阻燃材料、聚碳酸酯复合材料及制备方法与流程

1.本发明涉及阻燃技术领域，特别涉及阻燃材料、聚碳酸酯复合材料及制备方法。


背景技术：

2.聚碳酸酯(polycarbonate，pc)具有优异的耐热性能、耐冲击性能、尺寸稳定性和电气绝缘性能等，通常用于电气产品的制造。
3.由于聚碳酸酯的阻燃性能较差，通常使聚碳酸酯和磺酸盐阻燃剂混合使用，从而制备得到阻燃性能较好的聚碳酸酯复合材料。
4.然而，相关技术使聚碳酸酯和磺酸盐阻燃剂单纯地混合，磺酸盐阻燃剂在聚碳酸酯中添加量极低，容易出现阻燃剂分散不均匀问题，对于薄壁制件的阻燃效果较差。另外，磺酸盐阻燃剂耐水性差，易吸潮。以上均恶化了聚碳酸酯复合材料的阻燃性能。


技术实现要素：

5.鉴于此，本发明提供阻燃材料、聚碳酸酯复合材料及制备方法，能够解决相关技术中存在的技术问题。
6.具体而言，包括以下的技术方案：
7.一方面，提供了一种阻燃材料，所述阻燃材料包括：磺酸盐阻燃剂和玻璃包覆层，所述玻璃包覆层包覆于所述磺酸盐阻燃剂的外部；
8.所述玻璃包覆层的软化点温度为350℃-450℃。
9.在一些可能的实现方式中，所述磺酸盐阻燃剂包括全氟丁基磺酸钾、二苯砜磺酸钾、2,4,5-三氯苯磺酸钠中的至少一种。
10.在一些可能的实现方式中，所述磺酸盐阻燃剂的粒径为1μm-5μm，和/或，所述阻燃材料的粒径为10μm-50μm。
11.在一些可能的实现方式中，所述阻燃材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
12.玻璃制备原料45％-75％、磺酸盐阻燃剂10％-35％、碱性助溶剂15％-20％；
13.其中，所述玻璃制备原料的软化点温度为350℃-450℃。
14.在一些可能的实现方式中，所述碱性助溶剂选自浓度为3mol/l-6mol/l的naoh溶液和/或koh溶液。
15.另一方面，提供了一种阻燃材料的制备方法，所述阻燃材料如上述任一所述；
16.所述阻燃材料的制备方法包括：
17.对所述阻燃材料的制备原料进行冷烧结处理，得到玻璃-阻燃剂复合体，其中，所述玻璃-阻燃剂复合体包括磺酸盐阻燃剂和包覆于所述磺酸盐阻燃剂外部的玻璃层；
18.对所述玻璃-阻燃剂复合体进行研磨及提纯处理，得到所述阻燃材料。
19.在一些可能的实现方式中，所述对所述阻燃材料的制备原料进行冷烧结处理，得到玻璃-阻燃剂复合体，包括：
20.在300mpa-400mpa的压力下，以设定升温速率对所述阻燃材料的制备原料升温至130℃-180℃，经保温保压处理，得到所述玻璃-阻燃剂复合体。
21.再一方面，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以下质量百分比的各组分：
22.上述任一种阻燃材料0.1％-2％、聚碳酸酯树脂91％-99.6％、增韧剂0-5％、助剂0.2％-2％。
23.在一些可能的实现方式中，所述增韧剂选自甲基丙烯酸甲酯-有机硅-丙烯酸酯三元共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、乙烯-1-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝乙烯-1-辛烯共聚物、氯化聚乙烯中的至少一种。
24.在一些可能的实现方式中，所述助剂选自抗氧剂、润滑剂中的至少一种。
25.再一方面，提供了一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，所述聚碳酸酯复合材料如上述任一所述；
26.所述聚碳酸酯复合材料的制备方法包括：在设定的温度梯度下，对混合均匀的聚碳酸酯复合材料所包含的各组分进行注塑处理或者挤出处理，得到所述聚碳酸酯复合材料。
27.在一些可能的实现方式中，所述聚碳酸酯树脂的熔体质量流动速率为8g/10min-22g/10min。
28.本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
29.其一，通过将玻璃包覆层包覆于磺酸盐阻燃剂的外部，这不仅利于提升阻燃材料在聚碳酸酯复合材料中的添加量，且利于使阻燃材料在聚碳酸酯复合材料中分散更加均匀，玻璃包覆层还能够阻挡水汽与磺酸盐阻燃剂相接触，避免磺酸盐阻燃剂在储存过程中吸水变潮。
30.其二，由于玻璃包覆层的软化点温度为350℃-450℃，其软化点温度较低，当该阻燃材料用于聚碳酸酯复合材料中时，低软化点温度的玻璃包覆层受热熔化，磺酸盐阻燃剂能够促进聚碳酸酯交联成炭。熔化的玻璃包覆层不仅形成致密的液体玻璃膜并覆盖于聚碳酸酯表面，这具有优异的隔热隔氧效果，而且其中所含的硅的表面自由能较低，其能够迁移至聚碳酸酯的表面，从而形成稳定的硅炭化合物或者是连续的二氧化硅保护层，从而起到稳定并强化炭层的作用。可见，该阻燃材料中磺酸盐阻燃剂促进聚碳酸酯形成炭层，熔化的玻璃包覆层能够稳定并强化碳层，从而有效阻止热量的传递和可燃性气体的释放，显著提升聚碳酸酯复合材料的阻燃性能。
