CN102850659B - 一种用于矿井安全帽的热塑性树脂复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种用于矿井安全帽的热塑性树脂复合材料；该复合材料包括以下组分和重量份：有机纤维增强增韧聚烯烃复合材料10-90份，阻燃抗静电母料10-90份；其中，有机纤维增强增韧聚烯烃复合材料包括以下组分和重量份：聚烯烃55-80份，有机纤维20-40份，相容剂0-4份，抗氧剂0-1份；阻燃抗静电母料包括以下组分和重量份：聚烯烃30-60份，阻燃剂30-60份，抗静电剂1-5份，抗氧剂0-1份，其他助剂0-10份。本发明的复合材料注塑成型制得的矿井安全帽，除具备良好的阻燃性能和抗静电性能外，还具备优秀的韧性、刚性和耐穿刺性能等。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种用于矿井安全帽的热塑性树脂复合材料。
背景技术
安全帽是个人防护用品中生产量大、用途广泛的重要防护用品之一，对人体头部受坠落物及其他特定因素引起的伤害起防护作用。安全帽由帽壳、帽衬、下颊带和后箍组成。帽壳呈半球形，坚固、光滑并有一定弹性，打击物的冲击和穿刺动能主要由帽壳承受。冲击吸性性能、耐穿刺性能是对安全帽的基本技术性能的要求。而作为矿井工人佩戴的安全帽，还需要满足以下特殊的技术性能的要求：电绝缘性、阻燃性、侧向刚性、抗静电性能等，因此，矿井安全帽必须选用综合性能优异的材料来制作，要求材料不仅具备良好的机械性能，还要具备阻燃性、抗静电性，否则会留下安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于矿井安全帽的热塑性树脂复合材料。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种用于矿井安全帽的热塑性树脂复合材料，该复合材料包括以下组分和重量份：有机纤维增强增韧聚烯烃复合材料10-90份，阻燃抗静电母料10-90份。
所述的有机纤维增强增韧聚烯烃复合材料包括以下组分和重量份：聚烯烃55-80份，有机纤维20-40份，相容剂0-4份，抗氧剂0-1份。
所述的聚烯烃选自共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯中的一种或几种。
所述的有机纤维为熔点高于210℃的纤维，选自尼龙6纤维、尼龙66纤维、尼龙46纤维、尼龙6T纤维、尼龙9T纤维、凯夫拉纤维、聚苯硫醚纤维、聚醚醚酮纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维或聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维等中的一种或几种。
所述的相容剂选自马来酸酐的接枝物或甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物等中的一种，进一步选自马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚乙烯等。
所述的抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯或硫醚类抗氧剂中的一种或几种，进一步选自抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂168或抗氧剂DSTDP等。
本发明还提供了一种上述有机纤维增强增韧聚烯烃复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：将聚烯烃55-80份、有机纤维20-40份、相容剂0-4份和抗氧剂0-1份；通过双螺杆挤出机将熔融的树脂熔体挤到熔融浸渍模具中；同时，有机纤维由纱架引出，经张力辊调节张力，进入含有熔融的聚烯烃树脂熔体的浸渍模头，在模头内实现纤维的分散和浸润，通过模头的纤维的出口控制纤维的含量，然后冷却固化，根据需求经切粒机切成相应长度的粒子。
所述的阻燃抗静电母料包括以下组分和重量份：聚烯烃30-60份，阻燃剂30-60份，抗静电剂1-5份，抗氧剂0-1份，其他助剂0-10份。
所述的聚烯烃选自共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯中的一种或几种。
所述的阻燃剂选自含卤阻燃剂、膨胀型阻燃剂或无机阻燃剂中的一种，进一步选自十溴二苯乙烷、聚磷酸铵、氢氧化镁或三氧化二锑等中的一种或几种。
所述的抗静电剂选自多元醇、多元醇脂肪酸酯或乙氧基化烷基胺类抗静电剂中的一种或几种，进一步选自抗静电剂129、抗静电剂163或抗静电剂93P等中的一种。
