CN101418100A - 无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，由以下以重量份计的原料制成：长玻璃纤维增强聚丙烯母粒40－60wt％；无卤阻燃母粒35－49wt％；功能助剂母粒0.5－1.5wt％；聚丙烯树脂0－14wt％。本发明还提供了上述材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将原料混合，将混合物在80℃烘干5小时，注塑成型，注塑机的工作条件为：一区温度190－200℃，二区温度200－205℃，三区温度200－205℃，四区温度200－205℃，中压中速注塑。本发明工艺简单，成本较低，同时制备出的无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯具有较高的拉伸强度、弯曲模量以及冲击强度，具有较好的阻燃性能。

Description

无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，属于聚合物加工领域。
背景技术
长玻璃纤维增强聚丙烯材料具有高强度、高刚度、高冲击强度、低翘曲蠕变小、抗动态疲劳性能好等有点，因其高性价比广泛应用于家用电器、汽车零部件、纺织工业等领域，随着长玻璃纤维增强聚丙烯在家电及汽车领域的应用不断扩大，以及人们的安全及环保意识的不断增强，这就要求长玻璃纤维增强聚丙烯具有一定的阻燃性能并且利于环保阻燃，以满足人们的需求。
由于聚丙烯树脂熔体的粘度较大，浸渍困难，世界各大长玻纤增强热塑性塑料生产厂商研究工作的重点长期集中在浸渍技术方面，各种长玻璃纤维增强热塑性塑料的不同制备工艺的根本区别在于浸渍方法和浸渍工艺的不同，但目前所采用的浸渍技术，包括反应型浸渍工艺，溶剂浸渍工艺，粉末浸渍工艺，混杂编纺浸渍工艺以及熔融浸渍工艺，由于熔体温度较高，分散困难以及生产工艺复杂等原因，不适合直接制备阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。另外，欧盟要求所有电器电子产品均需符合RoHS指令，以及卤素阻燃剂多少都含有少量危害人体健康的物质，无法达到真正环保的目的，而无卤阻燃剂是完全不含卤素的环保阻燃剂，真正做到环保、安全、无毒，因而在未来几年将成为阻燃材料的主流，以满足人们对环保和安全的要求。
已有公开的制备连续长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。专利CN1058026C，CN1810870A，专利CN1068358C等都制备出了长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，但对于无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料的开发和研究还没有报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种综合性能比较优异的无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，由以下以重量份计的原料制成：
长玻璃纤维增强聚丙烯母粒         40-60wt％；
无卤阻燃母粒                     35-49wt％；
功能助剂母粒                     0.5-1.5wt％；
聚丙烯树脂                       0-14wt％。
进一步地，所述长玻璃纤维增强聚丙烯母粒中聚丙烯和长玻璃纤维的用量优选分别为40—60wt％和40—60wt％。
所述的无卤阻燃母粒优选由高密度聚乙烯25-50wt％和无卤阻燃剂多聚磷酸胺50-75wt％经130℃密炼机密炼后趁热经单螺杆挤出机挤出造粒制成。
所述的功能助剂母粒优选由聚丙烯树脂90-100wt％和四[β-(3，5-二特丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0-10wt％经180℃，400rpm转速的挤出机挤出造粒制成。
所述的无卤阻燃母粒的用量优选为47wt％。
本发明还提供了上述无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：将长玻璃纤维增强聚丙烯母粒40-60wt％，无卤阻燃母粒35-49wt％，功能助剂母粒0.5-1.5wt％和聚丙烯树脂0-14wt％混合；
第二步：将第一步得到的混合物在80℃烘干5小时，注塑成型，其中，注塑机的工作条件为：一区温度190-200℃，二区温度200-205℃，三区温度200-205℃，四区温度200-205℃，压力为30MPa-50MPa，速度为30-50mm/s。
本发明采用长玻璃纤维增强聚丙烯母粒为增强组分，通过与无卤阻燃母粒和功能助剂母粒直接混合经注塑机成型制品来达到提高阻燃性能的目的，操作简单，成本低廉。本发明制备的无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料具有较好阻燃性能的同时，保持了较好的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
将长玻璃纤维增强聚丙烯母粒(牌号为PP MB120H-7#，金发科技股份有限公司生产，聚丙烯和长玻璃纤维的用量分别50wt％和50wt％)重量百分比为40％，无卤阻燃母粒(为上海金发科技发展有限公司生产，由中国石化扬子石油化工有限公司生产的高密度聚乙烯25wt％和和杭州捷而思阻燃化工有限公司生产的无卤阻燃剂JLS-PNP1D75wt％，经130℃密炼机密炼后趁热经单螺杆挤出机挤出造粒生产)重量百分比为47％，功能母粒(上海金发科技发展有限公司生产，由中海壳牌石油化工有限公司生产的聚丙烯树脂PP HP550R 90wt％和抗氧剂四[β-(3，5-二特丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯10wt％经180℃，400rpm转速的挤出机挤出造粒制备)重量百分比为1％，聚丙烯树脂PP HP550R(中海壳牌石油化工有限公司生产)重量百分比为12％，在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，在80℃条件下烘干5小时后直接经震德塑料机械有限公司生产的塑料注射成型机CJ80M3V注塑成型标准试样，加工条件为：一区温度200℃，二区温度205℃，三区温度205℃，四区温度205℃，压力为30MPa，速度为30mm/s。
实施例2