31.其三，磺酸盐阻燃剂的外部为玻璃包覆层，尽管其软化点温度较低，但是玻璃包覆层本身具有陶瓷的强度及硬度，使其可承受聚碳酸酯复合材料在挤出加工过程中高温、强剪切等条件，确保阻燃材料的玻璃包覆层在此过程中不被破坏，从而在聚碳酸酯复合材料发挥阻隔作用，提升聚碳酸酯复合材料的阻燃稳定性。
32.其四，玻璃包覆层和磺酸盐阻燃剂之间协效阻燃性能优异突出，阻燃机理多元化，使得制备得到的阻燃材料能够达到1.0mm v-0阻燃级别和1.0mm wfi960℃的阻燃水平。
具体实施方式
33.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.一方面，本发明实施例提供了一种阻燃材料，该阻燃材料包括：磺酸盐阻燃剂和玻璃包覆层，玻璃包覆层包覆于磺酸盐阻燃剂的外部；其中，玻璃包覆层的软化点温度，又称为熔融温度为350℃-450℃。
35.本发明实施例提供的阻燃材料，至少具有以下优点：
36.其一，通过将玻璃包覆层包覆于磺酸盐阻燃剂的外部，这不仅利于提升阻燃材料在聚碳酸酯复合材料中的添加量，且利于使阻燃材料在聚碳酸酯复合材料中分散更加均匀，玻璃包覆层还能够阻挡水汽与磺酸盐阻燃剂相接触，避免磺酸盐阻燃剂在储存过程中吸水变潮。
37.其二，由于玻璃包覆层的软化点温度为350℃-450℃，其软化点温度较低，当该阻燃材料用于聚碳酸酯复合材料中时，低软化点温度的玻璃包覆层受热熔化，磺酸盐阻燃剂能够促进聚碳酸酯交联成炭。熔化的玻璃包覆层不仅形成致密的液体玻璃膜并覆盖于聚碳酸酯表面，这具有优异的隔热隔氧效果，而且其中所含的硅的表面自由能较低，其能够迁移至聚碳酸酯的表面，从而形成稳定的硅炭化合物或者是连续的二氧化硅保护层，从而起到稳定并强化炭层的作用。可见，该阻燃材料中磺酸盐阻燃剂促进聚碳酸酯形成炭层，熔化的玻璃包覆层能够稳定并强化碳层，从而有效阻止热量的传递和可燃性气体的释放，显著提升聚碳酸酯复合材料的阻燃性能。
38.其三，磺酸盐阻燃剂的外部为玻璃包覆层，尽管其软化点温度较低，但是玻璃包覆层本身具有陶瓷的强度及硬度，使其可承受聚碳酸酯复合材料在挤出加工过程中高温、强剪切等条件，确保阻燃材料的玻璃包覆层在此过程中不被破坏，从而在聚碳酸酯复合材料发挥阻隔作用，提升聚碳酸酯复合材料的阻燃稳定性。
39.其四，玻璃包覆层和磺酸盐阻燃剂之间协效阻燃性能优异突出，阻燃机理多元化，使得制备得到的阻燃材料能够达到1.0mm v-0阻燃级别和1.0mm wfi960℃的阻燃水平。
40.本发明实施例中，玻璃包覆层的软化点温度包括但不限于350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃等。
41.一些适用的磺酸盐阻燃剂包括全氟丁基磺酸钾(potassium nonafluoro-1-butanesulfonate，ppfbs)、二苯砜磺酸钾(potassium3-(phenylsulfonyl)benzenesulfonate，kss)、2,4,5-三氯苯磺酸钠(sodium2,4,5-trichlorobenzenesulphonate，stb)中的至少一种。以上磺酸盐阻燃剂均适用于聚碳酸酯复合材料并赋予其优异的阻燃效果。
42.在一些示例中，磺酸盐阻燃剂的粒径为1μm-5μm，这包括但不限于：1μm、2μm、3μm、4μm、5μm等。
43.在一些示例中，该阻燃材料的粒径为10μm-50μm，这包括但不限于：10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm等。
44.在一些示例中，该阻燃材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：玻璃制备原料45％-75％、磺酸盐阻燃剂10％-35％、碱性助溶剂15％-20％；其中，玻璃制备原料的软
化点温度为350℃-450℃。
45.对于玻璃制备原料，其指的是能够经烧结处理形成玻璃的原料，本发明实施例通过使用软化点温度为350℃-450℃的玻璃制备原料，从而形成低软化点温度的玻璃包覆层。
46.通过阻燃材料的制备原料中各组分的协同作用，经烧结处理，能够在磺酸盐阻燃剂的表面形成玻璃包覆层。
47.示例性地，玻璃制备原料中至少包括二氧化硅成分，该二氧化硅成分可以为sio2.b2o3、sio2.zno和sio2.p2o5中的至少一种，该二氧化硅成分的质量至少为玻璃制备原料的质量的50％，进一步的可以为玻璃制备原料的质量的70％，玻璃制备原料的质量的80％，玻璃制备原料的质量的90％等。
48.示例性地，碱性助溶剂选自浓度为3mol/l-6mol/l的naoh溶液和/或koh溶液。
49.选用上述碱性助溶剂，一方面，能够提升磺酸盐阻燃剂的溶解效果，利于实现磺酸盐助溶剂和玻璃制备原料的均匀混合。另一方面，碱性助溶剂能够与二氧化硅反应生成无机硅酸盐，使得玻璃制备原料被碱性助溶剂进行表面润湿和溶解。
