CN102050993A - 一种阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波纹管材料，一种阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料及其制备方法。现有技术聚丙烯波纹管力学性能差；尼龙波纹管无阻燃性、稳定性差、使用寿命短。本发明材料由下列重量比物质组成：聚丙烯47～75份，尼龙3～40份，阻燃剂5～30份，相容剂5～20份，增韧剂1～40份，填充母粒0～10份，热稳定剂0.2～1.5份，加工助剂0.2～1.5份。制备方法为：首先制备填充母粒，然后将填充母料及其余各原料加入双螺杆挤出机中熔融混合，挤出造粒制备阻燃聚丙烯/尼龙复合材料。本发明的优点是：具有优良的阻燃性能和极佳的耐高温性能；耐摩擦、耐化学腐蚀、使用寿命长；表面光泽度高、电气绝缘性好；生产工艺简单、成本低。

Description

一种阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种波纹管材料，具体地说是一种阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料及其制备方法。

背景技术

波纹管是一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体，具有转换、补偿、连接和储能等多方面的功能。相对于同样材料制成的管材，波纹管具有质轻、美观、耐用和成本低、弹性好等优点，广泛应用于石化、仪表、航天、化工、电力、水泥、冶金等领域。使用时波纹管开口端固定，密封端处于自由状态，在内部或外部压力的作用下沿管子纵向或径向变化，起到减震、保持特定设备的连接等作用。

目前制备波纹管的材料主要有金属和塑料。常用的金属材料有不锈钢、黄铜、铍青铜和锡青铜等。常用的塑料材料有聚丙烯PP、聚乙烯PE、尼龙PA和聚氯乙烯PVC等。不同的材质制成的波纹管，性能及应用领域不同。例如不锈钢材料具有很高的弯曲疲劳强度和耐蚀性，焊接性能良好，不锈钢波纹管经常用于连接石油储罐与石油管道，以吸引地震或地基下沉等引起的石油储罐与管道之间的相对变位，提高系统的抗外力能力。铍青铜波纹管具有很小的迟滞和弹性后效、很高的稳定性、耐腐蚀、无磁性，多用于高精度的测量仪表中。聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚氯乙烯塑料波纹管常用作电缆套管，用于电信、铁路、高速公路、隧道、通信电缆、广播电视线路保护套管、地下电缆管、农业灌溉管、通风管和输水管等，其中以聚氯乙烯PVC、高密度聚乙烯塑料HDPE用得最多。聚丙烯PP和尼龙PA波纹管常用于汽车线束、机械线束等。

由于材料本身的特性，现有技术每种波纹管都有自己的优缺点，限制了波纹管的应用。例如聚丙烯材料制成的波纹管力学性能差，使用范围受到限制；尼龙材料波纹管价格高、无阻燃性、产品稳定性差、吸水性差、使用寿命短。

经广泛查阅国内外公开出版物和检索专利文件，未见有阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料及其制备方法的报道。所以发明一种克服聚丙烯PP、尼龙PA材料的各自缺点，力学性能好、稳定性及吸水性强、阻燃性好，成本低；可以满足在高温状态下工作的波纹管阻燃要求，延长波纹管寿命的阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料及其制备方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种力学性能好、稳定性及吸水性强、阻燃性好，成本低；可以满足在高温状态下工作的波纹管阻燃要求，延长波纹管寿命的阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料；

本发明的另一目的是提供该阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料，由下列重量比物质组成：

聚丙烯    47～75份

尼龙      3～40份

阻燃剂    5～30份

相容剂    5～20份

增韧剂    1～40份

填充母粒  0～10份

热稳定剂  0.2～1.5份

加工助剂  0.2～1.5份。

(1)聚丙烯在230℃/2.16kg条件下测试熔体流动指数小于5g/10min；

(2)尼龙为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610及尼龙612中的一种或其两种以上的混合物；270℃/2.16kg条件下测试熔体流动指数小于15g/10min；

(3)阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴联苯醚、十溴联苯乙烷、聚溴化苯乙烯、八溴醚、八溴S醚、三氧化二锑、硼酸锌中的一种或其两种以上的混合物；

(4)相容剂为马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的聚丙烯、聚烯烃弹性体或三元乙丙橡胶中的一种或其两种以上的混合物；

