阻燃PBT组合物及其制备方法与流程

本发明属于工程塑料，具体涉及一种阻燃pbt组合物及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃纤维增强聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)具有优秀的机械性能、耐疲劳性和尺寸稳定性，材料使用过程中蠕变小、耐老化性能突出，而且在电气性能方面也表现优异，如体积电阻率和介电强度高、耐电弧性能优良、在潮湿高温环境下电性能稳定。经过玻璃纤维增强后的pbt材料能进一步提高其机械强度以及尺寸稳定性，因此玻璃纤维增强pbt材料被广泛应用于制造电子、电气零件和汽车部件。然而，pbt的极限氧指数(loi)为20，在空气环境中受热易燃，阻燃性能较差，经过玻璃纤维填充增强的pbt材料由于灯芯效应在燃烧过程中导致的热量集中，更加剧了该材料在发生燃烧时的剧烈程度。

2、中国专利cn1563189a公开一种低烟阻燃玻璃纤维增强pbt复合材料，该专利的pbt复合材料是采用pbt、玻璃纤维、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、十溴二苯醚、三氧化二锑、聚四氟乙烯、增韧相容剂和抗氧剂制备得到的，其中起到阻燃作用的成分与重量占比为：纳米氧化锌1-5wt％、纳米碳酸钙1-5wt％、十溴二苯醚8-15wt％、三氧化二锑3-5wt％、聚四氟乙烯0.2-1wt％，总占比为13.2-31wt％，所制备的pbt复合材料的拉伸强度为108-115mpa，弯曲强度为162-180mpa，该专利制备的pbt复合材料成分复杂，加入助剂含量过多，生产成本高，且导致pbt复合材料机械性能降低严重。

3、中国专利cn114672143a公开一种改性pbt材料及其制备方法，该改性pbt材料由以下重量份的原料制备所得：pbt 60～70份、聚烯烃弹性体10～15份、硼酸铝晶须2～10份、无碱玻璃纤维10～15份、无机纳米粒子2～5份、磷酸氢锆8～10份、硫酸镁阻燃剂5～10份、氧化石墨烯溶液5～6份、阻燃协效剂1～3份、成核剂2～5份、抗氧剂0.5～1份、相容剂2～5份，该专利采用聚烯烃弹性体对pbt进行增韧改性，引入相容剂提高聚烯烃弹性体与pbt的相容性，同时采用晶须、玻璃纤维、纳米粒子、磷酸氢锆等成分改善材料的强度，采用硫酸镁阻燃剂和阻燃协效剂改善材料阻燃性能，最终制备得到一种具有优良的阻燃性、强度和韧性，且热变形温度高的pbt改性塑料，但是该专利中并未列出具体的材料机械性能、热性能和阻燃性能数据，此外，该专利中将氧化石墨烯溶液直接与树脂进行混合，硼酸铝晶须、无碱玻璃纤维、无机纳米粒子需要预先超声振荡分散于纯净水中形成悬混液，然后通过液体喂料泵加入与树脂共混进行造粒，这在材料加工体系中引入了大量的水分，不利于生产过程中产品的稳定性控制，同时液体喂料泵的价格昂贵，设备和工艺复杂，氧化石墨烯的加入也进一步提高了成本，限制了材料的颜色表现，使生产的pbt复合材料难以保持本色或制造成其他颜色。

4、上述问题导致pbt阻燃材料的生产成本和产品使用性能难以控制，具备高阻燃性能的pbt复合材料因阻燃剂的大量加入而导致力学强度严重降低，阻燃剂的高昂售价也限制着阻燃pbt材料的发展。因此开发一种低成本、高性能的阻燃pbt材料对该材料在电气电子领域和汽车部件领域的应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种阻燃pbt组合物，使用扁平玻璃纤维作为pbt材料的增强填料，利用扁平玻璃纤维的密集堆砌特点协助进行阻燃，采用带有苯环的氨基硅烷偶联剂改善玻璃纤维和pbt基体的相容性，此外硅烷偶联剂能与阻燃剂发生协同作用从而进一步提高阻燃性能，减少阻燃剂用量，得到具备高效阻燃性能的pbt组合物，pbt组合物还具有优异力学性能以及流动加工性能，进一步拓展了pbt材料在电子电器行业的应用；本发明同时提供了阻燃pbt组合物的制备方法，科学合理、简单易行。