50.示例性地，玻璃制备原料的质量百分比包括但不限于45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％等。
51.磺酸盐阻燃剂的质量百分比包括但不限于10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％等。
52.碱性助溶剂的质量百分比包括但不限于10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％等。
53.另一方面，本发明实施例还提供了一种阻燃材料的制备方法，其中，该阻燃材料如上述任一所述。
54.该阻燃材料的制备方法包括：对阻燃材料的制备原料进行冷烧结处理，得到玻璃-阻燃剂复合体，其中，玻璃-阻燃剂复合体包括磺酸盐阻燃剂和包覆于磺酸盐阻燃剂外部的玻璃层。对玻璃-阻燃剂复合体进行研磨及提纯处理，得到阻燃材料。
55.其中，该阻燃材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：玻璃制备原料45％-75％、磺酸盐阻燃剂10％-35％、碱性助溶剂15％-20％；其中，玻璃制备原料的软化点温度为350℃-450℃。关于阻燃材料的制备原料中的各组分，可以参见以上所述，在此不再赘述。
56.冷烧结工艺是在中间液相和单轴压力作用下,使陶瓷粉体在较低的温度范围内实现致密化的一种新型陶瓷烧结技术。
57.冷烧结工艺包括三个阶段：第一阶段，液相的引入和颗粒的重排。选择合适的液相是实现冷烧结致密化的关键，冷烧结要求玻璃制备原料在液相中具有一定的溶解性。本发明实施例选用碱性助溶剂作为助溶剂，一方面，磺酸盐易溶于碱性助溶剂，有利于实现磺酸盐与玻璃制备原料的均匀混合；另一方面，sio2为低软化点温度玻璃粉主成分,sio2与碱性助溶剂可发生化学反应生成无机硅酸盐，从而实现玻璃粉被碱性助溶剂表面润湿和溶解。碱性助溶剂将磺酸盐和低软化点温度玻璃混合粉体均匀润湿，并在其表面形成一层液膜，碱性助溶剂促使颗粒尖锐表面局部溶解，并作为润滑剂促进颗粒重排和滑动。
58.第二阶段，溶解-沉淀。固相颗粒在碱性助溶剂中部分溶解，在升温初始阶段，固体
颗粒的溶解度得到提升，但随着温度的进一步升高，将加速溶剂挥发，固体颗粒表面溶解在液相中的部分发生过饱和而沉淀，形成中间相，从而加强颗粒间的接触。
59.第三阶段，局部溶解再沉淀的中间相随着温度升高和保温时间的增加再结晶。sio2在碱性助溶剂的作用下和极高的压力下促使硅氧键的断裂，形成一系列处于低聚合态的硅氧四面体单元，这些低聚合态的硅氧四面体单元随着烧结的进行，逐渐重新聚合，干燥固结后而形成高强度的玻璃体。
60.本发明实施例基于陶瓷冷烧结-粉碎工艺制备得到阻燃材料，通过冷烧结处理，能够在磺酸盐阻燃剂的表面包覆一层热稳定性更强的玻璃包覆层，从而提升磺酸盐阻燃剂的热稳定性。通过对玻璃-阻燃剂复合体进行研磨及提纯处理，以除去其中未结合的磺酸盐阻燃剂、未反应的玻璃制备原料和多余的碱性助溶剂等，从而获得高纯度的阻燃材料。该制备方法具有操作简单、生产效率高、能耗低、安全无污染等优点。
61.在一些示例中，对阻燃材料的制备原料进行冷烧结处理，得到玻璃-阻燃剂复合体，包括：在300mpa-400mpa的压力下，以设定升温速率对阻燃材料的制备原料升温至130℃-180℃，经保温保压处理，得到玻璃-阻燃剂复合体。
62.通过在300mpa-400mpa的压力以及130℃-180℃的低温下对阻燃材料的制备原料进行烧结成型，能够实现在磺酸盐阻燃剂的表面稳定地成型一层玻璃包覆层，这能够避免因高温烧结导致磺酸盐阻燃剂性能劣化及氧化分解等问题。
63.其中，烧结温度包括但不限于130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃等，烧结时的压力包括但不限于300mpa、310mpa、320mpa、330mpa、340mpa、350mpa、360mpa、370mpa、380mpa、390mpa、400mpa等。
64.本发明实施例基于陶瓷冷烧结-球磨粉碎工艺制备得到阻燃材料，本发明通过冷烧结工艺制备掺杂磺酸盐的陶瓷体，然后对陶瓷体粉碎、研磨至粒径10～50μm，制得表面包覆透明玻璃层的磺酸盐阻燃剂。
65.在一些示例中，升温速率可以是8℃/min-12℃/min，这包括但不限于8℃/min、9℃/min、10℃/min、11℃/min、12℃/min等，以使得温度上升稳定且可控。
66.在一些实现方式中，本发明实施例提供了一种阻燃材料的制备方法，其制备步骤如下所示：
67.步骤一、混料，这包括：将碱性助溶剂加入至磺酸盐阻燃剂和玻璃制备原料的混合粉体中，研磨均匀，制备得到糊状物。