(5)增韧剂为聚乙烯、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、热塑性聚烯烃弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体、动态硫化热塑性弹性体及热塑性弹性体中的一种或其两种以上的混合物；

(6)填充母粒由15～58.5重量份的聚烯烃树脂、40～80重量份的无机填料、0.2～0.5重量份的热稳定剂和0.2～0.5重量份的加工助剂经螺杆挤出机挤压造粒而成；填充母粒中的聚烯烃树脂在230℃/2.16kg条件下测试熔体流动指数小于5g/10min；无机填料为平均粒径0.1～10微米的滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、硅酸铝晶须、硅酸镁晶须、硫酸镁晶须及硫酸钙晶须中的一种或其两种以上的混合物；

(7)热稳定剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类、杯芳烃类热稳定剂中的一种或其两种以上的混合物；

(8)加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类及酰胺类加工助剂中的一种或其两种以上的混合物。

阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料的制备方法如下：

(1)制备填充母粒：

将聚烯烃树脂、无机填料均匀混合，添加热稳定剂和加工助剂，置入密炼机、开炼机、单螺杆挤出机或者螺杆数大于等于2的挤出机中，在160～250℃熔融造粒；

(2)制备尼龙聚丙烯复合材料：

准确称取聚丙烯、尼龙、相容剂、阻燃剂、增韧剂、填充母粒、热稳定剂、加工助剂，加入长径比为36～46∶1的双螺杆挤出机中，在210～250℃进行熔融混合，挤出造粒制成。

本发明要点在于：

以聚丙烯与尼龙为主要原料，添加相容剂、阻燃剂、增韧剂、填充母粒、热稳定剂、加工助剂，经螺杆挤出机熔融混合，挤出造粒制成。

与现有的塑料波纹管材料相比，本发明产品不仅具有很高的韧性、优良的阻燃性能和弯曲性能、极佳的耐高温性能，而且在表面光泽、耐摩擦、耐化学腐蚀、电气绝缘性等方面表现优异，解决了现有的聚丙烯PP波纹管耐热性能不足，尼龙PA波纹管价格过高以及无阻燃性能等缺陷；本发明产品制备工艺简单，便于工业化生产。

本发明的优点是：

1、具有优良的阻燃性能和极佳的耐高温性能，适宜做高温条件工作的波纹管材料。

2、耐摩擦、耐化学腐蚀、使用寿命长。

3、表面光泽度高、电气绝缘性好。

4、生产工艺简单、成本低。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明是如何实现的做进一步详细、清楚、完整地说明，所列实施例仅对本发明予以进一步的说明，并不因此而限制本发明。

实施例1：

1、制备填充母粒：

将熔体流动指数为1.2g/10min的聚丙烯粉料27公斤、平均粒径为3微米的粒子状的无机填料-碳酸钙和硅酸铝晶须的混合物30公斤预先混合均匀，再加入0.2公斤的热稳定剂Irganox 1010和0.2公斤的加工助剂，然后在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，加工温度为140～250℃；制成填充母粒，供以下各实施例使用。

2、制备阻燃聚丙烯/尼龙复合材料：

将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、10公斤相容剂-马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH、5公斤增韧剂-EPDM、2公斤填充母粒、15公斤的十溴二苯乙烷、5公斤的三氧化二锑、0.2公斤热稳定剂和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，230℃进行熔融混合分散，挤出造粒，制得本实施例1阻燃PP/PA复合材料。

本实施例所制备的阻燃PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能、阻燃性能以及较高的热变形温度；具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于200MΩ，性能测试结果见表1所示：

表1实施例1制备的阻燃PP/PA复合材料性能

实施例2：

将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)、5公斤增韧剂-POE、3公斤实施例1制备的填充母粒、0.2公斤热稳定剂、10公斤的八溴S醚和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，230℃进行熔融混合分散，挤出造粒，制得本实施例2阻燃PP/PA复合材料。

本实施例所制备的阻燃PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能、阻燃性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于400MΩ，性能测试结果见表2所示：

表2实施例2制备的阻燃PP/PA复合材料性能

实施例3：

将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)、5公斤增韧剂-TPV、2公斤实施例1制备的填充母粒、10公斤的十溴二苯乙烷、5公斤的八溴醚、5公斤三氧化二锑、0.2公斤热稳定剂、和0.5公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，在230℃进行熔融混合分散，挤出造粒，制得本实施例3阻燃PP/PA复合材料。