所述的抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯或硫醚类抗氧剂中的一种或几种，进一步选自抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂168或抗氧剂DSTDP等中的一种。
所述的其他助剂选自光稳剂、润滑剂、偶联剂或填料等。
所述的光稳剂选自2-(2′-羟苯基)苯并三唑、2-羟基-4-烷氧基二苯酮、3，5-双叔丁基-4-羟基苯甲酸、含镍光稳剂、受阻胺类光稳剂或二氧化钛等中的一种或几种。根据材料的要求优选其中的一种或几种，但不限于上述所列的光稳剂。
所述的润滑剂选自蜡或小分子化合物，其中蜡选自石蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或酰胺蜡等，小分子化合物为硬脂酸及其盐等。
所述的偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂等，进一步选自偶联剂KH550或KH590等中的一种。
所述的填料选自滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、粘土、高岭土、二氧化硅、硅灰石或蛭石等中的一种或几种。
本发明还提供了一种上述阻燃抗静电母粒的制备方法，该方法包括以下步骤：将聚烯烃30-60份、阻燃剂30-60份、抗静电剂1-5份、抗氧剂0-1份和其他助剂0-10份，加入到高速混合机中进行高速混合5～10分钟，转入双螺杆挤出机中，进行挤出并造粒，得到阻燃抗静电母粒。
本发明还提供了一种用于矿井安全帽的热塑性树脂复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：将有机纤维增强增韧聚烯烃复合材料10-90份与阻燃抗静电母料10-90份，加入到高速混合机中混合均匀即可。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明的材料用于矿井安全帽的韧性佳、强度高、刚性好的阻燃抗静电长纤维增强增韧热塑性树脂复合材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
66.7重量份共聚聚丙烯、3重量份马来酸酐接枝聚丙烯、0.1重量份抗氧剂1010、0.2重量份抗氧剂168在180～200℃温度条件下塑化熔融，得到聚丙烯树脂熔体；连续的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)纤维经过所述聚丙烯树脂的熔体浸渍，使得PET纤维完全浸润。其中，所述的连续PET纤维由纱架引出，经张力辊调节张力，进入熔体浸渍模头，在模头内实现纤维的分散和浸润，通过模头的纤维的出口控制纤维的含量为30％，冷却固化，经切粒机切成10mm长度，得到PET纤维增强增韧聚丙烯复合材料A。
将40.7重量份共聚聚丙烯树脂、54重量份聚磷酸铵阻燃剂、5重量份抗静电剂93P、0.1重量份抗氧剂1010、0.2重量份抗氧剂168加入到高速混合机中进行高速混合5～10分钟，然后转入双螺杆挤出机中，在180～200℃温度下挤出并造粒，得到阻燃抗静电母料B。
将60重量份PET纤维增强增韧聚丙烯复合材料A与40重量份阻燃抗静电母料B，加入到高速混合机中混合均匀即可。性能测试结果见表1。
实施例2
77.7重量份高密度聚乙烯、2重量份马来酸酐接枝聚乙烯、0.1重量份抗氧剂1098、0.2重量份抗氧剂168在170～190℃温度条件下塑化熔融，得到聚乙烯树脂熔体；连续的尼龙66纤维经过所述聚丙烯树脂的熔体浸渍，使得尼龙66纤维完全浸润。其中，所述的连续尼龙66纤维由纱架引出，经张力辊调节张力，进入熔体浸渍模头，在模头内实现纤维的分散和浸润，通过模头的纤维的出口控制纤维的含量为20％，冷却固化，经切粒机切成12mm长度，得到尼龙66纤维增强增韧聚乙烯复合材料C。
将55.7重量份高密度聚乙烯树脂、30重量份十溴二苯乙烷、10重量份三氧化二锑、4重量份抗静电剂129、0.1重量份抗氧剂1010、0.2重量份抗氧剂168加入到高速混合机中进行高速混合5～10分钟，然后转入双螺杆挤出机中，在180～210℃温度下挤出并造粒，得到阻燃抗静电母料D。
将50重量份尼龙66纤维增强增韧聚乙烯复合材料C与50重量份阻燃抗静电母料D，加入到高速混合机中混合均匀即可。性能测试结果见表1。
实施例3
