一种HIPS合金材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于高分子工程塑料，尤其涉及一种hips合金材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、gpps，即通用聚苯乙烯，是一种具有高刚性、高光泽，高流动和尺寸稳定性等优点的通用塑料，广泛应用于家电、办公设备和汽车等领域，但是其韧性较差，限制了其在有高韧性需求领域的应用。目前，改善通用聚苯乙烯冲击性能较差的缺陷最普遍的办法是通过加入聚丁二烯橡胶对通用聚苯乙烯进行改性，形成了高抗冲聚苯乙烯(hips)。韧性的提升，大大拓宽了ps材料的应用范围，但是hips本身是易燃材料，容易在燃烧的过程中滴落产生烧穿现象，从而无法满足5va阻燃等级，通常要加入相当多比例的溴锑阻燃剂和抗滴落剂，才能具有5va阻燃等级。但是，溴系阻燃剂和抗滴落剂(常用聚四氟乙烯)存在价格昂贵和不环保两大问题。

2、目前，薄壁化(厚度≤2mm)已成为很多产品的发展趋势，例如电视机、打印机和汽车内饰等，这导致其对阻燃性能的要求越来越高。由于5va阻燃比v-0阻燃等级更高，满足5va阻燃性能也成了很多材料的重要发展方向，以满足产品薄壁化后对高阻燃性能的要求。中国专利(cn112745591b)公开了一种阻燃高刚性ps/ppe复合材料及其制备，该方案采用有溴系阻燃剂和玻纤复配，实现了5va阻燃等级，但是溴系阻燃剂的使用无法满足无卤环保需求，且该专利也并没有探究制备成薄壁化产品是否还能满足5va阻燃等级。中国专利(cn117757208a)公开了一种聚苯乙烯材料，其虽然能够实现厚度为2mm的产品的5va阻燃等级，但是其在配方中添加了抗滴落剂，不仅对环境存在威胁，且在一定程度上对力学性能也有损害。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种在薄壁化状态(厚度≤2mm)下能够满足5va阻燃等级，同时具有良好的强度和韧性的hips合金材料及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种hips合金材料，所述hips合金材料包括以下质量份的组分：hips树脂58-82份、asa胶粉18-42份、磷系阻燃剂10-18份、氮系阻燃剂3-9份、空心玻璃微珠4-12份、相容剂1-9份；

3、所述asa胶粉中，丙烯酸酯的质量含量为53-66％；

4、所述空心玻璃微珠的平均粒径为38-82μm。

5、本发明提供的一种hips合金材料通过选择添加特定平均粒径范围内的空心玻璃微珠，同时选择特定丙烯酸酯的质量含量范围的asa胶粉，并且搭配其他合适质量份的组分，得到的产品在制备成薄壁化产品(厚度≤2mm)时能够满足无卤5va阻燃等级，且为在不添加抗滴落剂的基础上实现5va阻燃等级，同时，得到的产品具有良好的韧性和刚性。

6、具体地，特定丙烯酸酯的质量含量范围的asa胶粉的加入，能够充分发挥其极性和非极性并存的特点，在极性的空心玻璃微珠表面和非极性的hips树脂之间起到桥梁作用，有效地增强两者之间的结合力，提升材料的熔体强度，从而提升产品的阻燃性能和力学性能。特定平均粒径范围内的空心玻璃微珠的加入不仅能够起到隔热、减缓热传递速度的作用，还能起到网状结点的作用，增强材料的熔体强度，防止材料被烧穿，进一步帮助提升产品的阻燃性能和力学性能；并且空心玻璃微珠为低密度材料，其作为hips合金材料的组分能够降低hips合金材料的密度，进而降低生产成本。另外，特定质量份范围的相容剂的加入能够有效的提升hips和asa胶粉的相容性，进而提升体系整体相容性，改善产品的综合效果。

7、所述asa胶粉中，丙烯酸酯的质量含量为通过气相色谱法测试计算得到。该方法基于丙烯酸酯在气相色谱柱中的分离特性，利用样品中丙烯酸酯的挥发性，通过气相色谱仪的检测器进行定量分析。具体步骤如下:首先，准备样品。将待测样品溶解于合适的溶剂中，制备出一定浓度的样品溶液。同时添加内标物，用于定量分析时的校正。然后，将样品注入气相色谱仪进行测试，根据结果进行定量分析。

8、所述空心玻璃微珠的平均粒径为通过激光粒度仪测试得到。

9、示例性地，所述聚酰胺树脂的质量份可为58-82份之间的任意点值或任意两点范围值，比如可为60-80份，或者可为58份、60份、62份、64份、66份、68份、70份、72份、74份、76份、78份、80份、82份等；所述asa胶粉可为18-42份之间的任意点值或任意两点范围值，比如可为20-40份，或者可为18份、20份、22份、24份、26份、28份、30份、32份、34份、36份、38份、40份、42份等；所述磷系阻燃剂可为10-18份之间的任意点值或任意两点范围值，比如可为12-16份，或者可为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份等；所述氮系阻燃剂可为3-9份之间的任意点值或任意两点范围值，比如可为5-7份，或者可为3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份等；所述空心玻璃微珠可为4-12份之间的任意点值或任意两点范围值，比如可为6-10份，或者可为4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份等；所述相容剂可为1-9份之间的任意点值或任意两点范围值，比如可为3-7份，或者可为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份等。

