本发明属于材料技术领域，具体涉及一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚碳酸酯(pc)树脂具有优良的电绝缘性和良好的耐燃性、优越的抗冲击性能、高耐热、耐蠕变以及尺寸稳定性好等优点，在电子电器行业具有广阔的应用空间。随着电子电器工业的迅速发展，所使用的产品越来越小型化、薄壁化，这就对材料的耐燃性以及耐漏电起痕性能提出了更高的要求。
漏电起痕是材料表面在电场和电解液的作用下形成导电通路的能力，cti(comparativetrackingindex，相对电痕指数)值是衡量材料耐漏电起痕性的重要指标。市面上的阻燃pc一般采用磺酸盐类阻燃剂或者磷酸酯类阻燃剂，阻燃性能难以满足ul94标准1.0mmv0和2.0mm5va，并且采用磺酸盐类阻燃剂cti值较低，只有plc3等级，采用磷酸酯类阻燃剂，耐热较低；二者都难以满足电子电器制件耐燃和耐漏电起痕性能等方面的要求，限制了其在变压器、连接器、接线盒、继电器等方面的应用。
因此，现有技术有待改进。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法，旨在解决现有pc材料阻燃效果差和cti值低，难以满足电子电器制件性能的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种聚碳酸酯复合材料，所述聚碳酸酯复合材料包括如下重量份的组分：
本发明提供的聚碳酸酯复合材料中使用的硅硼系阻燃剂，不同于阻燃不稳定性的磺酸盐类阻燃剂，也不同于低耐热性的磷酸酯类阻燃剂，该硅硼系阻燃剂不仅可以可在高含量的矿物填充下，依然能保持聚碳酸酯复合材料较好的阻燃性能，而且使得聚碳酸酯复合材料具有高冲击强度和耐热性能。同时，二氧化钛和硫酸钡复配，可显著提高聚碳酸酯复合材料的cti，二氧化钛具有极高的介电常数，对聚碳酸酯复合材料的cti的提高作用很明显，但是由于其着色和遮蔽能力太强，限制其在深色或黑色的有高cti需求的产品中的应用，而硫酸钡也具有较高的介电常数，与二氧化钛复配，既对提高聚碳酸酯复合材料的cti有明显的帮助，同时对聚碳酸酯复合材料的冲击性能影响很小，而且硫酸钡具有和pc相近的折光指数，对聚碳酸酯复合材料的颜色遮蔽很低，可以配制深色或黑色产品。相对于现有技术，本发明的聚碳酸酯复合材料中，硅硼系阻燃剂、二氧化钛、纳米硫酸钡和抗滴落剂复配，不仅可以提高聚碳酸酯复合材料的耐燃性能，而且使得聚碳酸酯复合材料能满足ul94的1.0mmv0和2.0mm5va标准，并能够在不添加增韧剂的情况下保持良好的抗冲击性能，各个成分之间通过协同作用，最终形成一种高cti、高耐热无卤阻燃的聚碳酸酯复合材料。
本发明另一方面提供一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按照本发明的上述聚碳酸酯复合材料所含的成分及其含量分别称取各成分原料；
将所述聚碳酸酯、所述硅硼系阻燃剂、所述抗滴落剂、所述硫酸钡、所述二氧化钛和所述加工助剂进行混合处理，得到混合物料；
将所述混合物料投入双螺杆挤出机中，进行熔融造粒，得到所述聚碳酸酯复合材料。
本发明提供的聚碳酸酯复合材料的制备方法，工艺简单易行，成本低，最终制得的聚碳酸酯复合材料中，硅硼系阻燃剂、二氧化钛和纳米硫酸钡复配，不仅可以提高聚碳酸酯复合材料的耐燃性能，而且在抗滴落剂的帮助下，聚碳酸酯复合材料能满足ul94的1.0mmv0和2.0mm5va标准，而且能够在不添加增韧剂的情况下保持良好的抗冲击性能，各个成分之间通过协同作用，最终形成一种高cti、高耐热无卤阻燃的聚碳酸酯复合材料。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种聚碳酸酯复合材料，所述聚碳酸酯复合材料包括如下重量份的组分：
