一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料，其按重量份计由以下原料组分组成：聚酮树脂51.5~59份；阻燃剂18~25份；导电剂15~30份；抗氧剂0.3~0.6份；其它助剂0.1~0.4份。本发明通过对树脂熔体流动速率的限定，优选适合的POK树脂，同时针对现有磷系阻燃技术存在材料热变形温度较低或加工温度窄的不足，而对溴系阻燃体系的相容性和加工匹配性进行研究，同时对无卤阻燃剂进行对比筛选及复配验证，形成了具有特定种类及配比的阻燃体系，使得制备出的聚酮复合材料可达UL94‑5VA的优异阻燃特性。

权利要求

1.一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料，其特征在于，按重量份计由以下原料组分组成：所述阻燃剂是由乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺和蜜胺聚磷酸盐按质量比例为5～8:1混合而成的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料，其特征在于：所述聚酮树脂的熔体流动速率在250℃，2.16KG的测试条件下为5～30g/10min。

3.根据权利要求1所述的一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料，其特征在于：所述导电剂是由导电炭黑和石墨烯按质量比例为10～15:1混合而成的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料，其特征在于：所述抗氧剂是由N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和四(2,4-二叔丁基酚)4,

4'-联苯二亚磷酸酯按质量比例为1:3混合而成的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料，其特征在于：所述其它助剂为聚四氟乙烯，其数均分子量为200～400万。

6.一种如权利要求1～5所述的5VA级阻燃导电聚酮复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：将聚酮树脂与抗氧剂和其它助剂混合均匀，从主喂料口添加到双螺杆挤出机中，导电剂和阻燃剂分别从不同的侧喂料下料系统加入挤出机中，熔融共混挤出造粒，得到聚酮复合材料。

7.根据权利要求6所述的一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料，其特征在于：还包括预混料处理：将阻燃剂置于搅拌速度为500r/min的高速搅拌机中搅拌处理3min后备用；将导电剂置于搅拌速度为350r/min的高速搅拌机中搅拌处理1min后备用；将抗氧剂置于搅拌速度为400r/min的高速搅拌机中搅拌处理2min后备用。

8.根据权利要求6所述的一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料，其特征在于：所述熔融共混挤出造粒过程中双螺杆挤出机各加温区温度设定分别为：一区210～215℃，二区215～

225℃，三区220～230℃，四区225～230℃，五区220～230℃，六区210～215℃，七区210～

220℃，八区210～220℃，机头230～250℃。

说明书

一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子领域，特别涉及一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚酮（POK）是由一氧化碳、乙烯（ethylene）和丙烯（propylene）合成的新型热塑性树脂，相比于聚酰胺树脂，其冲击强度强于3倍以上，对化学物性的稳定性亦远远超出；同时对比聚甲醛树脂（POM），其体现出更优异的硬度和耐磨特性。此外，POK对气体和碳氢化合物还具有超常地阻隔性能，作为一种新兴环保型高分子材料，现已逐步开发并应用于汽车、电子产业材料零配件，且对各改性塑料使用领域带来了全新的应用机会，但在众多行业中，对于材料的阻燃甚至导电、电磁波屏蔽等性能的要求也在日益提升。POK树脂本身不具备此性能，限制了其在某些领域的应用。因此，有必要对POK进行相应的改性以提高其使用性能。

[0003] 中国专利201610716926.X公开了一种阻燃型碳纤维增强聚酮复合材料，其记载了由碳纤维增强，磷系阻燃组成的复合物，但该方法制备的复合材料阻燃等级仅达到V0级别；中国专利201610780249.8公开了一种红磷阻燃增强PA66与POK合金材料及其制备方法，其记载了POK采用红磷阻燃剂与PA66合金化的技术，但该方法制备的复合材料阻燃等级亦仅为V0级，同时不具备导电特性。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料及其制备方法，制备出的聚酮复合材料的阻燃性能可通过2.5mm厚度UL94-5VA测试，同时兼具有优异的导电特性和力学性能。

[0005] 本发明所采取的技术方案是：一种5VA级阻燃导电聚酮复合材料，其按重量份计由以下原料组分组成：聚酮树脂51.5 59份；阻燃剂18 25份；导电剂15 30份；抗氧剂0.3 0.6~ ~ ~ ~份；其它助剂0.1 0.4份。
~

[0006] 作为上述方案的进一步改进，所述聚酮树脂的熔体流动速率在250℃，2.16KG的测试条件下为5 30g/10min。采用此熔体流动速率范围的树脂基体，可在确保复合材料阻燃~5VA特性的同时，满足成型加工性。

