[发明专利]一种连续长纤维增强型无卤阻燃聚碳酸酯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种连续长纤维增强型无卤阻燃聚碳酸酯复合材料及其集成化制备方法。 

背景技术

聚碳酸酯的产量在五大工程塑料中排名第二，仅次于聚酰胺。聚碳酸酯无色透明，耐热，易增强，无毒卫生，具有优异的抗冲击性能，聚碳酸酯的应用开发是向高复合、高功能、专用化、系列化方向发展，已推出了光盘、汽车、办公设备、箱体、包装、医药、照明、薄膜等多种产品。 

随着社会的发展，高性能化和多功能化要求越来越高，纤维增强型聚碳酸酯由于其突出的机械性能，良好的耐蠕变性等优点而被广泛应用于汽车，电子电气等领域。传统的增强型聚碳酸酯多为短纤维增强，但是短纤维增强技术在加工过程中，纤维在挤出机中与树脂混炼时，由于螺杆的剪切作用，纤维会受到很大的损伤，所得粒料中纤维的长度只有0.2～1mm，而经过注塑所得制品中纤维的残留长度会更短，这样，由于纤维残留长度的降低会大大影响复合材料的机械性能，因而其应用也受到了限制。而长纤维增强技术加工过程中采用纤维在熔体中浸渍的方法，可以最大程度的保留纤维在基体中的长度，从而可以进一步提高增强型热塑性树脂的机械性能以适应更高的使用要求。 

已经有公开的制备连续长纤维增强型热塑性树脂的发明专利，如中国专利CN101622312A，该专利中聚碳酸酯和苯乙烯类聚酯以特定比例混合得到的树脂合金，然后利用拉挤技术进行纤维增强得到的长纤维增强树脂聚合物取得了良好的效果。另一篇中国专利CN102675740A提供了一种用于小型风能发电机上的热塑性复合材料叶片，主要由长纤维增强热塑性复合材料制成，该复合材料中纤维含量为32～75wt.%，纤维保留长度为2.8～25mm，并且可形成相互缠结的三维网状结构，使制品具有较高的冲击性能。另外，产品还具有生产工艺简单，成本低，使用寿命长等显著的优良性能。 

某些领域对于聚碳酸酯的力学性能，阻燃性都有较高的要求，因此聚碳酸酯的功 能化改性具有重要的意义。对于短纤维增强型以及填充增强型阻燃聚碳酸酯复合材料已进行了大量的研究，长纤维增强阻燃研究的报道则比较少。中国专利CN100463934C，首先通过拉挤工艺制成连续长纤维增强型热塑性树脂母粒，然后将树脂，阻燃剂，抗氧剂等其他助剂采用传统挤出工艺制成阻燃母粒，最后将两者掺混形成连续长纤维增强型阻燃性树脂，通过这种方法，聚碳酸酯的力学性能与阻燃性能同时得到了提高，但是这种制备方法的缺陷在于：由于生产过程的复杂造成了复合材料力学性能受到影响，先制备增强型母粒，然后制备出阻燃母粒，最后将两者掺混，这样需要经过三步生产，过程比较繁琐，而且在最后的掺混过程中，两种母粒的机械混合使纤维在阻燃母粒中的含量会低于在增强型母粒中的含量，造成整个复合材料中纤维的分散不均匀，进而对其力学性能产生很大的影响。 

此外，聚碳酸酯的流动性差也是导致其加工困难的一个主要因素。因此，确保聚碳酸酯即具有高流动性、又拥有优异的力学及阻燃性，已能成为聚碳酸酯高性能化及功能改性技术开发的一个重要方向。 

发明内容

本发明所要解决的问题是弥补上述现有技术的不足，采用集成化制备方法，制备出一种高强度以及高稳定性的长纤维增强型无卤阻燃聚碳酸酯。 

本发明在增强方面，利用通用双螺杆挤出机及与其机头直接连接的经特殊设计的浸渍模具，形成一种一体化生产模式。其加工过程如下：先将聚碳酸酯，阻燃剂以及各种助剂混合，该混合物经过双螺杆挤出机熔融共混后，熔体直接进入特殊设计的模具。将经表面处理过的纤维束在张力作用下通过三组主动导丝辊和两组静止导丝辊强制性的浸渍在熔体中，浸渍过的纤维丝束从模具中牵引出冷却并造粒，得到纤维长度为10±0.2mm的长条形切粒。该加工过程采用集成化生产模式，一步就可以完成长纤维的增强与阻燃双重效果，克服了背景内容中提到的复杂的生产过程，大大提高了生产效率的同时，改善了复合材料的力学性能。 

一般认为，硅氧基阻燃聚碳酸酯的作用是按凝聚相阻燃机理，即通过生成裂解炭层和提高炭层的抗氧化性实现其阻燃功效的。本实验中，聚甲基苯基硅氧烷的燃烧残渣是不溶性的含硅交联聚合物，其附着在材料表面形成阻燃炭化层，防止内部材料进一步的燃烧。 

另外，硅阻燃聚碳酸酯也比单一聚碳酸酯更易发生反应所示的Fries重排，这也可 以加速聚碳酸酯的交联和成炭，如下所示： 

再有，含有支链甲基苯基硅氧烷的聚碳酸酯在高温时，聚碳酸酯有可能与苯基硅氧烷反应，形成支链含羰基结构。其实质是含硅基团进攻聚碳酸酯Fries重排生成的羟基，而形成含苯基的交联成炭的硅醚结构，如下所示：