2、本发明所述的阻燃pbt组合物，由如下重量百分比的原料制成：

3、

4、所述的pbt为相对密度1.30-1.35、熔点220-235℃的聚对苯二甲酸丁二醇酯。

5、所述的扁平玻璃纤维的短切长度为2-6mm。

6、所述的扁平玻璃纤维的横截面长宽比为3-5:1。

7、所述的阻燃剂为有机磷系阻燃剂、有机氮系阻燃剂、溴系阻燃剂、三氧化二锑、水合氧化铝或硼酸锌中的一种或几种。

8、所述的硅烷偶联剂为n-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或乙烯基苄基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。

9、所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、硫代双酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、二烷基二硫代氨基甲酸盐类抗氧剂、含硫亚磷酸酯类抗氧剂、有机二硫化物类抗氧剂或含硫有机锑和有机硼化物类抗氧剂中的一种或几种。

10、所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸盐或硬脂酸类聚酯中的一种或几种。

11、本发明所述的阻燃pbt组合物的制备方法，包括如下步骤：

12、(1)将pbt、硅烷偶联剂、抗氧剂和润滑剂加入高速混合机中混合均匀，得到预混料；

13、(2)将阻燃剂、扁平玻璃纤维和预混料加入到双螺杆挤出机中熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到阻燃pbt组合物。

14、步骤(2)中所述的双螺杆挤出机中由加料口到机头的各料筒温度分别是加热一区160-200℃、加热二区190-220℃、加热三区210-240℃、加热四区230-250℃、加热五区230-250℃、加热六区230-250℃、加热七区230-250℃、加热八区230-250℃、加热九区230-250℃、机头230-255℃。

15、本发明通过采用扁平玻璃纤维作为pbt的增强填充材料，提高pbt的机械性能，扁平玻璃纤维相对于普通圆截面玻璃纤维，其在燃烧过程中能通过密集的堆砌结构减少外界氧气进入量或延长氧气进入复合材料路径，有效协助阻燃剂作用；所采用的带有苯环的氨基硅烷偶联剂能在材料燃烧时产生co2、no、no2、nh3等大量不燃气体和发生碳化反应，同时苯环作为高含碳量基团，燃烧时也进一步促进了碳化反应的发生，从而有效协助阻燃剂进行作用，使复合材料在较低的阻燃剂添加量时保持良好的阻燃性能，同时使用扁平玻璃纤维替代普通圆截面玻璃纤维作为增强填料能使pbt组合物的加工流动性得到提高。pbt组合物中阻燃剂添加量的减少，降低了阻燃剂对pbt组合物机械性能的影响，保证了pbt组合物机械性能处于较高水平，获得的pbt组合物具有良好的阻燃性能、机械性能以及加工流动性，同时降低了阻燃剂添加成本。本发明通过上述技术手段，最终获得一种采用扁平玻璃纤维协助阻燃的pbt组合物。

16、本发明的有益效果如下：

17、(1)本发明的pbt组合物中加入了扁平玻璃纤维作为增强改性和阻燃加强填料，利用扁平玻璃纤维在pbt基体中的堆砌作用减少了氧气进入量，延长了氧气渗透路径，提高了复合材料燃烧的氧指数，有利于材料阻燃性能的提高；

18、(2)本发明的pbt组合物采用了带有苯环的氨基硅烷偶联剂进行增容和协助阻燃，通过在燃烧过程中产生不燃气体和发生碳化反应，协同少量阻燃剂进行作用进一步提高了pbt组合物的阻燃性能；

19、(3)本发明的pbt组合物中采用的扁平玻璃纤维相对于普通圆截面玻璃纤维具有更好的加工流动性和各向同性，同时结合较低的阻燃剂含量，显著地降低了pbt组合物在加工成型时的加工阻力，有利于避免各类加工问题如充模困难、降解等的发生，对实际生产和应用具有积极作用；

20、(4)本发明的pbt组合物相对于其他pbt阻燃材料，在保证阻燃效果和力学性能的前提下，减少了昂贵的阻燃剂的使用，同时所用原料均为市面上采购便利的品类，制备过程和生产设备均无特殊要求，极大的节省了资金成本和时间成本，降低了技术门槛，能被快速推广和广泛使用；

21、(5)本发明所使用的阻燃剂、硅烷偶联剂、抗氧剂及润滑剂对颜色影响较小，可用于制备本色或浅色制品，添加色母可方便地制备其他各类颜色制品。