CN101875738B - 用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，复合材料主要由聚丙烯、玻璃纤维、阻燃剂、相溶剂、成核剂、分散剂、抗氧剂为原料制成。制备方法包括以下步骤：(1)先将聚丙烯、阻燃剂、相溶剂、成核剂、分散剂、抗氧剂一起混合均匀；(3)将步骤(2)中混好的原料和玻璃纤维在熔融挤出机中熔融挤出，造粒，即得产品。本发明提供一种的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

Description

用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种改性复合材料及其制备方法，尤其涉及一种用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)为一种通用塑料，广泛应用于各种电子电器元件。
聚丙烯最突出的性质是多面性，它的价值和多面性主要来自于优良的耐化学品性能，常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，在众多的热塑性塑料中拥有较低的密度和相对较高的熔点，另外，聚丙烯(PP)无毒、无味，密度小，具有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度影响，适于制作机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件，也广泛应用于各种电子电器元件。
现在市场上的线圈骨架，体积小的器件，比如电子变压器、继电器、电磁阀等主要使用尼龙(PA6/PA66)作为原料；随着时代和技术的进步，电子产品商家不断从降低成本和提升产品性能两方面来迎合消费者的需求。现有的线圈骨架所使用的尼龙(PA6/PA66)作为原料材料比重大，易吸水，且成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的材料比重大、易吸水等的缺点，提供一种材料成本低、比重轻、不易吸水的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料。
本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种工艺简单、操作方便的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯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：一种用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料，主要由以下重量份数的原料制成：
聚丙烯                  100
玻璃纤维                10-40
阻燃剂                  15-30
相溶剂                  2-10
成核剂                  0.1-0.9
分散剂                  0.2-1
抗氧剂                  0.2-0.8。
所述的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料，优选主要由以下重量份数的原料制成：
聚丙烯                100
玻璃纤维              20-30
阻燃剂                20-28
相溶剂                5-8
成核剂                0.3-0.6
分散剂                0.5-1
抗氧剂                0.3-0.6。
所述的聚丙烯为均聚聚丙烯。
所述玻璃纤维为其表面经偶联剂处理的无碱长玻璃纤维。
阻燃剂为有机卤素阻燃剂与阻燃协效剂按2～4∶1的重量比复配混合而成。其中有机卤素阻燃剂优选溴系阻燃剂，具体为十溴二苯乙烷，阻燃协效剂优选为三氧化二锑。
所述的相溶剂优选为马来酸酐接枝聚丙烯。
所述的成核剂优选为有机磷酸酯类成核剂。
所述的分散剂优选为聚乙烯蜡。
所述抗氧剂为(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯类化合物与四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯类化合物按1～3∶1的重量比复配混合而成。
一种用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取原料均聚聚丙烯、相溶剂、成核剂、分散剂、抗氧剂；将它们混合3～5分钟成为混合料；
(3)将混合料、玻璃纤维置于双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒；其中原料玻璃纤维从双螺杆挤出机的加纤口处加入。所述双螺杆挤出机的挤出工艺条件为：挤出机各区的温度分别为：一区180～190℃、二区180～200℃、三区190～200℃、四区190～210℃、五区190～210℃、六区180～200℃、七区180～190℃、八区180～190℃；螺杆转速为350～400r/min；喂料频率为20～25Hz；熔体压力为3.0～4.0MPa；真空度为-0.03～-0.06Mpa。
本发明采用聚丙烯和其他辅料配合制成复合材料，其中原料聚丙烯与尼龙(PA6/PA66)相比，聚丙烯材料本身比重轻、不易吸水，且在价格上有很大的优势；降低了产品的成本。性能方面，本发明采用通用塑料聚丙烯为主体，通过添加玻纤与阻燃剂来填补聚丙烯(PP)本身的强度不足和阻燃性差等的缺点，并采用强度高的均聚聚丙烯，使得聚丙烯在增强过程中得以最大的提高。其中，玻璃纤维的功能是增强产品的强度。相溶剂马来酸酐接枝聚丙烯的作用是使粉体、玻璃纤维能更好的与基体树脂相融合，改善相与相之间的结合能力。成核剂可以使PP大分子快速结晶，在不降低材料其它性能的基础上大幅度提高材料的表面光亮度，有效缩短其成型周期，从而使生产效率得到提高。分散剂聚乙烯蜡的功能是提高了材料中各组分的分散效果及加工性能。抗氧剂的功能是使得材料的耐热氧化性能得到提高，解决材料黄变现象。
本发明制备方法可以生产出具有阻燃玻纤增强聚丙烯性能的产品，其生产工艺简单可控，生产易操作。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作详细的说明：
以下实施例所采用的原料为：
聚丙烯选用茂名石化生产的PP V30G(商品牌号)；
长纤纱选用泰山玻璃纤维有限公司生产的长纤纱T635C(商品牌号)；
阻燃剂选用寿光卫东化工有限公司阻燃剂厂生产的溴系阻燃剂十溴二苯乙烷RDT-3(商品牌号)；阻燃协效剂选用常德辰州锑品有限公司生产的三氧化二锑；