68.步骤二、冷烧结，这包括：将糊状物置于钢制模具中，通过单轴压片机在钢制模具上施压300mpa-400mpa，钢模外圈加热器以10℃/min的升温速率使钢制模具内部升温至130℃-180℃(例如，通过在钢制模具的外壁上布置加热器进行加热)，保温保压20min-30min，得到玻璃-阻燃剂复合体。
69.步骤三、研磨，这包括：将玻璃-阻燃剂复合体机械式粉碎，并置于球磨机研磨至粒径10μm-50μm，得到产物粉末。
70.步骤四、水洗，这包括：利用蒸馏水将上述产物粉末洗涤至ph＝7，经过滤，得到滤饼。
71.步骤五、干燥，这包括：将滤饼放入烘箱中，在120℃-140℃下干燥8h-10h，得到具有期望组成的阻燃材料。
72.另一方面，本发明实施例还提供了一种聚碳酸酯复合材料，该聚碳酸酯复合材料包括以下质量百分比的各组分：上述任一种阻燃材料0.1％-2％、聚碳酸酯树脂91％-99.6％、增韧剂0-5％、助剂0.2％-2％。
73.示例性地，阻燃材料的质量百分比包括但不限于：0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％等。聚碳酸酯树脂的质量百分比包括但不限于：91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％等。增韧剂的质量百分比包括但不限于：0.1％、0.15％、0.18％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％等。助剂的质量百分比包括但不限于：0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％等。
74.聚碳酸酯树脂能够赋予聚碳酸酯复合材料良好的机械强度和电绝缘性能；增韧剂能够提升聚碳酸酯复合材料的整体韧性；阻燃材料能够赋予聚碳酸酯复合材料阻燃性能；润滑剂能够减少聚碳酸酯内部分子之间的摩擦，改善其加工性能，提高生产效率；抗氧剂能够延长聚碳酸酯复合材料的使用寿命。
75.本发明实施例提供的聚碳酸酯复合材料，在上述质量配比的各组分的协调作用下，使得聚碳酸酯复合材料具有优异的耐热性能、耐冲击性能、尺寸稳定性、电气绝缘性能等。采用上述涉及的阻燃材料，能够赋予聚碳酸酯复合材料优异的阻燃性能，阻燃材料的添加量为0.1％-2％，其添加量较低，阻燃效率高，这能够突破壁厚限制，对于薄壁的聚碳酸酯制件同样具有优异的阻燃效果。
76.另外，由于玻璃包覆层为透明玻璃，其不影响体系透光率，使得所制备得到的聚碳酸酯复合材料具有良好的透光性能。
77.在一些示例中，聚碳酸酯树脂的熔体质量流动速率为8g/10min-22g/10min，这利于采用挤出成型方式来制备得到聚碳酸酯复合材料。
78.一些适用的增韧剂选自甲基丙烯酸甲酯-有机硅-丙烯酸酯三元共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(mbs)、乙烯-1-辛烯共聚物(poe)、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(ema-g-gma)、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(epdm-g-mah)、马来酸酐接枝乙烯-1-辛烯共聚物(poe-g-mah)、氯化聚乙烯(cpe)中的至少一种。
79.在一些示例中，助剂选自抗氧剂、润滑剂中的至少一种。示例性地，抗氧剂选自抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧剂pepq、抗氧剂412s中的至少一种。润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、阿科玛l-1000、聚合蜡中的至少一种。
80.再一方面，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，其中，该聚碳酸酯复合材料如上述任一所述。
81.该聚碳酸酯复合材料的制备方法包括：在设定的温度梯度下，对混合均匀的聚碳酸酯复合材料所包含的各组分进行注塑处理或者挤出处理，得到聚碳酸酯复合材料。
82.其中，该聚碳酸酯复合材料包括以下质量百分比的各组分：上述任一种阻燃材料0.1％-2％、聚碳酸酯树脂91％-99.6％、增韧剂0-5％、助剂0.2％-2％。聚碳酸酯复合材料中各组分的组成参见上述，在此不再赘述。
83.通过注塑处理或者挤出处理，能够将聚碳酸酯复合材料中的各组分结合为一体，形成质地均匀的聚碳酸酯复合材料。
84.进一步地，还可以对聚碳酸酯复合材料作造粒处理，以形成颗粒状的聚碳酸酯复合材料，以便于其存储和应用。
85.举例来说，可以在设定的温度梯度下，利用双螺杆挤出机，对混合均匀的聚碳酸酯复合材料所包含的各组分进行挤出处理并实现造粒，从而得到聚碳酸酯复合材料。