[0007] 作为上述方案的进一步改进，所述阻燃剂是由乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺和蜜胺聚磷酸盐按质量比例为5 8:1混合而成的混合物。具体地，阻燃剂的阻燃性能与乙撑双四溴~邻苯二甲酰亚胺和蜜胺聚磷酸盐两者的配比有着密切关系，优选地，本发明的阻燃剂是由乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺和蜜胺聚磷酸盐按质量比例为6 7:1混合而成的，其能达到优~
异的阻燃效果。

[0008] 作为上述方案的进一步改进，所述导电剂是由导电炭黑和石墨烯按质量比例为1015:1混合而成的混合物。具体地，石墨烯和导电炭黑均具有良好的导电性能，且复配后的~
性能更优，但两者复配的配比对最终加入至材料中所发挥的导电性能有着密切关系，本发明优选导电炭黑和石墨烯按质量比例为12:1混合。

[0009] 具体地，因本发明采用非磷系阻燃剂，与采用特定的导电剂进行复配可确保导电剂组分在聚酮复合材料中的分散性，在集成阻燃和导电特性的同时，确保聚酮复合材料本身的性能。

[0010] 作为上述方案的进一步改进，所述抗氧剂是由N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和四(2,4-二叔丁基酚) 4,4'-联苯二亚磷酸酯按质量比例为1:3混合而成的混合物。

[0011] 作为上述方案的进一步改进，所述其它助剂为聚四氟乙烯，其数均分子量为200~400万。

[0012] 一种如上所述的5VA级阻燃导电聚酮复合材料的制备方法，其包括如下工艺步骤：将聚酮树脂与抗氧剂和其它助剂混合均匀，从主喂料口添加到双螺杆挤出机中，导电剂和阻燃剂分别从不同的侧喂料下料系统加入挤出机中，熔融共混挤出造粒，得到聚酮复合材料。

[0013] 作为上述方案的进一步改进，还包括预混料处理：将阻燃剂置于搅拌速度为500r/min的高速搅拌机中搅拌处理3min后备用；将导电剂置于搅拌速度为350r/min的高速搅拌机中搅拌处理1min后备用；将抗氧剂置于搅拌速度为400r/min的高速搅拌机中搅拌处理2min后备用。

[0014] 作为上述方案的进一步改进，所述熔融共混挤出造粒过程中双螺杆挤出机各加温区温度设定分别为：一区210～215℃，二区215～225℃，三区220 230℃，四区225～230℃，~五区220～230℃，六区210 215℃，七区210～220℃，八区210～220℃，机头230 250℃。
~ ~

[0015] 本发明的有益效果是：

[0016] （1）本发明通过对树脂熔体流动速率的限定，优选适合的POK树脂，同时针对现有磷系阻燃技术存在材料热变形温度较低或加工温度窄的不足，而对溴系阻燃体系的相容性和加工匹配性进行研究，同时对无卤阻燃剂进行对比筛选及复配验证，形成了具有特定种类及配比的阻燃体系，使得制备出的聚酮复合材料可达UL94-5VA的优异阻燃特性。

[0017] （2）本发明通过研究导电炭黑和石墨烯复配的导电特性，并通过验证，调整导电剂的添加量和复合配比，从而使制备出的聚酮复合材料具有十分突出的导电性能。

[0018] （3）本发明在基于聚酮树脂阻燃改性技术的基础上，还集成材料的导电性能改性，使该复合材料兼具阻燃和导电特性，在聚酮树脂的改性技术和应用拓展方面均有突破。

具体实施方式

[0019] 下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。

[0020] 以下实施例和对比例中的聚酮复合材料均通过熔融挤出来制备，所用的聚酮树脂的熔体流动速率在250℃，2.16KG的测试条件下为5 30g/10min，具体制备方法为：~

[0021] 1）、预混料处理：将阻燃剂置于搅拌速度为500r/min的高速搅拌机中搅拌处理3min后备用；将导电剂置于搅拌速度为350r/min的高速搅拌机中搅拌处理1min后备用；将抗氧剂置于搅拌速度为400r/min的高速搅拌机中搅拌处理2min后备用；

[0022] 2）、将聚酮树脂与抗氧剂和其它助剂混合均匀，从主喂料口添加到双螺杆挤出机中，导电剂和阻燃剂分别从不同的侧喂料下料系统加入挤出机中，熔融共混挤出造粒，得到聚酮复合材料。其中双螺杆挤出机各加温区温度设定分别为：一区210～215℃，二区215～225℃，三区220 230℃，四区225～230℃，五区220～230℃，六区210 215℃，七区210～220~ ~
℃，八区210～220℃，机头230 250℃。
~