本发明实施例提供的聚碳酸酯复合材料中使用的硅硼系阻燃剂，不同于阻燃不稳定性的磺酸盐类阻燃剂，也不同于低耐热性的磷酸酯类阻燃剂，该硅硼系阻燃剂不仅可以可在高含量的矿物填充下，依然能保持聚碳酸酯复合材料较好的阻燃性能，而且使得聚碳酸酯复合材料具有高冲击强度和耐热性能。同时，二氧化钛和硫酸钡复配，可显著提高聚碳酸酯复合材料的cti，二氧化钛具有极高的介电常数，对聚碳酸酯复合材料的cti的提高作用很明显，但是由于其着色和遮蔽能力太强，限制其在深色或黑色的有高cti需求的产品中的应用，而硫酸钡也具有较高的介电常数，与二氧化钛复配，既对提高聚碳酸酯复合材料的cti有明显的帮助，同时对聚碳酸酯复合材料的冲击性能影响很小，而且硫酸钡具有和pc相近的折光指数，对聚碳酸酯复合材料的颜色遮蔽很低，可以配制深色或黑色产品。
本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中，硅硼系阻燃剂、二氧化钛、纳米硫酸钡和抗滴落剂复配，不仅可以提高聚碳酸酯复合材料的耐燃性能，而且使得聚碳酸酯复合材料能满足ul94的1.0mmv0和2.0mm5va标准，并能够在不添加增韧剂的情况下保持良好的抗冲击性能，各个成分之间通过协同作用，最终形成一种高cti、高耐热无卤阻燃的聚碳酸酯复合材料。
进一步地，本发明实施例提供的聚碳酸酯复合材料中，所述聚碳酸酯选自共聚芳香族聚碳酸酯或均聚芳香族聚碳酸酯。优选地，可以是粘均分子量为16000-33000的双酚a型聚碳酸酯。具体的熔融指数范围为2-60g/10min；玻璃化转变温度为145-150℃。在上述规格范围内的pc用于制备聚碳酸酯复合材料，可更好地适合共混挤出的注塑加工工艺。在本发明实施例中，聚碳酸酯的重量份具体可以为65份、70份、75份、80份、84份、90份、91份等。
进一步地，本发明实施例提供的聚碳酸酯复合材料中，所述硅硼系阻燃剂的化学结构式中含有如下结构单元：
其中，r1和r2为相同或不同的取代基，且r1和r2中至少有一个为芳基，即上述硅硼系阻燃剂中，硅原子上的一价取代基之一有一个含芳环的有机基团。本发明实施例中所用的硅硼系阻燃剂含有该特有的硅硼结构，使得最终聚碳酸酯复合材料具有更好的阻燃性能以及高冲击强度和耐热性能。在本发明实施例中，硅硼系阻燃剂的重量份具体可以为1份、2份、5份、10份、14份、15份、20份等。
进一步地，本发明实施例提供的聚碳酸酯复合材料中，所述抗滴落剂选自聚四氟乙烯(ptfe)和/或改性的聚四氟乙烯。可以择聚四氟乙烯粉末或包裹改性的聚四氟乙烯粉末或包裹改性的聚四氟乙烯水乳液。本发明实施例的抗滴落剂作为一种协效阻燃剂，和硅硼系阻燃剂协同作用，起到的阻燃效果增强。在本发明实施例中，抗滴落剂的重量份具体可以为0.1份、0.2份、0.5份、0.6份、0.8份、1份等。
进一步地，本发明实施例提供的聚碳酸酯复合材料中，所述硫酸钡的粒径为30-300nm，即纳米级的硫酸钡。优选经氧化铝和/或聚硅氧烷进行表面改性的硫酸钡，经改性后的硫酸钡粉体在聚碳酸酯复合材料的基体中更容易分散，与基体树脂结合更紧密，对复合材料的性能影响更小。而二氧化钛的粒径为150-300nm，即也选纳米级的二氧化钛，如金红石型二氧化钛；同时，优选经氧化铝和/或聚硅氧烷进行表面改性的二氧化钛，经改性后的二氧化钛粉体在聚碳酸酯复合材料的基体中更容易分散，与基体树脂结合更紧密，对复合材料的性能影响更小。
本发明的实施例中，通过对二氧化钛和硫酸钡复配，可显著提高聚碳酸酯复合材料的cti，而且可在深色或黑色的有高cti需求的产品中的应用。在本发明实施例中，二氧化钛的重量份具体可以为0.5份、0.8份、1份、1.5份、1.8份、2份等。硫酸钡的重量份具体可以为1份、2份、3份、5份、9份、10份等。