86.其中，双螺杆挤出机的工艺参数可以设置为以下：一区温度240℃-245℃，二区温度250℃-255℃，三区温度260℃-265℃，四区温度270℃-275℃，五区温度270℃-275℃，六区温度270℃-275℃，七区温度270℃-275℃，八区温度270℃-275℃，九区温度275℃-280℃，机头温度285℃-290℃，双螺杆挤出机转速为300r/min-500r/min。
87.通过对双螺杆挤出机的工艺参数进行如上设置，能够确保将聚碳酸酯复合材料中的各组分由固态颗粒转变为质地均匀的熔体，从而实现聚碳酸酯复合材料的快速挤出成型。
88.对于本发明实施例所涉及的阻燃材料，其磺酸盐阻燃剂的外部为玻璃包覆层，其软化点温度为350-450℃，即，熔融温度较低，并且具有陶瓷的强度及硬度，使其可承受上述挤出加工过程中高温、强剪切等条件，确保阻燃材料的玻璃包覆层在此过程中不被破坏，从而在聚碳酸酯复合材料发挥阻隔作用，提升聚碳酸酯复合材料的阻燃稳定性，从而解决磺酸盐阻燃剂因吸潮导致迁移及分散不均问题。
89.在一些示例中，聚碳酸酯树脂的熔体质量流动速率为8g/10min-22g/10min，这利于采用挤出成型方式来制备得到聚碳酸酯复合材料。
90.在一些实现方式中，本发明实施例提供了一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，其制备步骤如下所示：
91.步骤1、混料，这包括：将阻燃材料、聚碳酸酯树脂、增韧剂、助剂混合均匀，例如，利用高混机进行混合处理3分钟-5分钟。
92.步骤2、挤出造粒，这包括：将步骤1制备得到的混合物料加入至双螺杆挤出机的料斗中，经过双螺杆挤出机进行熔融挤出并造粒。
93.其中，双螺杆挤出机的工艺参数如下设置：一区温度240℃-245℃，二区温度250℃-255℃，三区温度260℃-265℃，四区温度270℃-275℃，五区温度270℃-275℃，六区温度270℃-275℃，七区温度270℃-275℃，八区温度270℃-275℃，九区温度275℃-280℃，机头温度285℃-290℃，双螺杆挤出机转速为300r/min-500r/min。
94.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中，如未明确说明，“％”均指重量百分比。
95.实施例1
96.本实施例1提供了一种阻燃材料，该阻燃材料包括全氟丁基磺酸钾和包覆于全氟丁基磺酸钾外部的玻璃包覆层。
97.该阻燃材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
98.sio2.p2o5系玻璃制备原料70％、全氟丁基磺酸钾10％、5mol/l的koh溶液20％，其中，玻璃制备原料的软化点温度为350℃。
99.该阻燃材料的制备方法如下所示：
100.将koh溶液加入至全氟丁基磺酸钾和玻璃制备原料的混合粉体中，研磨均匀，制备得到糊状物。将糊状物置于钢制模具中，通过单轴压片机在钢制模具上施压400mpa，钢模外圈加热器以10℃/min的升温速率使钢制模具内部升温至150℃，保温保压30min，得到玻璃-阻燃剂复合体。将玻璃-阻燃剂复合体机械式粉碎，并置于球磨机研磨至粒径10μm，得到产物粉末。利用蒸馏水将上述产物粉末洗涤至ph＝7，经过滤，得到滤饼。将滤饼放入烘箱中，在120℃下干燥10h，得到阻燃材料。
101.实施例2
102.本实施例2提供了一种阻燃材料，该阻燃材料包括全氟丁基磺酸钾和包覆于全氟丁基磺酸钾外部的玻璃包覆层。
103.该阻燃材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
104.sio2.p2o5系玻璃制备原料55％、全氟丁基磺酸钾25％、5mol/l的naoh溶液20％，其中，玻璃制备原料的软化点温度为370℃。
105.该阻燃材料的制备方法如下所示：
106.将naoh溶液加入至全氟丁基磺酸钾和玻璃制备原料的混合粉体中，研磨均匀，制备得到糊状物。将糊状物置于钢制模具中，通过单轴压片机在钢制模具上施压350mpa，钢模外圈加热器以10℃/min的升温速率使钢制模具内部升温至160℃，保温保压25min，得到玻璃-阻燃剂复合体。将玻璃-阻燃剂复合体机械式粉碎，并置于球磨机研磨至粒径20μm，得到产物粉末。利用蒸馏水将上述产物粉末洗涤至ph＝7，经过滤，得到滤饼。将滤饼放入烘箱中，在130℃下干燥9h，得到阻燃材料。
107.实施例3
108.本实施例3提供了一种阻燃材料，该阻燃材料包括全氟丁基磺酸钾和包覆于全氟丁基磺酸钾外部的玻璃包覆层。
109.该阻燃材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
110.sio2.p2o5系玻璃制备原料50％、全氟丁基磺酸钾35％、15mol/l的koh溶液15％，其中，玻璃制备原料的软化点温度为380℃。
111.该阻燃材料的制备方法如下所示：