将长玻璃纤维增强聚丙烯母粒(牌号为PP MB120H-7#，金发科技股份有限公司生产，聚丙烯和长玻璃纤维的用量分别为50wt％和50wt％)重量百分比为50％，无卤阻燃母粒(为上海金发科技发展有限公司生产，由中国石化扬子石油化工有限公司生产的高密度聚乙烯50wt％和杭州捷而思阻燃化工有限公司生产的无卤阻燃剂JLS-PNP1D50wt％，经130℃密炼机密炼后趁热经单螺杆挤出机挤出造粒生产)重量百分比为39％，功能母粒(上海金发科技发展有限公司生产，由中海壳牌石油化工有限公司生产的聚丙烯树脂PP HP550R 100wt％经180℃，400rpm转速的挤出机挤出造粒制备)重量百分比为0.5％，聚丙烯树脂PP HP550R(中海壳牌石油化工有限公司生产)重量百分比为10.5％，在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，在80℃条件下烘干5小时后直接经震德塑料机械有限公司生产的塑料注射成型机CJ80M3V注塑机注塑成型标准试样，加工条件为：一区温度190℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，压力为50MPa，速度为50mm/s。
实施例3
将长玻璃纤维增强聚丙烯母粒(牌号为PP MB120H-7#，金发科技股份有限公司生产，聚丙烯和长玻璃纤维的用量分别为50wt％和50wt％)重量百分比为50％，无卤阻燃母粒(为上海金发科技发展有限公司生产，由中国石化扬子石油化工有限公司生产的高密度聚乙烯50wt％和和杭州捷而思阻燃化工有限公司生产的无卤阻燃剂JLS-PNP1D50wt％，经130℃密炼机密炼后趁热经单螺杆挤出机挤出造粒生产)重量百分比为47％，功能母粒(上海金发科技发展有限公司生产，由中海壳牌石油化工有限公司生产的聚丙烯树脂PPHP550R 95wt％和抗氧剂四[β-(3，5-二特丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯5wt％经180℃，400rpm转速的挤出机挤出造粒制备)重量百分比为1.5％，聚丙烯树脂PP HP550R(中海壳牌石油化工有限公司生产)重量百分比为1.5％，在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，在80℃条件下烘干5小时后直接经震德塑料机械有限公司生产的塑料注射成型机CJ80M3V注塑机注塑成型标准试样，加工条件为：一区温度200℃，二区温度205℃，三区温度205℃，四区温度205℃，压力为45MPa，速度为45mm/s。
实施例4
将长玻璃纤维增强聚丙烯母粒(牌号为PP MB120H-7#，金发科技股份有限公司生产，聚丙烯和长玻璃纤维的用量分别为50wt％和50wt％)重量百分比为60％，无卤阻燃母粒(为上海金发科技发展有限公司生产，由中国石化扬子石油化工有限公司生产的高密度聚乙烯50wt％和和杭州捷而思阻燃化工有限公司生产的无卤阻燃剂JLS-PNP1D50wt％，经130℃密炼机密炼后趁热经单螺杆挤出机挤出造粒生产)重量百分比为39％，功能母粒(上海金发科技发展有限公司生产，由中海壳牌石油化工有限公司生产的聚丙烯树脂PP HP550R 95wt％和抗氧剂四[β-(3，5-二特丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯5wt％经180℃，400rpm转速的挤出机挤出造粒制备)重量百分比为1％，在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，在80℃条件下烘干5小时后直接经震德塑料机械有限公司生产的塑料注射成型机CJ80M3V注塑机注塑成型标准试样，加工条件为：一区温度200℃，二区温度205℃，三区温度205℃，四区温度205℃，压力为45MPa，速度为45mm/s。
实施例5
将长玻璃纤维增强聚丙烯母粒(牌号为PP MB120H-6#，金发科技股份有限公司生产，聚丙烯和长玻璃纤维的用量分别为40wt％和60wt％)重量百分比为50％，无卤阻燃母粒(为上海金发科技发展有限公司生产，由中国石化扬子石油化工有限公司生产的高密度聚乙烯50wt％和和杭州捷而思阻燃化工有限公司生产的无卤阻燃剂JLS-PNP1D50wt％，经130℃密炼机密炼后趁热经单螺杆挤出机挤出造粒生产)重量百分比为35％，功能母粒(上海金发科技发展有限公司生产，由中海壳牌石油化工有限公司生产的聚丙烯树脂PP HP550R 95wt％和抗氧剂四[β-(3，5-二特丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯5wt％经180℃，400rpm转速的挤出机挤出造粒制备)重量百分比为1％，聚丙烯树脂PPHP550R(中海壳牌石油化工有限公司生产)重量百分比为14％，在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，在80℃条件下烘干5小时后直接经震德塑料机械有限公司生产的塑料注射成型机CJ80M3V注塑机注塑成型标准试样，加工条件为：一区温度200℃，二区温度205℃，三区温度205℃，四区温度205℃，压力为45MPa，速度为45mm/s。
实施例6
将长玻璃纤维增强聚丙烯母粒(牌号为PP MB120H-3#，金发科技股份有限公司生产，聚丙烯和长玻璃纤维的用量分别为60wt％和40wt％)重量百分比为50％，无卤阻燃母粒(为上海金发科技发展有限公司生产，由中国石化扬子石油化工有限公司生产的高密度聚乙烯50wt％和和杭州捷而思阻燃化工有限公司生产的无卤阻燃剂JLS-PNP1D50wt％，经130℃密炼机密炼后趁热经单螺杆挤出机挤出造粒生产)重量百分比为49％，功能母粒(上海金发科技发展有限公司生产，由中海壳牌石油化工有限公司生产的聚丙烯树脂PP HP550R 95wt％和抗氧剂四[β-(3，5-二特丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯5wt％经180℃，400rpm转速的挤出机挤出造粒制备)重量百分比为1％，在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，在80℃条件下烘干5小时后直接经注塑机注塑成型标准试样，加工条件为：一区温度200℃，二区温度205℃，三区温度205℃，四区温度205℃，压力为45MPa，速度为45mm/s。
性能测试：
拉伸性能测试按ISO 527-2进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为10mm/min；弯曲性能测试按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；悬臂梁缺口冲击强度按ISO 179进行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为为2mm；阻燃性能测试按UL-94进行，样条为120×10×1.6mm和120×10×3.2mm。
材料的综合性能通过测试得到的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、IZOD缺口冲击强度以及阻燃性能的数值进行评判。实施例配方及性能比较如下：
 