进一步地，本发明实施例提供的聚碳酸酯复合材料中，所述加工助剂选自抗氧剂、脱模剂、光稳定剂、色粉颜料和绝缘炭黑中的至少一种。上述加工助剂的加入，可进一步提高聚碳酸酯复合材料的性能。
上述加工助剂中，抗氧剂可以提高复合材料的抗氧化性能，所述抗氧剂选自酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂，包括磷酸三苯酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯(商品牌号为1076)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(商品牌号为168)。脱模剂用于提高复合材料加工时脱模，优选脱模剂选自四硬脂酸异戊醇酯、石蜡(如固体石蜡)和硅烷聚合物中的至少一种。光稳定剂用以提高复合材料光照条件下稳定性，光稳定剂选自光稳定剂5411、光稳定剂234和稳定剂531中的至少一种。所述色粉颜料选自氧化铁红、钴蓝和钛黄中的至少一种，该色粉颜料具有很好的热稳定性和耐候性。而绝缘炭黑为高绝缘性炭黑，具有较高级别黑度和较低结构，绝缘炭黑的原生粒径为20-25nm，与普通色素炭黑相比，该绝缘炭黑绝缘性更好，不易在电压和电解液的作用下炭化形成导电通路。
在本发明实施例中，加工助剂的重量份为0.1-2份，即选自抗氧剂、脱模剂、光稳定剂、色粉颜料和绝缘炭黑中的至少一种混合后，得到0.1-2份即可。
另一方面，本发明实施例还提供了一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
s01：按照本发明实施例的上述聚碳酸酯复合材料所含的成分及其含量分别称取各成分原料；
s02：将所述聚碳酸酯、所述硅硼系阻燃剂、所述抗滴落剂、所述硫酸钡、所述二氧化钛和所述加工助剂进行混合处理，得到混合物料；
s03：将所述混合物料投入双螺杆挤出机中，进行熔融造粒，得到所述聚碳酸酯复合材料。
本发明实施例提供的聚碳酸酯复合材料的制备方法，工艺简单易行，成本低，最终制得的聚碳酸酯复合材料中，硅硼系阻燃剂、二氧化钛、纳米硫酸钡和抗滴落剂复配，不仅可以提高聚碳酸酯复合材料的耐燃性能，而且使得聚碳酸酯复合材料能满足ul94的1.0mmv0和2.0mm5va标准，并能够在不添加增韧剂的情况下保持良好的抗冲击性能，各个成分之间通过协同作用，最终形成一种高cti、高耐热无卤阻燃的聚碳酸酯复合材料。
进一步地，在上述步骤s01中：各成分原料具体选择在上文已经详细说明，这里不再阐述。
进一步地，在上述步骤s02中：混合处理在混合器中进行，一般预混5-10分钟即可混合均匀。
进一步地，在上述步骤s03中：所述双螺杆挤出机的温度参数包括：一区温度200-220℃，二区温度230-240℃，三区温度245-265℃，四区温度260-280℃，五区温度260-280℃，六区温度260-280℃，七区温度260-280℃，八区温度260-280℃，模头温度255-285℃。更优选地，所述双螺杆挤出机的主机转速为340-350转/分钟，螺杆长径比为38-40：1。
将上述经混合处理后的混合物料通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，按上述熔融挤出工艺，拉条造粒，即可得到本发明实施例的高cti、高耐热无卤阻燃的聚碳酸酯复合材料。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种聚碳酸酯复合材料，其配方见表1中的实施例1。该聚碳酸酯复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按照表1中实施例1的配方称取各组分；
(2)将上述各组分进行混合处理，得到混合物料；
