聚碳酸酯最早由德国科学家AlfredEinhorn在年首次合成。聚碳酸酯是一种透明材料,有很好的力学性能、阻燃性能和耐高温性。作为五大工程塑料之一,聚碳酸酯被应用于建筑业板材、汽车零部件、医疗器械、航空航天、电子电器、光学透镜、光盘基础材料、LED照明......许多领域,市场前景广阔。
塑联网下插曲:芜湖虹泰机械制造有限公司成立于年12月30日,经营范围包括一般项目:矿山机械制造;液压动力机械及元件制造;橡胶制品制造;模具制造;塑料制品制造;新材料技术研发;新材料技术推广服务;机械零件、零部件加工;液压动力机械及元件销售;矿山机械销售;橡胶制品销售;塑料制品销售;模具销售等
如何实现聚碳酸酯PC阻燃又透明?
PC是一种无定形聚合物,具有极高的透明度,透光率可达89%,可以满足很多对光学、颜色要求高的应用场景,而且其本身具备一定的阻燃效果,可达到V-2级阻燃,是自熄型工程塑料。
然而,在一些应用场景,需要达到1.6mm甚至0.8mm的V-0级阻燃,比如手机壳等电子产品,PC膜,PC板材等领域,而且还要保持PC的透明度,这就有一定的困难了!
目前PC用阻燃剂主要有磷酸酯类,有机硅类和磺酸盐类等。磷酸酯类阻燃剂(如BDP,RDP)阻燃PC需要添加量大,且容易发生滴落,需要添加抗滴落剂,抗滴落剂则会严重影响PC的透明度。能够保持PC高透明度的主要是磺酸盐类和有机硅类阻燃剂。
1磺酸盐系阻燃剂
磺酸盐阻燃剂属于碱土金属盐,对PC制品的阻燃效率高,常用的品种主要有2,4,5-三氯苯磺酸钠(STB)、苯磺酰基苯磺酸钾(KSS)、全氟丁基磺酸钾(PPFBS)。STB含有氯元素,多用于非透明PC体系中。
磺酸盐阻燃剂阻燃机理:磺酸盐在~℃会降解产生能够促进PC交联成炭的SO2气体,这个温度区间与PC的降解温度相匹配,这种成炭交联主要是通过促进PC的异构化和Fries重排来实现。
磺酸盐促进交联成炭
苯磺酰基苯磺酸钾(KSS)
KSS使用较广泛,添加0.05%-0.1%即可使PC的氧指数从27%提高到37%左右,且不会影响PC的透明性。但是单独使用不能使薄壁制件(厚度≤2.5mm)的阻燃性达到UL94V-0级。实际应用时常与聚硅氧烷复配,若同时再加入少量含氟聚合物可使材料阻燃性更佳。
全氟丁基磺酸钾(PFBS)
在PC中添加0.06%-0.1%的PFBS即可使PC达到UL94V-0(3.2mm),但要达到1.6mm或者0.8mm的V-0级别仍有困难。为满足更高的阻燃要求,通常可加入少量硅氧烷进行复配。硅氧烷的用量为配方总量的0.02%-0.3%即可使1.6mm厚样条阻燃性达到UL-94V-0级。需注意的是PFBS用量若超过0.1%,不但不能提高PC的阻燃性能,而且会影响PC的透明性。
KSS相比于PFBS,可使PC具有更高的透明度,但是其阻燃效率更低,而且,两者的添加量与阻燃效果都不是线性关系,并不是添加越多,阻燃效果越好。
目前,全氟丁基磺酸钾进口产品的价格可达元/kg以上,国产产品价格一般<元/kg,主要质量差别在于产品的稳定性。国外供应商主要有三菱,3M等企业,国内则有近30家企业生产此产品。
2有机硅类阻燃剂
硅系阻燃剂分为无机硅系和有机硅系,无机硅系阻燃剂对PC的韧性影响严重,使用较少。有机硅系阻燃剂主要是聚硅氧烷和聚硅氧烷衍生物。
硅系阻燃剂阻燃机理为∶硅系阻燃剂在高温下易迁移到材料表面,形成—Si—O—或—Si—C—结构,这种结构在材料表面能够起到隔热和阻燃的作用,同时这种多孔结构能够吸附燃烧过程中的烟和毒气,具有低烟、低毒的效果;此外,硅系阻燃剂还有促进成炭的作用。
苯基硅氧烷除了能促进PC的异构化和Fries重排而促进成炭外,还会与Fries重排生成的酚羟基反应,生成含苯基的交联成炭的醚结构。
适用于PC阻燃的聚硅氧烷从结构上可以分为线形和支链形2种,其中线形聚硅氧烷阻燃PC的流动性好,冲击强度高,加工性及可回收性好;支链形聚硅氧烷阻燃PC更容易交联成炭,阻燃效果更好,且烟雾及有毒气体生成量较小。
硅氧烷阻燃剂一般添加量为1.5-4wt%,可达到UL94V-0(1.0-1.5mm),可使PC的透光率保持在87%左右。
大部分的硅系阻燃剂都是以物理添加的方式加入,这需要硅氧烷中苯基含量高,与PC相容性好;还有一种方式是在PC聚合过程中引入硅氧烷单体,形成PC-硅氧烷共聚物,即硅共聚PC。硅共聚PC不仅具有较好的阻燃性能,还具有很好的流动性和低温韧性。
生产PC制品时需要注意什么?