112.将koh溶液加入至全氟丁基磺酸钾和玻璃制备原料的混合粉体中，研磨均匀，制备得到糊状物。将糊状物置于钢制模具中，通过单轴压片机在钢制模具上施压380mpa，钢模外圈加热器以10℃/min的升温速率使钢制模具内部升温至180℃，保温保压20min，得到玻璃-阻燃剂复合体。将玻璃-阻燃剂复合体机械式粉碎，并置于球磨机研磨至粒径50μm，得到产物粉末。利用蒸馏水将上述产物粉末洗涤至ph＝7，经过滤，得到滤饼。将滤饼放入烘箱中，在140℃下干燥8h，得到阻燃材料。
113.实施例4
114.与实施例1的区别仅在于，磺酸盐阻燃剂改为二苯砜磺酸钾。
115.实施例5
116.与实施例2的区别仅在于，该实施例中磺酸盐阻燃剂改为二苯砜磺酸钾。
117.实施例6
118.与实施例3的区别仅在于，该实施例中磺酸盐阻燃剂改为二苯砜磺酸钾。
119.实施例7
120.本实施例7提供了一种聚碳酸酯复合材料，该聚碳酸酯复合材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
121.聚碳酸酯树脂97％，实施例1制备得到的阻燃材料2％，抗氧剂1076 0.5％，季戊四醇硬脂酸酯0.5％。
122.该聚碳酸酯复合材料的制备方法如下所示：
123.将聚碳酸酯复合材料的制备原料中的各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混，水冷热切造粒，即可获得颗粒状的聚碳酸酯复合材料。其中，双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度240℃，二区温度250℃，三区温度260℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，七区温度270℃，八区温度275℃，九区温度280℃，机头温度290℃，双螺杆挤出机转速为350r/min。
124.实施例8
125.本实施例8提供了一种聚碳酸酯复合材料，该聚碳酸酯复合材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
126.聚碳酸酯树脂96％，实施例2制备得到的阻燃材料1％，甲基丙烯酸甲酯-有机硅-丙烯酸酯三元共聚物1.5％，抗氧剂1076 0.5％，季戊四醇硬脂酸酯1％。
127.该聚碳酸酯复合材料的制备方法如下所示：
128.将聚碳酸酯复合材料的制备原料中的各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混，水冷热切造粒，即可获得颗粒状的聚碳酸酯复合材料。其中，双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度242℃，二区温度252℃，三区温度265℃，四区温度272℃，五区温度275℃，六区温度275℃，七区温度275℃，八区温度275℃，九区温度280℃，机头温度290℃，双螺杆挤出机转速为400r/min。
129.实施例9
130.本实施例9提供了一种聚碳酸酯复合材料，该聚碳酸酯复合材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
131.聚碳酸酯树脂92.9％，实施例3制备得到的阻燃材料0.1％，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物5％，抗氧剂1076 1％，季戊四醇硬脂酸酯1％。
132.该聚碳酸酯复合材料的制备方法如下所示：
133.将聚碳酸酯复合材料的制备原料中的各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混，水冷热切造粒，即可获得颗粒状的聚碳酸酯复合材料。其中，双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度243℃，二区温度255℃，三区温度265℃，四区温度275℃，五区温度272℃，六区温度272℃，七区温度275℃，八区温度275℃，九区温度280℃，机头温度290℃，双螺杆挤出机转速为450r/min。
134.实施例10
135.本实施例10提供了一种聚碳酸酯复合材料，该聚碳酸酯复合材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
136.聚碳酸酯树脂95.4％，实施例4制备得到的阻燃材料2％，乙烯-1-辛烯共聚物2％，
抗氧剂1076 0.3％，季戊四醇硬脂酸酯0.3％。
137.该聚碳酸酯复合材料的制备方法如下所示：