[0023] 实施例1

[0024] 按照表1所示重量份数的原料制备5VA级阻燃导电聚酮复合材料。

[0025] 表1  实施例1的配方组成

[0026]原料 重量份数（份）
聚酮树脂 51.5
阻燃剂 18
导电剂 30
抗氧剂 0.3
其它助剂 0.2

[0027] 其中阻燃剂是由乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺和蜜胺聚磷酸盐按质量比例为6:1混合而成的混合物；导电剂是由导电炭黑和石墨烯按质量比例为12:1混合而成的混合物；抗氧剂是由N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和四(2,4-二叔丁基酚) 4,4'-联苯二亚磷酸酯按质量比例为1:3混合而成的混合物。

[0028] 实施例2

[0029] 按照表2所示重量份数的原料制备5VA级阻燃导电聚酮复合材料。

[0030] 表2  实施例2的配方组成

[0031]原料 重量份数（份）
聚酮树脂 57
阻燃剂 22
导电剂 20
抗氧剂 0.6
其它助剂 0.4

[0032] 其中阻燃剂是由乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺和蜜胺聚磷酸盐按质量比例为7:1混合而成的混合物；导电剂是由导电炭黑和石墨烯按质量比例为12:1混合而成的混合物；抗氧剂是由N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和四(2,4-二叔丁基酚) 4,4'-联苯二亚磷酸酯按质量比例为1:3混合而成的混合物。

[0033] 实施例3

[0034] 按照表3所示重量份数的原料制备5VA级阻燃导电聚酮复合材料。

[0035] 表3  实施例3的配方组成

[0036]原料 重量份数（份）
聚酮树脂 59
阻燃剂 25
导电剂 15
抗氧剂 0.5
其它助剂 0.5

[0037] 其中阻燃剂是由乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺和蜜胺聚磷酸盐按质量比例为7:1混合而成的混合物；导电剂是由导电炭黑和石墨烯按质量比例为12:1混合而成的混合物；抗氧剂是由N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和四(2,4-二叔丁基酚) 4,4'-联苯二亚磷酸酯按质量比例为1:3混合而成的混合物。

[0038] 对比例1

[0039] 按照表4所示重量份数的原料制备聚酮复合材料。

[0040] 表4  对比例1的配方组成

[0041]原料 重量份数（份）
聚酮树脂 59
阻燃剂 25
导电剂 15
抗氧剂 0.5
其它助剂 0.5

[0042] 其中阻燃剂是红磷；导电剂是由导电炭黑和石墨烯按质量比例为12:1混合而成的混合物；抗氧剂是由N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和四(2,4-二叔丁基酚) 4,4'-联苯二亚磷酸酯按质量比例为1:3混合而成的混合物。

[0043] 对比例2

[0044] 按照表5所示重量份数的原料制备聚酮复合材料。

[0045] 表5  对比例2的配方组成

[0046]原料 重量份数（份）
聚酮树脂 59
阻燃剂 25
导电剂 15
抗氧剂 0.5
其它助剂 0.5

[0047] 其中阻燃剂是磷酸盐；导电剂是由导电炭黑和石墨烯按质量比例为12:1混合而成的混合物；抗氧剂是由N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和四(2,4-二叔丁基酚) 4,4'-联苯二亚磷酸酯按质量比例为1:3混合而成的混合物。

[0048] 实施例4：性能检测

[0049] 采用ASTM标准测试力学性，UL-94标准测试阻燃性能，导电性能采用IEC 60093标准进行测试。实施例1 3和对比例1 2所制备的聚酮复合材料的性能如表6所示。~ ~

[0050] 表6 各项性能检测结果

[0051]测试项目 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
拉伸强度（MPa） ASTM D638 46 51 52 36 48
弯曲强度（MPa） ASTM D790 51 53 55 43 52
弯曲模量（MPa） ASTM D790 2880 2633 2566 2216 2550
缺口冲击强度（J/M） ASTM D256 56 62 76 32 43
阻燃性（2.5mm） UL94 5VA 5VA 5VA V0 V0
表面电阻率（Ω） IEC 60093 7.3×103 7.6×104 6.2×105 6.9×105 ＞1012[0052] 由表6数据可知，本发明所制备得的聚酮复合材料，其阻燃性能可通过2.5mm厚度UL94-5VA测试，同时兼具有优异的导电特性和力学性能。

[0053] 上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。