CN101812202B - 无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料，由下述重量份数的原料制成：聚丙烯100份、聚酰胺30～50份、热塑性弹性体20～50份、无卤低烟阻燃剂30～50份、高分子相容剂10～20份、分散剂1～5份和抗氧剂1～5份。按上述重量份数称取原料后，混合均匀经双螺杆机熔融挤出，造粒。本发明的方法工艺简单，成本低廉，得到的复合材料具有质量轻、无卤低烟、阻燃性能优异等特点，而且耐老化、表面光洁平滑。

Description

无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，更具体地说，涉及一种无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料及其制备方法。
背景技术
塑料具有易加工、质轻、耐腐蚀等许多优点，已经代替木材、石材、钢材等应用于众多领域，极大地方便了人们的日常生活。
随着高分子材料的出现与发展，火灾事故也不断增加，高分子材料的阻燃技术应运而生，电线电缆的绝缘与护套多采用高分子阻燃材料。
由于电缆火灾的教训，20世纪80年代后期，阻燃电缆已成为电缆发展的必然趋势，从而积极推动了聚氯乙烯(PVC)材料的阻燃化与新产品的开发。近二十年来，阻燃电缆技术取得了巨大发展。然而，由于PVC电线电缆材料在燃烧过程中会释放出有毒、腐蚀性的氯化氢气体，严重危害了人们的健康。GE公司此后推出了一种利用柔性Noryl树脂来替代PVC的电线电缆材料，然而该材料成本昂贵，因此，开发一种新型的低成本无卤低烟阻燃电线电缆复合材料就显得格外重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种成本低廉的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料。
本发明进一步要解决的技术问题在于，还提供一种无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料，由下述重量份数的原料制成：
聚丙烯              100
聚酰胺              30～50
热塑性弹性体        20～50
无卤低烟阻燃剂      30～50
高分子相容剂        10～20
分散剂              1～5
抗氧剂              1～5。
在本发明所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料中，所述聚丙烯(PP)是熔融指数为0.5～2.0g/10min的高抗冲共聚聚丙烯，所述聚酰胺是相对粘度为1～3的聚己内酰胺(尼龙6，又称PA6)。本发明采用聚丙烯和尼龙6作为基本树脂，聚丙烯具有良好的耐化学腐蚀性能和良好的加工性能，其比重较低，仅为0.89～0.91g/cm3，而且价格低廉；尼龙6具有良好的耐热性能、耐磨性能和高强度，并且在复合材料体系中发挥了阻燃成炭剂的作用。
在本发明所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料中，所述热塑性弹性体为聚烯烃弹性体(POE)。所述热塑性弹性体作为增韧剂，增加了复合材料的柔韧性能。
在本发明所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料中，所述无卤低烟阻燃剂由重量份数60份的双酚A双(二苯基磷酸酯)、37份的聚磷酸胺和3份的硅酮母粒混合而成，如在高速混合机里以转速800转/分、温度100℃的条件混合而成。所述无卤低烟阻燃剂使复合材料具有优异的阻燃性能、高环保、低烟等特点。
在本发明所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料中，所述高分子相容剂为马来酸酐接枝乙烯-乙酸乙烯共聚物(马来酸酐接枝EVA)。所述高分子相容剂作为交联剂，增加了复合材料的抗撕裂强度及各组分间的共混相容性。
在本发明所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料中，所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺(EBS)。所述分散的加入增加了复合材料的表面光滑度。
在本发明所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料中，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量比1∶1～3复配得到，所述亚磷酸类抗氧剂优选为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯，如抗氧剂168，所述受阻酚类抗氧剂优选为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，如抗氧剂1010。所述抗氧剂可增加复合材料加工或使用过程中的抗热氧老化性能。