138.将聚碳酸酯复合材料的制备原料中的各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混，水冷热切造粒，即可获得颗粒状的聚碳酸酯复合材料。其中，双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度244℃，二区温度253℃，三区温度262℃，四区温度271℃，五区温度271℃，六区温度273℃，七区温度273℃，八区温度273℃，九区温度278℃，机头温度282℃，双螺杆挤出机转速为500r/min。
139.实施例11
140.本实施例11提供了一种聚碳酸酯复合材料，该聚碳酸酯复合材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
141.聚碳酸酯树脂96％，实施例5制备得到的阻燃材料0.8％，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶3％，抗氧剂1076 0.1％，季戊四醇硬脂酸酯0.1％。
142.该聚碳酸酯复合材料的制备方法如下所示：
143.将聚碳酸酯复合材料的制备原料中的各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混，水冷热切造粒，即可获得颗粒状的聚碳酸酯复合材料。其中，双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度242℃，二区温度254℃，三区温度263℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度275℃，七区温度275℃，八区温度275℃，九区温度276℃，机头温度289℃，双螺杆挤出机转速为420r/min。
144.实施例12
145.本实施例12提供了一种聚碳酸酯复合材料，该聚碳酸酯复合材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：
146.聚碳酸酯树脂96.5％，实施例6制备得到的阻燃材料0.1％，氯化聚乙烯3％，抗氧剂1076 0.2％，季戊四醇硬脂酸酯0.2％。
147.该聚碳酸酯复合材料的制备方法如下所示：
148.将聚碳酸酯复合材料的制备原料中的各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混，水冷热切造粒，即可获得颗粒状的聚碳酸酯复合材料。其中，双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度244℃，二区温度253℃，三区温度264℃，四区温度274℃，五区温度274℃，六区温度274℃，七区温度274℃，八区温度274℃，九区温度279℃，机头温度290℃，双螺杆挤出机转速为460r/min。
149.对比例1
150.与实施例7区别仅在于，该对比例中使用未包覆的全氟丁基磺酸钾阻燃剂。
151.对比例2
152.与实施例8区别仅在于，该对比例中使用未包覆的全氟丁基磺酸钾阻燃剂。
153.对比例3
154.与实施例9区别仅在于，该对比例中使用未包覆的全氟丁基磺酸钾阻燃剂。
155.对比例4
156.与实施例10区别仅在于，该对比例中使用未包覆的二苯砜磺酸钾阻燃剂。
157.对比例5
158.与实施例11区别仅在于，该对比例中使用未包覆的二苯砜磺酸钾阻燃剂。
159.对比例6
160.与实施例12区别仅在于，该对比例中使用未包覆的二苯砜磺酸钾阻燃剂。
161.测试例
162.本测试例将实施例7-实施例12，以及，对比例1-对比例6制备的聚碳酸酯复合材料的颗粒分别注塑成样条或样板，并进行物性测试，测试结果见表1。
163.其中，所涉及的相关性能指标的具体测试方法如下：
164.悬臂梁缺口冲击强度：按照gb/t1843测试；
165.垂直燃烧性能：按照ul94测试；
166.灼热丝可燃性指数(gwfi)：按照gb/t16915测试；
167.湿热老化：将样品放置于恒温恒湿试验箱中，设置温度75℃、湿度85％rh，放置168h。
168.表1
[0169][0170]
如表1所示，对于未经湿热老化的聚碳酸酯复合材料，对比例1-对比例6中2.0mm以下厚度聚碳酸酯复合材料均无法达到ul94 v-0等级，同时，灼热丝性能仅2.0mm厚度达到了960℃水平。而实施例7-实施例12中所有厚度的聚碳酸酯复合材料均达到了ul94 v-0级别，灼热丝性能也均达到了960℃水平。可见，对于本发明实施例制备的包覆型磺酸盐阻燃材料，其内核磺酸盐阻燃剂与低熔点玻璃包覆层发挥协效阻燃效应，阻燃机理趋于多元化，阻燃能力明显提升。
[0171]
如表1所示，经湿热老化处理后的聚碳酸酯复合材料，对比例1-对比例6中聚碳酸酯复合材料阻燃性能均出现大幅度降低，这是由于对比例1-对比例6采用未包覆的磺酸盐阻燃剂，磺酸盐为小分子阻燃剂，其吸水性强，高温高湿环境下容易迁移至聚碳酸酯复合材料表面，导致阻燃剂分散不均匀，进而降低聚碳酸酯复合材料的阻燃性能。而实施例7-实施例12中的聚碳酸酯复合材料阻燃性能未发生改变，这说明玻璃包覆层发挥了优异的阻隔作用，显著降低了阻燃剂吸潮问题，从而显著提升聚碳酸酯复合材料的阻燃稳定性。