实施例 1 2 3 4 5 6
长玻璃纤维增强聚丙烯母粒/wt％ 40 50 50 60 50 50
无卤阻燃母粒/wt％ 47 39 47 39 35 49
功能母粒/wt％ 1 0.5 1.5 1 1 1
聚丙烯树脂/wt％ 12 10.5 1.5 0 14 0
IZOD缺口冲击强度(KJ/m2) 14.2 26.1 25.4 29.3 26.9 22.3
拉伸断裂强度(MPa) 70.3 97.5 93.2 102.3 99.7 82.8
断裂伸长率(％) 5.3 5.4 4.6 4.6 4.7 4.4
弯曲强度(MPa) 100.2 125.6 120.3 129.4 128.7 124.5
弯曲模量(MPa) 4850 5706 6534 5934 5432 6679
燃烧性能 1.6mmV-0 3.2mmV-0 1.6mmV-0 3.2mmV-0 3.2mmV-2 1.6mmV-0
上表中可以看出，随着阻燃母粒的用量对体系力学性能的影响比较明显，随着阻燃母粒用量的提高，拉伸强度、缺口冲击强度逐渐下降的，弯曲强度基本保持不变，而弯曲模量呈明显上升趋势。当阻燃母粒用量为47％时，制备出具有较好的阻燃性能，同时具备较高的力学性能的无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。

Claims (6)

1.一种无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，由以下以重量份计的原料制成：
长玻璃纤维增强聚丙烯母粒                40-60wt％；
无卤阻燃母粒                            35-49wt％；
功能助剂母粒                            0.5-1.5wt％；
聚丙烯树脂                              0-14wt％。
2.如权利要求1所述的一种无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述长玻璃纤维增强聚丙烯母粒中聚丙烯和长玻璃纤维的用量分别为40—60wt％和40—60wt％。
3.如权利要求1所述的一种无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述的无卤阻燃母粒由高密度聚乙烯25-50wt％和无卤阻燃剂多聚磷酸胺50-75wt％经130℃密炼机密炼后趁热经单螺杆挤出机挤出造粒制得。
4.如权利要求1所述的一种无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述的功能助剂母粒由聚丙烯树脂90-100wt％和四[β-(3，5-二特丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0-10wt％经180℃，400rpm转速的挤出机挤出造粒制成。
5.如权利要求1所述的一种无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述的无卤阻燃母粒的用量为47wt％。
6.如权利要求1所述的一种无卤阻燃长玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：将长玻璃纤维增强聚丙烯母粒40-60wt％，无卤阻燃母粒35-49wt％，功能助剂母粒0.5-1.5wt％和聚丙烯树脂0-14wt％混合；
第二步：将第一步得到的混合物在80℃烘干5小时，注塑成型，其中，
注塑机的工作条件为：一区温度190-200℃，二区温度200-205℃，三区温度200-205℃，四区温度200-205℃，压力为30-50MPa，速度为30-50mm/s。
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