一种无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料的制备方法包括以下步骤：
①按前述的重量份数称取聚丙烯、聚酰胺、热塑性弹性体、无卤低烟阻燃剂、高分子相容剂、分散剂和抗氧剂；
②将步骤①中所有原料混合均匀；
③将步骤②中得到的混合原料加入双螺杆机，经熔融挤出，造粒，工艺条件为：一区温度为150～170℃，二区温度为160～180℃，三区温度为170～190℃，四区温度为180～200℃，五区190～210℃，螺杆转速350～450r/min，喂料频率30～40Hz，熔体压力3.0～5.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施本发明的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料，具有以下有益效果：本发明的聚丙烯/聚酰胺复合材料具有质量轻、无卤低烟、阻燃性能优异等特点，而且耐老化，表面光洁平滑。
采用本发明的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料的制备方法，具有制造工艺简单，成本低廉的特点。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作详细说明。
本发明所用原料均为市面销售的行业内常见商品。
本发明中，无卤低烟阻燃剂的制备方法如下：按重量份数比称取双酚A双(二苯基磷酸酯)60份、聚磷酸胺37份和硅酮母粒3份，加入高速混合机中，在温度100℃、转速800转/分的条件下混合而成。
实施例1，一种无卤低烟阻燃电线电缆材料，由下述重量份数的原料制成：100份PP、30份PA6、20份POE、30份无卤低烟阻燃剂、10份马来酸酐接枝EVA、1份EBS和1份抗氧剂，其中，抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1∶2自制复配得到。
制备方法：按上述重量比称取原料，在高速搅拌机(转速800转/分)中混合5分钟以混合均匀，将混合原料经过同向平行双螺杆挤出机挤出、造粒。挤出机各区段温度为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区190℃、五区200℃，螺杆转速400r/min，喂料频率35Hz，熔体压力4.0MPa，真空度-0.04MPa。
实施例2，一种无卤低烟阻燃电线电缆材料，由下述重量份数的原料制成：100份PP、40份PA6、35份POE、40份无卤低烟阻燃剂、15份马来酸酐接枝EVA、3份EBS和3份抗氧剂，其中，抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1∶2自制复配得到。
制备方法：按上述重量比称取原料，在高速搅拌机(转速800转/分)中混合5分钟以混合均匀，将混合原料经过同向平行双螺杆挤出机挤出、造粒。挤出机各区段温度为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区190℃、五区200℃，螺杆转速400r/min，喂料频率35Hz，熔体压力4.0MPa，真空度-0.04MPa。
实施例3，一种无卤低烟阻燃电线电缆材料，由下述重量份数的原料制成：100份PP、50份PA6、50份POE、50份无卤低烟阻燃剂、20份马来酸酐接枝EVA、5份EBS和5份抗氧剂，其中，抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1∶2自制复配得到。
制备方法：按上述重量比称取原料，在高速搅拌机(转速800转/分)中混合5分钟以混合均匀，将混合原料经过同向平行双螺杆挤出机挤出、造粒。挤出机各区段温度为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区190℃、五区200℃，螺杆转速400r/min，喂料频率35Hz，熔体压力4.0MPa，真空度-0.04MPa。
实施例4，一种无卤低烟阻燃电线电缆材料，由下述重量份数的原料制成：100份PP 30份、PA6、35份POE、50份无卤低烟阻燃剂、10份马来酸酐接枝EVA、3份EBS和3份抗氧剂，其中，抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1∶2自制复配得到。
制备方法：按上述重量比称取原料，在高速搅拌机(转速800转/分)中混合5分钟以混合均匀，将混合原料经过同向平行双螺杆挤出机挤出、造粒。挤出机各区段温度为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区190℃、五区200℃，螺杆转速400r/min，喂料频率35Hz，熔体压力4.0MPa，真空度-0.04MPa。
实施例5，一种无卤低烟阻燃电线电缆材料，由下述重量份数的原料制成：100份PP、30份PA6、20份POE、30份无卤低烟阻燃剂、10份马来酸酐接枝EVA、1份EBS和1份抗氧剂，其中，抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1∶1自制复配得到。