相溶剂选用马来酸酐接枝聚丙烯，如佛山市南海柏晨高分子新材料有限公司生产的PC-1(商品牌号)；
成核剂选用有机磷酸酯类成核剂，如江西省石城县辉达科技有限公司生产的PP专用β晶型成核剂；
抗氧剂选用北京极易化工有限公司生产的(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯168和四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1010按重量比1～3∶1的比例复配而成的混合物。
润滑剂选用青岛伊士特(道普化学)有限公司生产的聚乙烯蜡。
实施例1
本发明提出了用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料是由以下重量份数的原料制成：
PP树脂100份、玻璃纤维20份、阻燃剂20份、相溶剂5份、成核剂0.3份、分散剂0.5份、(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯与四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯的混合物(二者的重量比1∶1)0.3份。溴系阻燃剂与三氧化二锑的重量比为2∶1。
制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照上述重量份数称取原料；
步骤2：将步骤1称取的各原料(除玻璃纤维外)在高速混合机中混合3分钟形成混合料；
步骤3：将混合料、玻璃纤维置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。其中玻璃纤维是从双螺杆挤出机的加纤口处加入。该平行双螺杆挤出机的挤出工艺条件为：一区180℃、二区180℃、三区190℃、四区190℃、五区190℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃；螺杆转速350r/min，喂料频率20Hz；熔体压力3.0MPa，真空度-0.03Mpa。
实施例2
本发明提出了用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料是由以下重量份数的原料制成：
PP树脂100份、玻璃纤维30份、阻燃剂23份、相溶剂6份、成核剂0.4份、分散剂0.7份、(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯与四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯的混合物0.4份(二者的重量比2∶1)。溴系阻燃剂与三氧化二锑的重量比为3∶1。
制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照上述重量份数称取原料；
步骤2：将步骤1称取的原料(除玻璃纤维外)在高速混合机中混合3分钟形成混合料；
步骤3：将混合料、玻璃纤维置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒；
其中玻璃纤维从双螺杆挤出机的加纤口处加入。该平行双螺杆挤出机的挤出工艺条件为：一区185℃、二区185℃、三区195℃、四区195℃、五区195℃、六区185℃、七区185℃、八区185℃；螺杆转速360r/min，喂料频率22Hz；熔体压力3.5MPa，真空度-0.05Mpa。
实施例3
本发明提出了用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料是由以下重量份数的原料制成：
PP树脂100份、玻璃纤维26份、阻燃剂25份、相溶剂7份、成核剂0.5份、分散剂0.9份、(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯与四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯的混合物0.5份(二者的重量比3∶1)。溴系阻燃剂与三氧化二锑的重量比为3∶1。
制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照上述重量份数称取原料；
步骤2：将步骤1称取的各原料(除玻璃纤维外)在高速混合机中混合3分钟形成混合料；
步骤3：将混合料、玻璃纤维置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒；
其中玻璃纤维从双螺杆挤出机的加纤口处加入。该平行双螺杆挤出机的挤出工艺条件为：一区190℃、二区200℃、三区200℃、四区210℃、五区210℃、六区200℃、七区190℃、八区190℃；螺杆转速390r/min，喂料频率23Hz；熔体压力4.0MPa，真空度-0.06Mpa。
实施例4
本发明提出了用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料是由以下重量份数的原料制成：
PP树脂100份、玻璃纤维30份、阻燃剂28份、相溶剂8份、成核剂0.6份、分散剂1份、(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯与四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯的混合物0.6份，(二者的重量比2.5∶1)。溴系阻燃剂与三氧化二锑的重量比为1∶1。
制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照上述重量份数称取原料；
步骤2：将步骤1称取的各原料(除玻璃纤维外)在高速混合机中混合3分钟形成混合料；
步骤3：将混合料、玻璃纤维置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。其中玻璃纤维从双螺杆挤出机的加纤口处加入。该平行双螺杆挤出机的挤出工艺条件为：一区182℃、二区190℃、三区198℃、四区198℃、五区198℃、六区198℃、七区188℃、八区188℃；螺杆转速400r/min，喂料频率25Hz；熔体压力3.6MPa，真空度-0.04Mpa。
实施例5
本发明提出了用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料是由以下重量份数的原料制成：
PP树脂100份、玻璃纤维10份、阻燃剂30份、相溶剂2份、成核剂0.9份、分散剂0.2份、(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯与四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯的混合物0.2份(二者的重量比1∶1)。溴系阻燃剂与三氧化二锑的重量比为2.5∶1。