(3)通过双螺杆挤出机将所述混合物进行熔融挤出，生产工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度240℃，三区温度265℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，七区温度270℃，八区温度270℃，模头温度275℃，主机转速为350转/分钟，螺杆长径比为40：1。
实施例2
一种聚碳酸酯复合材料，其配方见表1中的实施例2。该聚碳酸酯复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按照表1中实施例2的配方称取各组分；
(2)将上述各组分进行混合处理，得到混合物料；
(3)通过双螺杆挤出机将所述混合物进行熔融挤出，生产工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度240℃，三区温度265℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，七区温度270℃，八区温度270℃，模头温度275℃，主机转速为350转/分钟，螺杆长径比为40：1。
实施例3
一种聚碳酸酯复合材料，其配方见表1中的实施例3。该聚碳酸酯复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按照表1中实施例3的配方称取各组分；
(2)将上述各组分进行混合处理，得到混合物料；
(3)通过双螺杆挤出机将所述混合物进行熔融挤出，生产工艺如下：双螺杆挤出机一区温度210℃，二区温度240℃，三区温度265℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，七区温度270℃，八区温度270℃，模头温度275℃，主机转速为350转/分钟，螺杆长径比为40：1。
表1
性能测试
将上述表1中实施例1-实施例3以及对比例1-对比例6的配方获得的聚碳酸酯复合材料按着如下的测试方法，进行性能测试，最后的测试结果如表2所示。
将实施例1至实施3和对比例1至对比例6中的配方制备所得到的聚碳酸酯复合材料经干燥后在280℃温度下注塑成标准样条，依据以下相关标准进行性能的测试和表征。测试条件均为23℃，50％相对湿度。
a)熔融指数：iso1133；测试条件：300℃，1.2kg；
b)悬臂梁缺口冲击强度：iso180；
c)球压测试：iec60695-10-2；
d)cti测试：ul746；
e)阻燃测试标准：ul94，测试样条尺寸为：128mm*13mm*1.0mm和150mm*150mm*2.0mm；
表2
从表1、表2中可以看出：实施例1-3得到的聚碳酸酯复合材料在保持良好的耐热、冲击、流动性的同时，还达到了同时满足125℃球压，ul1.0mmv0和2.0mm5va的防火等级以及ctiplc2标准的技术目标。其中，在本发明实施例中纳米硫酸钡的使用，可减少配方中二氧化钛的加入，两者同时作用，使得聚碳酸酯复合材料既具有较高的cti，又极大削弱了二氧化钛在该聚碳酸酯复合材料当中对颜色的遮蔽力，从而可以配制深色或黑色产品。而绝缘炭黑的使用，与普通炭黑相比，对聚碳酸酯复合材料的cti影响更小。
本发明实施例聚碳酸酯复合材料，使用硅硼结构的阻燃剂，不需要另外添加增韧剂，在高含量矿物填充的情况下，也能保持良好的阻燃性能和冲击强度。磺酸盐类阻燃剂会影响聚碳酸酯复合材料的cti，使得复合材料无法达到ctiplc2等级，而磷酸酯类阻燃剂虽然对提高复合材料的流动性和cti有帮助，但是对复合材料的耐热和冲击影响较大；从表2中对比例可知：该两种阻燃剂的阻燃效果无法满足要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。