PC性能优异,透明度较高,冲击韧性好,耐蠕变,使用温度范围宽。PC的工艺特性:熔融粘度对剪切率的敏感性小,而对温度的敏感性大,无明显熔点,熔融体粘度较高,高温下树脂易水解,制品易开裂。
PC针对这些特性,我们特别要注意区别对待:
(1)、要增加熔体的流动性,不是用增大注射压力而应采用提高注射温度的办法来达到;
(2)、要求模具的流道、浇口短而粗,以减少流体的压力损失,同时要较高的注射压力;
(3)、树脂在成型加工之前需进行充分的干燥处理,使其含水量控制在0.02%以下;
(4)、此外,在加工过程中对树脂还应采取保温措施,以防重新吸湿;
(5)、不仅需要合理的制品设计,还应正确掌握成型工艺,如提高模具温度,对制品进行后处理等可以减少或消除内应力。视产品的不同状况及时调整工艺参数。
原料干燥
PC类塑胶,即使遇到非常低之水份也会产生水解而断键、分子量降低和物性强度降低之现象。因此在成型加工前,应严格地控制聚碳酸酯之水份在0.02%以下,以避免成型品的机械强度降低或表面产生气泡、银纹等之异常外观。
PC对水极其敏感,所以注塑前必须充分干燥,使其含水量降低到0.02%以下,PC一般干燥条件:~℃,时间至少4小时以上;
注射温度
注射温度必须综合制品的形状、尺寸,模具结构。制品性能、要求等各方面的情况加以考虑后才能作出。
一般在成型中选用温度在~℃之间,过高的料温如超过℃时,PC将会出现分解,制品颜色变深,表面出现银丝、暗条、黑点、气泡等缺陷,同时物理机械性能也显著下降。
PC对温度也很敏感,熔体粘度随温度升高而明显下降,料筒温度~℃(最好不要超过℃),适当提高温度料筒温度对PC塑化有好处。必要时内应力退火,烘炉温度~℃,时间2小时,自然冷却到常温。
材料特性
光学特性。它的透光率在90%左右,接近于玻璃但是又比玻璃轻,不易碎,易于加工。有人会以为这就是所谓的“有机玻璃”,其实不然!我们所说的有机玻璃的学名是“聚甲基丙烯酸甲酯”。有机玻璃虽然也是透明材料,甚至光学特性比聚碳酸酯还要优越,但是,它的力学性能与耐热性能比聚碳酸酯相差太多,而且还不防火。所以就综合性能而言,聚碳酸酯更全面,应用也更为广泛。
力学性能。聚碳酸酯是刚性与韧性的有机结合体。一般而言,一种材料刚性很好的话,它就会很脆,往地上一摔就会碎。但聚碳酸酯虽有很好的刚性,很难将其折弯,它的韧性却也相当好,由其制成的产品,即使有重物从高处落在其上,也不容易破碎。例如,4公斤的圆球从0.1米高处落在1.2cm厚的聚碳酸酯板上,聚碳酸酯板能够完好无损。
阻燃性能。年11月上海市胶州路一场大火,让防火阻燃材料备受人们的