及耐磨性均较强。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。