55.7重量份均聚聚丙烯、4重量份马来酸酐接枝聚丙烯、0.1重量份抗氧剂1010、0.2重量份抗氧剂168在180～200℃温度条件下塑化熔融，得到聚丙烯树脂熔体；连续的聚苯硫醚纤维经过所述聚丙烯树脂的熔体浸渍，使得聚苯硫醚纤维完全浸润。其中，所述的连续聚苯硫醚纤维由纱架引出，经张力辊调节张力，进入熔体浸渍模头，在模头内实现纤维的分散和浸润，通过模头的纤维的出口控制纤维的含量为40％，冷却固化，经切粒机切成11mm长度，得到聚苯硫醚纤维增强增韧聚丙烯复合材料E。
将54.2重量份均聚聚丙烯树脂、24重量份十溴二苯乙烷、8重量份三氧化二锑、3.5重量份抗静电剂163、0.1重量份抗氧剂1010、0.2重量份抗氧剂168、10重量份滑石粉填料加入到高速混合机中进行高速混合5～10分钟，然后转入双螺杆挤出机中，在180～210℃温度下挤出并造粒，得到阻燃抗静电母料F。
将40重量份聚苯硫醚纤维增强增韧聚丙烯复合材料E与60重量份阻燃抗静电母料F，加入到高速混合机中混合均匀即可。性能测试结果见表1。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 拉伸强度(MPa) | 34 | 30 | 36 |
| 弯曲强度(MPa) | 48 | 44 | 49 |
| 弯曲模量(MPa) | 2599 | 2120 | 2913 |
| 悬臂梁缺口冲击强度(kJ/m2) | 72 | 63 | 67 |
| 阻燃性(级) | V-0 | V-0 | V-0 |
| 表面电阻率(Ω) | 109 | 109 | 109 |
从表1数据可以看出，该复合材料具有超高韧性，在保证阻燃性能和抗静电性能的同时，其悬臂梁缺口冲击强度可达70kJ/m2以上；而且，材料的强度和刚性并没有因其韧性的大幅度提高而降低，材料的综合性能非常优异，非常适用于制作矿井安全帽。制成的安全帽除具备良好的阻燃性能和抗静电性能外，还具备优秀的韧性、刚性和耐穿刺性能等。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种热塑性树脂复合材料在制作矿井安全帽中的应用，该复合材料包括以下组分和重量份：有机纤维增强增韧聚烯烃复合材料10-90份，阻燃抗静电母料10-90份；
所述的有机纤维增强增韧聚烯烃复合材料包括以下组分和重量份：聚烯烃55-80份，有机纤维20-40份，相容剂2-4份，抗氧剂0-1份；
所述的阻燃抗静电母料包括以下组分和重量份：聚烯烃30-60份，阻燃剂30-60份，抗静电剂1-5份，抗氧剂0-1份，其他助剂0-10份；
所述的聚烯烃选自共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯中的一种或几种；
所述的有机纤维为熔点高于210℃的纤维，选自尼龙6纤维、尼龙66纤维、尼龙46纤维、尼龙6T纤维、尼龙9T纤维、凯夫拉纤维、聚苯硫醚纤维、聚醚醚酮纤维中的一种或几种；
所述的抗静电剂选自抗静电剂129、抗静电剂163或抗静电剂93P中的一种；
所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚乙烯；
所述的阻燃剂选自十溴二苯乙烷、聚磷酸铵、氢氧化镁或三氧化二锑中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯或硫醚类抗氧剂中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂168或抗氧剂DSTDP。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的其他助剂选自光稳剂、润滑剂、偶联剂或填料；其中：光稳剂选自2-(2′-羟苯基)苯并三唑、2-羟基-4-烷氧基二苯酮、3，5-双叔丁基-4-羟基苯甲酸、含镍光稳剂、受阻胺类光稳剂或二氧化钛中的一种或几种；润滑剂选自蜡或小分子化合物，其中蜡选自石蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或酰胺蜡，小分子化合物为硬脂酸及其盐；偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；填料选自滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、粘土、二氧化硅、硅灰石或蛭石中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：偶联剂选自偶联剂KH550或KH590中的一种。
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