一种耐漏电起痕无卤阻燃生物基PBT复合材料及其制备方法和应用

本发明属于pbt复合材料，具体涉及一种耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚对苯二甲酸丁二醇酯（pbt）是一种重要的工程塑料，其具有优异的力学性能、优异的电气绝缘性能以及良好的耐热性与加工性，被广泛用于电子电气领域。然而，当pbt复合材料表面受潮或被盐雾、灰尘等污染时，其在高压电场的作用下容易产生泄漏电流并产生电弧放电，进而会导致材料发生漏电起痕破坏甚至引发火灾，最终会严重危害设备的使用安全。因此，亟需提高pbt复合材料的阻燃性能和耐漏电起痕性能。

2、目前，主要是通过加入大量阻燃剂来提升pbt复合材料的阻燃性能，但大量添加阻燃剂会严重损害pbt复合材料的耐漏电起痕性能，例如：cn 114891326 a公开了一种阻燃玻纤增强pbt复合材料，通过加入23wt%的磷氮系阻燃剂和2wt%的硅系阻燃剂赋予pbt复合材料优异的阻燃性能（离火后2s内自熄），但pbt复合材料的耐漏电起痕性能大幅下降，相比电痕化指数（cti）仅500v；cn 117659649 a公开了一种无卤阻燃玻纤增强pbt复合材料，通过加入13wt%的磷系复合阻燃剂和2wt%的氧化钙赋予pbt复合材料优异的阻燃性能（垂直燃烧等级达到ul 94 v-0级），但pbt复合材料的cti值仅550v。因此，如何同时提高pbt复合材料的阻燃性能和耐漏电起痕性能是亟需解决的难题。

3、生物基pbt可以从源头上降低材料全生命周期的碳足迹，环境可持续性好，其研发和应用正在稳步推进。然而，合成生物基pbt所需的生物基单体（丁二醇或对苯二甲酸）中不可避免会存在难以去除的杂质（发酵制备生物基单体的过程中需要添加营养物质来维持微生物的生长和酶活性，后期即便对发酵液进行过滤、蒸发结晶、离子交换等多步纯化，却仍然难以完全去除残留营养物质和微生物代谢产物），这些杂质虽然对pbt复合材料的力学性能影响甚微，但却会严重损害pbt复合材料的耐漏电起痕性能，这便严重限制了生物基pbt在电子电气领域的应用。

4、因此，开发一种兼具优异的耐漏电起痕性能、优异的阻燃性能和优异的力学性能的生物基pbt复合材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料，其包括以下质量百分比的组分：

4、生物基pbt：48.3%～52.3%；

5、玻璃纤维：25.0%～35.0%；

6、二乙基次磷酸铝（adp）：8.0%～15.0%；

7、三聚氰胺聚磷酸盐（mpp）：2.0%～4.0%；

8、二维层状材料：1.0%～5.0%；

9、增韧剂：2.0%～4.0%；

10、增塑剂：0.4%～0.6%；

11、抗氧剂：0.1%～0.3%。

12、优选地，所述生物基pbt的端羧基含量≤25mol/t，熔融指数为50g/10min～75g/10min，熔融指数测试条件为250℃/2.16kg。

13、优选地，所述生物基pbt的特性粘度为0.85dl/g±0.02dl/g，熔点为225.0℃±2.0℃，色度l≥64，色度d≤5.0，密度为1.30g/cm3～1.32g/cm3。

14、优选地，所述玻璃纤维的平均单丝直径为9μm～11μm。

15、优选地，所述二维层状材料为氟金云母、白云母、金云母中的至少一种。

16、优选地，所述二维层状材料的平均粒径（片径）为5μm～20μm。

17、优选地，优选地，所述增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物（ema）、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物（eba）中的至少一种。

18、优选地，所述增塑剂为季戊四醇硬脂酸酯（pets）、氧化聚乙烯蜡（ope蜡）中的至少一种。

19、优选地，所述抗氧剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯（抗氧剂1010）、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯（抗氧剂1330）中的至少一种。

20、一种如上所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料的制备方法包括以下步骤：

21、将生物基pbt、二乙基次磷酸铝、三聚氰胺聚磷酸盐、二维层状材料、增韧剂、增塑剂和抗氧剂加入混料机中混合均匀，再将得到的混合物从主喂料口加入双螺杆挤出机，并将玻璃纤维从侧喂料口加入双螺杆挤出机，再进行熔融挤出造粒，得到耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料。

22、优选地，所述熔融挤出在温度为230℃～260℃的条件下进行。

23、一种如上所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料在电子电气领域中的应用。

24、本发明的有益效果是：本发明的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料兼具优异的耐漏电起痕性能、优异的阻燃性能和优异的力学性能，在电子电气领域具有广阔的应用前景，且其制备工艺简单、原料来源广泛，适合进行大规模工业化生产。

25、具体来说：

26、1）本发明的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料中添加有二维层状材料，其均匀分散在生物基pbt中能够发挥优异的阻隔作用，可以延缓热解产物的释放和热量的传递，更重要的是二维层状材料与玻璃纤维共同构成骨架结构，在电弧放电产生的高温下与无卤阻燃剂和聚合物热分解形成的残余物结合能够生成坚固致密的类陶瓷阻隔层，能够抵御电弧侵蚀，并可阻隔热量、可燃气体及氧气等传递，提高了pbt复合材料的阻燃性能和耐漏电起痕性能（垂直燃烧等级达到ul 94 v-0级，cti值达到600v）；此外，电弧放电时会向pbt复合材料表面注入大量电子、离子等电荷，而二维层状结构为电荷迁移提供了快速通道，使电荷在pbt复合材料中更容易迁移和耗散，从而减少了电荷在表面的聚集，进而延缓了电场畸变的发生，避免了电弧的持续形成，有效减少了电弧放电对pbt复合材料的破坏，显著提高了pbt复合材料的耐漏电起痕性能；

27、2）本发明的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料具有优异的力学性能（拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度分别≥100.4mpa、≥150.2mpa和≥7.7kj/m2）和优异的加工性能；

28、3）本发明的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料具有较低的碳足迹和良好的环境友好性；

29、4）本发明的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料的制备工艺简单、原料易得，易于实现工业化生产，具有十分广阔的应用前景。

1.一种耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：

2.根据权利要求1所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料，其特征在于：所述生物基pbt的端羧基含量≤25mol/t，熔融指数为50g/10min～75g/10min，熔融指数测试条件为250℃/2.16kg。

3.根据权利要求1所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维的平均单丝直径为9μm～11μm。

4.根据权利要求1所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料，其特征在于：所述二维层状材料为氟金云母、白云母、金云母中的至少一种；和/或，所述二维层状材料的平均粒径为5μm～20μm。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料，其特征在于：所述增塑剂为季戊四醇硬脂酸酯、氧化聚乙烯蜡中的至少一种。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯中的至少一种。

8.一种如权利要求1～7中任意一项所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将生物基pbt、二乙基次磷酸铝、三聚氰胺聚磷酸盐、二维层状材料、增韧剂、增塑剂和抗氧剂加入混料机中混合均匀，再将得到的混合物从主喂料口加入双螺杆挤出机，并将玻璃纤维从侧喂料口加入双螺杆挤出机，再进行熔融挤出造粒，得到耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述熔融挤出在温度为230℃～260℃的条件下进行。

10.一种如权利要求1～7中任意一项所述的耐漏电起痕无卤阻燃生物基pbt复合材料在电子电气领域中的应用。