制备方法：按上述重量比称取原料，在高速搅拌机(转速800转/分)中混合5分钟以混合均匀，将混合原料经过同向平行双螺杆挤出机挤出、造粒。挤出机各区段温度为：一区150℃、二区160℃、三区170℃、四区180℃、五区190℃，螺杆转速350r/min，喂料频率30Hz，熔体压力3.0MPa，真空度-0.03MPa。
实施例6，一种无卤低烟阻燃电线电缆材料，由下述重量份数的原料制成：100份PP、50份PA6、50份POE、50份无卤低烟阻燃剂、20份马来酸酐接枝EVA、5份EBS和5份抗氧剂，其中，抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1∶3自制复配得到。
制备方法：按上述重量比称取原料，在高速搅拌机(转速800转/分)中混合5分钟以混合均匀，将混合原料经过同向平行双螺杆挤出机挤出、造粒。挤出机各区段温度为：一区170℃、二区180℃、三区190℃、四区200℃、五区210℃，螺杆转速450r/min，喂料频率40Hz，熔体压力5.0MPa，真空度-0.06MPa。
性能评价及实行标准取实施例1～4中完成造粒的粒子复合材料在80～90℃的烘箱下干燥2小时，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
拉伸性能按ASTM D-638标准进行，试样尺寸为180×12.7×3.2mm，拉伸速度为50mm/min；悬臂梁缺口冲击强度(IZOD缺口冲击强度)按ASTMD-256标准进行，试样尺寸为64×12.7×3.2mm，缺口深度为试样厚度的1/3；比重按ISO 1183标准进行，阻燃性能按UL-94标准进行，试样尺寸为127×12.7×3.2mm(1/8inch)、127×12.7×1.6mm(1/16inch)、127×12.7×0.8mm(1/32inch)。
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、IZOD缺口冲击强度、比重的数值进行评判，测试结果如表1所示：
表1实施例1～4的的复合材料性能测试结果
Figure G2009101105616D00071
附：NB为行业术语，意为不破坏断裂。
从表中可以看出：复合材料达到了V0阻燃等级，且最终产品的表面光洁平整。随着PA、热塑性弹性体、高分子相容剂添加量的增加，复合材料的拉伸强度增加、断裂伸长率大幅增加、比重略有增加，而缺口冲击强度、熔指等性能基本不变。由于分散剂、抗氧剂的加入，使得材料表面光洁平整且不易受热氧化变色，使得材料的最终使用得以保证。

Claims (7)

1.一种无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料，其特征在于，由下述重量份数的原料制成：
Figure FDA0000091801980000011
所述聚丙烯是熔融指数为0.5～2.0g/10min的共聚聚丙烯，所述聚酰胺是相对粘度为1～3的尼龙6，所述无卤低烟阻燃剂包含以下重量份数的组分：
双酚A双(二苯基磷酸酯)    60
聚磷酸胺                 37
硅酮母粒                 3。
2.根据权利要求1所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料，其特征在于，所述热塑性弹性体为聚烯烃弹性体。
3.根据权利要求1所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料，其特征在于，所述高分子相容剂为马来酸酐接枝乙烯-乙酸乙烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料，其特征在于，所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺。
5.根据权利要求1所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量比1∶1～3复配得到。
6.根据权利要求5所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯和四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯按重量比1∶1～3复配得到。
7.一种制备权利要求1所述的无卤低烟阻燃聚丙烯/聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①称取上述权利要求1～6任一项所述的聚丙烯、聚酰胺、热塑性弹性体、无卤低烟阻燃剂、高分子相容剂、分散剂和抗氧剂；
②将步骤①中所有原料混合均匀；
③将步骤②中得到的混合原料加入双螺杆机，经熔融挤出，造粒，工艺条件为：一区温度为150～170℃，二区温度为160～180℃，三区温度为170～190℃，四区温度为180～200℃，五区190～210℃，螺杆转速350～450r/min，喂料频率30～40Hz，熔体压力3.0～5.0Mpa，真空度-0.03～-0.06MPa。
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