制备方法同实施例1。
实施例6
本发明提出了用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料是由以下重量份数的原料制成：
PP树脂100份、玻璃纤维40份、阻燃剂15份、相溶剂10份、成核剂0.1份、分散剂0.8份、(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯与四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯的混合物0.8份(二者的重量比3∶1)。溴系阻燃剂与三氧化二锑的重量比为3.5∶1。
制备方法同实施例1。
下面对本发明实施例1～4中所制备材料的性能进行说明：
将按上述实施例1～4中的制备方法完成造粒的粒子复合材料事先在80～90℃的烘箱下干燥2小时，然后将干燥好的粒子复合材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
其中拉伸性能按ISO 527进行。试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min。
弯曲性能按ISO 178进行。试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为50mm。
简支梁缺口冲击强度按ISO 180进行。试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为试样厚度的1/3。
热变形温试按ISO 75进行。试样尺寸为120×15×10mm，负载为1.82MPa。
密度按ISO 1183在23℃下进行。
阻燃等级测试依据UL94标准进行。
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、IZOD缺口冲击强度、热变形温度以及阻燃性能的数值进行评判。
表1实施例1～4原料及其性能测试结果
  原料名称及物性参数   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
  聚丙烯树脂PP   100   100   100   100
  玻璃纤维   20   23   26   30
  阻燃剂   20   23   25   28
  相溶剂PC-1   5   6   7   8
  β成核剂390   0.3   0.4   0.5   0.6
  分散剂PE蜡   0.5   0.7   0.9   1
  抗氧剂   0.3   0.4   0.5   0.6
  拉伸强度(MPa)   55   60   65   70
  断裂伸长率(％)   10   8   8   6
  弯曲强度(MPa)   65   70   74   79
  弯曲模量(MPa)   2884   3004   3227   3410
  IZOD缺口冲击强(J/M) 73 80 85 78
  熔融指数(g/10min)   12.3   9.5   8.8   7.9
  热变形温度(℃)   127   132   138   144
  比重(g/cm))   1.29   1.32   1.36   1.41
  1/8英寸阻燃性能   V0   V0   V0   V0
  1/16英寸阻燃性能   V0   V0   V0   V0
从表1中可以看出，随着玻璃纤维、阻燃剂和相溶剂含量及各种加工助剂的增加，材料的拉伸强度先增加后减少；断裂伸长率略大幅下降；弯曲性能有轻微上涨但幅度不大；IZOD简支梁缺口冲击强度先上升后下降但幅度不大；熔融指数略有下降；热变形温度有轻微增加但幅度不大，阻燃效果相对明显。相对于尼龙(PA6/PA66)原料的性能，阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料用在制造线圈骨架上，可以替代尼龙(PA6/PA66)原料。

Claims (8)

1.一种用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，主要由以下重量份数的原料制成：
所述阻燃剂为有机卤素阻燃剂与阻燃协效剂按2～4∶1的重量比复配混合而成；所述玻璃纤维为其表面经偶联剂处理的无碱长玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，主要由以下重量份数的原料制成：
所述阻燃剂为有机卤素阻燃剂与阻燃协效剂按2～4∶1的重量比复配混合而成；所述玻璃纤维为其表面经偶联剂处理的无碱长玻璃纤维。
3.根据权利要求1或2所述的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯为均聚聚丙烯。
4.根据权利要求1或2所述的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
5.根据权利要求1或2所述的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的成核剂为有机磷酸酯类成核剂。
6.根据权利要求1或2所述的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的分散剂为聚乙烯蜡。
7.根据权利要求1或2所述的用于制造线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯类化合物与四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯类化合物按1～3∶1的重量比复配混合而成的混合物。
8.一种用于制造权利要求1所述的线圈骨架的阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取原料均聚聚丙烯、相容剂、成核剂、分散剂、抗氧剂、阻燃剂；将它们混合3～5分钟成为混合料；
(2)将混合料、玻璃纤维置于双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒；其中原料玻璃纤维从双螺杆挤出机的加纤口处加入；所述双螺杆挤出机的挤出工艺条件为：挤出机各区的温度分别为：一区180～190℃、二区180～200℃、三区190～200℃、四区190～210℃、五区190～210℃、六区180～200℃、七区180～190℃、八区180～190℃；螺杆转速为350～400r/min；喂料频率为20～25Hz；熔体压力为3.0～4.0MPa；真空度为-0.03～-0.06Mpa。
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