本实施例所制备的阻燃PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于200MΩ，具体性能见表3所示：

表3实施例3制备的阻燃PP/PA复合材料性能

实施例4：

将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙、6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝EPDM(EPDM-g-MAH)、5公斤增韧剂-TPO、17公斤的十溴联苯醚、6公斤的三氧化二锑、4公斤实施例1制备的填充母粒、0.2公斤热稳定剂和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，245℃进行熔融混合分散，挤出造粒，制得本实施例4阻燃PP/PA复合材料。

本实施例所制备的阻燃PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于200MΩ，性能测试结果如表4所示：

表4实施例4制备的阻燃PP/PA复合材料性能

实施例5：

将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝EPDM(EPDM-g-MAH)、5公斤增韧剂-TPE、20公斤的聚溴化苯乙烯、5公斤实施例1制备的填充母粒、0.2公斤热稳定剂和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，在245℃进行熔融混合分散，挤出造粒，制得本实施例5阻燃PP/PA复合材料。

本实施例所制备的PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于200MΩ，性能测试结果如表5所示：

表5本实施例的阻燃PP/PA复合材料的性能数据

实施例6：

将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)、5公斤增韧剂-TPE、9公斤的八溴S醚、3公斤的三氧化二锑、8公斤实施例1制备的填充母粒、0.2公斤热稳定剂和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，245℃进行熔融混合分散，挤出造粒，制得本实施例6阻燃PP/PA复合材料。

本实施例所制备的阻燃PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于200MΩ，具体性能见表5所示：

表6实施例6制备的阻燃PP/PA复合材料性能

上述实施例仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改和变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料，由下列重量比物质组成：

聚丙烯    47～75份

尼龙      3～40份

阻燃剂    5～30份

相容剂    5～20份

增韧剂    1～40份

填充母粒  0～10份

热稳定剂  0.2～1.5份

加工助剂  0.2～1.5份。

2.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料，其特征在于：

(1)聚丙烯在230℃/2.16kg条件下测试熔体流动指数小于5g/10min；

(2)尼龙为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610及尼龙612中的一种或其两种以上的混合物；270℃/2.16kg条件下测试熔体流动指数小于15g/10min；

(3)阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴联苯醚、十溴联苯乙烷、聚溴化苯乙烯、八溴醚、八溴S醚、三氧化二锑、硼酸锌中的一种或其两种以上的混合物；

(4)相容剂为马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的聚丙烯、聚烯烃弹性体或三元乙丙橡胶中的一种或其两种以上的混合物；

(5)增韧剂为聚乙烯、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、热塑性聚烯烃弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体、动态硫化热塑性弹性体及热塑性弹性体中的一种或其两种以上的混合物；

(6)填充母粒由15～58.5重量份的聚烯烃树脂、40～80重量份的无机填料、0.2～0.5重量份的热稳定剂和0.2～0.5重量份的加工助剂经螺杆挤出机挤压造粒而成；填充母粒中的聚烯烃树脂在230℃/2.16kg条件下测试熔体流动指数小于5g/10min；无机填料为平均粒径0.1～10微米的滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、硅酸铝晶须、硅酸镁晶须、硫酸镁晶须及硫酸钙晶须中的一种或其两种以上的混合物；

(7)热稳定剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类、杯芳烃类热稳定剂中的一种或其两种以上的混合物；

(8)加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类及酰胺类加工助剂中的一种或其两种以上的混合物。

3.一种阻燃聚丙烯/尼龙波纹管复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)制备填充母粒：

将聚烯烃树脂、无机填料均匀混合，添加热稳定剂和加工助剂，置入密炼机、开炼机、单螺杆挤出机或者螺杆数大于等于2的挤出机中，在160～250℃熔融造粒；

(2)制备尼龙聚丙烯复合材料：

准确称取聚丙烯、尼龙、相容剂、阻燃剂、增韧剂、填充母粒、热稳定剂、加工助剂，加入长径比为36～46∶1的双螺杆挤出机中，在210～250℃进行熔融混合，挤出造粒制成。