[0172]
在本发明实施例中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或
暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
[0173]
本发明实施例中的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
[0174]
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种阻燃材料，其特征在于，所述阻燃材料包括：磺酸盐阻燃剂和玻璃包覆层，所述玻璃包覆层包覆于所述磺酸盐阻燃剂的外部；所述玻璃包覆层的软化点温度为350℃-450℃。2.根据权利要求1所述的阻燃材料，其特征在于，所述磺酸盐阻燃剂包括全氟丁基磺酸钾、二苯砜磺酸钾、2,4,5-三氯苯磺酸钠中的至少一种。3.根据权利要求1所述的阻燃材料，其特征在于，所述磺酸盐阻燃剂的粒径为1μm-5μm，和/或，所述阻燃材料的粒径为10μm-50μm。4.根据权利要求1-3任一项所述的阻燃材料，其特征在于，所述阻燃材料的制备原料包括以下质量百分比的各组分：玻璃制备原料45％-75％、磺酸盐阻燃剂10％-35％、碱性助溶剂15％-20％；其中，所述玻璃制备原料的软化点温度为350℃-450℃。5.根据权利要求4所述的阻燃材料，其特征在于，所述碱性助溶剂选自浓度为3mol/l-6mol/l的naoh溶液和/或koh溶液。6.一种阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述阻燃材料如权利要求1-5任一项所述；所述阻燃材料的制备方法包括：对所述阻燃材料的制备原料进行冷烧结处理，得到玻璃-阻燃剂复合体，其中，所述玻璃-阻燃剂复合体包括磺酸盐阻燃剂和包覆于所述磺酸盐阻燃剂外部的玻璃层；对所述玻璃-阻燃剂复合体进行研磨及提纯处理，得到所述阻燃材料。7.根据权利要求6所述的阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述对所述阻燃材料的制备原料进行冷烧结处理，得到玻璃-阻燃剂复合体，包括：在300mpa-400mpa的压力下，以设定升温速率对所述阻燃材料的制备原料升温至130℃-180℃，经保温保压处理，得到所述玻璃-阻燃剂复合体。8.一种聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯复合材料包括以下质量百分比的各组分：权利要求1-5任一项所述的阻燃材料0.1％-2％、聚碳酸酯树脂91％-99.6％、增韧剂0-5％、助剂0.2％-2％。9.根据权利要求8所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述增韧剂选自甲基丙烯酸甲酯-有机硅-丙烯酸酯三元共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、乙烯-1-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝乙烯-1-辛烯共聚物、氯化聚乙烯中的至少一种。10.根据权利要求8所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述助剂选自抗氧剂、润滑剂中的至少一种。11.一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚碳酸酯复合材料如权利要求8-10任一项所述；所述聚碳酸酯复合材料的制备方法包括：在设定的温度梯度下，对混合均匀的聚碳酸酯复合材料所包含的各组分进行注塑处理或者挤出处理，得到所述聚碳酸酯复合材料。12.根据权利要求11所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯树脂的熔体质量流动速率为8g/10min-22g/10min。

技术总结
本发明公开了阻燃材料、聚碳酸酯复合材料及制备方法，属于阻燃技术领域。该阻燃材料包括：磺酸盐阻燃剂和玻璃包覆层，玻璃包覆层包覆于磺酸盐阻燃剂的外部；其中，玻璃包覆层的软化点温度为350℃-450℃。该阻燃材料中磺酸盐阻燃剂促进聚碳酸酯形成炭层，熔化的玻璃包覆层能够稳定并强化碳层，利于提升聚碳酸酯复合材料的阻燃性能，该玻璃包覆层还能够阻挡水汽与磺酸盐阻燃剂相接触，避免磺酸盐阻燃剂在储存过程中吸水变潮。储存过程中吸水变潮。


技术研发人员：秦强强 申会员 何洋 徐凤鸣 詹洪
受保护的技术使用者：公牛集团股份有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/9