10、示例性地，所述asa胶粉中，丙烯酸酯的质量含量可为53-66％之间的任意点值或任意两点范围值，比如可为55-64％，或者可为53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％等。

11、示例性地，所述空心玻璃微珠的平均粒径可为38-82μm之间的任意点值或任意两点范围值，比如可为40-80μm，或者可为38μm、40μm、42μm、45μm、48μm、50μm、52μm、55μm、58μm、60μm、62μm、65μm、68μm、70μm、72μm、75μm、78μm、80μm、82μm等。

12、优选地，所述asa胶粉中，丙烯酸酯的质量含量为56-60％。

13、优选地，所述空心玻璃微珠的平均粒径为55-65μm。

14、优选地，所述hips合金材料中，asa胶粉的质量百分数为12-38％，空心玻璃微珠的质量百分数为2-12％。

15、作为本发明所述hips合金材料的优选实施方式，所述hips合金材料包括以下质量份的组分：asa胶粉25-32份、空心玻璃微珠8-9份、相容剂5-6份。

16、本发明研究发现，asa胶粉、空心玻璃微珠和相容剂的添加份数会影响到产品的性能，当进一步选择三者的质量份在上述范围内时，得到的产品的综合性能更优。

17、作为本发明所述hips合金材料的优选实施方式，所述hips树脂的橡胶质量含量为15-28％。

18、具体地，hips树脂的橡胶质量含量指的是丁二烯的质量含量，hips树脂的橡胶质量含量为通过溶剂萃取法测试得到，具体如下：首先将hips样品与适当溶剂(如苯、二甲苯等)充分混合，使丁二烯橡胶溶解在溶剂中，形成溶液。然后，通过蒸发溶剂，得到橡胶残渣。最后，将橡胶残渣质量与初始hips样品质量进行比较，即可得到橡胶含量。

19、示例性地，所述hips树脂的橡胶质量含量可为15-28％之间的任意点值或任意两点范围值，比如可为18-25％，或者可为15％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、28％等。

20、优选地，所述hips树脂的橡胶质量含量可为20-22％。

21、本发明研究发现，hips树脂的橡胶质量含量会影响产品的力学性能，并且对产品的阻燃性能也有一定影响，当进一步选择hips树脂的橡胶质量含量为15-28％，尤其是20-22％时，得到的产品综合效果更优。

22、作为本发明所述hips合金材料的优选实施方式，所述相容剂包括苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝sebs、硅酮、马来酸酐接枝abs中的至少一种。

23、优选地，所述相容剂包括苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝sebs中的至少一种。

24、本发明研究发现，相容剂的选择会影响组分之间的相容性，从而影响产品的熔体强度，进而影响产品的综合性能，当进一步选择相容剂为上述类别的物质时，得到的产品综合性能更优。

25、作为本发明所述hips合金材料的优选实施方式，所述磷系阻燃剂包括双酚a-双(磷酸二苯酯)、磷酸三苯酯中的至少一种。

26、作为本发明所述hips合金材料的优选实施方式，所述氮系阻燃剂包括三聚氰胺氰尿酸盐、双氰胺中的至少一种中的至少一种。

27、作为本发明所述hips合金材料的优选实施方式，所述hips合金材料还包括0.1-1份加工助剂。

28、优选地，所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂中的至少一种。

29、示例性地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。

30、示例性地，所述润滑剂包括硬脂酸酰胺润滑剂、硬脂酸锌润滑剂中的至少一种。

31、在本发明的第二方面，本发明还提供了一种所述hips合金材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将干燥后的各原料称重后混合送入双螺杆挤出机中，经挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，得hips合金材料。

32、作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述双螺杆挤出机的参数为：双螺杆挤出机的长径比为(40-36)：1，螺杆转速为250-300rpm，挤出温度为190-200℃。

33、在本发明的第三方面，本发明还提供了所述hips合金材料在制备阻燃超薄材料中的应用。

34、示例性地，hips合金材料在制备各种家电外壳、打印机面板、汽车内饰等材料上的应用。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、本发明提供的一种hips合金材料通过选择添加特定平均粒径范围内的空心玻璃微珠，同时选择特定丙烯酸酯的质量含量范围的asa胶粉，并且搭配其他合适质量份的组分，得到的产品在不添加抗滴落剂的基础上制备成薄壁化产品(厚度≤2mm)时能够满足无卤5va阻燃等级，且得到的产品具有良好的韧性和强度；具体地，得到的hips合金材料的悬臂梁缺口冲击强度在18.3kj/m2以上，弯曲强度在27.5mpa以上，阻燃性能满足2.0mm 5va等级；并且本发明提供的hips合金材料的制备方法简单，有利于实际生产。