CN102936373A

CN102936373A - 一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102936373A
Application number: CN2012104254987A
Authority: CN
Inventors: 杨泽; 夏建盟; 何威; 邵华; 肖鹏
Original assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd; Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd; Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-02-20

Abstract

本发明属于新型复合材料领域，具体涉及一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，它包含以下按重量百分数计的原料：聚丙烯48.5％-78.5％，热稳定剂0.3％-2％，加工助剂0.2％-1％，阻燃剂母粒10％-40％，相容剂1％-5％，玄武岩纤维10％-35％。所述聚丙烯复合材料的力学性能得到了提高，如弯曲强度、拉伸强度及拉伸模量都大幅度增强，尤其是弯曲强度提高了39％，优异的力学性能使得聚丙烯材料可以在一些特殊的场合使用，如航空航天、冶金化工、汽车零部件等领域。由于添加了膨胀型阻燃剂，所以聚丙烯材料的阻燃效果好，而且在燃烧时不会发出有毒气体和烟雾污染环境。

Description

一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于新型复合材料领域，具体涉及一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

玄武岩纤维所用的原料是自然界中分布最广的玄武岩，玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外，玄武岩纤维还具有耐高温性佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料。故以玄武岩纤维作为增强介质可制成各种性能优异的复合材料，可广泛应用于消防、环保、航空航天、军工、车船制造、工程塑料、建筑等军工和民用领域，故玄武岩纤维被誉为21世纪的新材料。

聚丙烯树脂具有原料来源丰富、质量轻、性价比优越、较好的耐热性和耐腐蚀性及易于回收等特点，是世界上应用最广、产量增长最快的树脂之一。传统的阻燃剂改性聚丙烯的方法是在聚丙烯树脂中添加溴系阻燃剂，但是添加这类阻燃剂的聚丙烯不仅在加工时会造成金属模具的腐蚀，而且在燃烧时会发出有毒气体和烟雾污染环境。随着人们环保意识的加强，无卤阻燃高分子材料的呼声也越来越高。在无卤阻燃剂中，有机磷氮体系无卤膨胀型阻燃剂具有添加量少，对聚丙烯的力学性能和电性能影响较小和综合性能较好等优点，近年来越来越受到重视。

所以，以玄武岩纤维作为聚丙烯材料的增强介质，以磷氮类化合物作为其阻燃剂，可以提高聚丙烯材料的力学性能和阻燃性能，拓宽聚丙烯材料的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料，在聚丙烯复合材料制备过程中加入了玄武岩纤维，提高了复合材料的刚性和韧性，特别是大幅度增强了复合材料的弯曲模量及弯曲强度，同时，也使得复合材料具有优异的耐酸、耐碱效果和阻燃效果，拓宽了聚丙烯材料的应用领域。

本发明的另一个目的是为了提供这种聚丙烯复合材料的制备方法

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，包含以下按重量百分数计的原料：

所述聚丙烯选用平均分子量为10－20万的聚丙烯。

所述阻燃剂母粒包含以下按重量百分数计的原料：

所述聚乙烯为在分子量分布上具有双峰或三峰及三峰以上的聚乙烯。优选的，聚乙烯为双峰聚乙烯。

所述热稳定剂选自硫代二丙酸二月桂酯、二苯胺、对苯二胺和二氢喹啉中的一种或几种混合物。

所述加工助剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、芥酸酰胺中一种或几种混合物。

为了增强聚丙烯树脂与阻燃剂的结合性，本发明中加入极性单体接枝物做为相容剂，降低材料组分相分离对材料性能的影响。所述相容剂为极性单体接枝聚合物，选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物中的一种几种混合物；所述的极性单体为马来酸酐及其类似物，丙烯酸及其酯类衍生物(例如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸环氧丙酯等)中一种或几种混合物。优选的，极性单体为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚乙烯。

所述玄武岩纤维为短切纤维或连续纤维。优选的，玄武岩纤维为短切纤维。

所述阻燃剂选自三聚氰胺多聚磷酸盐与季戊四醇复配阻燃剂、三聚氰胺尿酸盐与季戊四醇复配阻燃剂和聚磷酸胺与季戊四醇复配阻燃剂中的一种或几种。

一种制备玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料的方法,包括如下步骤：

（1）按配比称量各种原料；

（2）将聚丙烯、玄武岩纤维、热稳定剂、加工助剂、相容剂、阻燃剂母粒加入长径比为38～40:1的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为180℃-250℃，玄武岩纤维从侧喂料口处加入。优选的，挤出温度为180℃～230℃，可以避免阻燃剂分解。

所述阻燃母粒制备方法如下：

将聚乙烯、热稳定剂、加工助剂、阻燃剂按配比称重后加入长径比为36～40:1的双螺杆挤出机，也可以是长径比为15～30:1的单螺杆挤出机中,挤出加工温度为180℃～230℃，最终得到阻燃母粒。优选的，挤出机为长径比为15～30:1的单螺杆挤出机。

本发明的有益效果是：在聚丙烯复合材料的加工配方中加入了一定比例的玄武岩纤维，使得聚丙烯材料的力学性能得到了提高，如弯曲强度、拉伸强度及拉伸模量都大幅度增强，尤其是弯曲强度提高了39％，优异的力学性能使得聚丙烯材料可以在一些特殊的场合使用，如航空航天、冶金化工、汽车零部件等领域。由于添加了膨胀型阻燃剂，所以聚丙烯材料的阻燃效果好，而且在燃烧时不会发出有毒气体和烟雾污染环境。

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

阻燃母粒制备：将双峰聚乙烯PE FB2230(北欧化工)12公斤、0.5公斤硫代二丙酸二月桂酯、0.5公斤芥酸酰胺、1公斤硬脂酸钙、85.5公斤三聚氰胺多聚磷酸盐与季戊四醇复配阻燃剂ANTI-610（上海石化研究院）在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，挤出温度为180℃～230℃，最终制得阻燃母粒。

将58公斤聚丙烯PP M2600R(上海石化)、0.8公斤热稳定剂对苯二胺、0.5公斤热稳定剂硫代二丙酸二月桂酯、0.3公斤加工助剂芥酸酰胺、5公斤马来酸酐接枝聚乙烯在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，12公斤玄武岩短切纤维CBF15-12（山西巴塞奥特科技）、23.4公斤阻燃剂母粒则从侧喂口处加入，挤出温度为180℃～230℃，挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，阻燃性能可达到1.6mm V0，其他具体性能如表一。实施例2

阻燃剂母粒制备：将双峰聚乙烯PE FB2230(北欧化工)36公斤、0.5公斤稳定剂二苯胺、0.5公斤稳定剂二氢喹啉、0.5公斤芥酸酰胺、1公斤硬脂酸钙、60公斤三聚氰胺多聚磷酸盐与季戊四醇复配阻燃剂50A-2（山东默锐）在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，挤出温度为180℃～230℃，最终制得阻燃母粒。

将32公斤聚丙烯PP M2600R(上海石化)、1.5公斤热稳定剂二苯胺、1公斤加工助剂硬脂酸钙、2.5公斤马来酸酐接枝聚丙烯与乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物PC-8C（广东柏晨）在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，25公斤玄武岩短切纤维CBF15-12（山西巴塞奥特科技）、38公斤阻燃剂母粒则从侧喂口处加入，挤出温度为180℃～230℃，挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，阻燃性能可达到1.6mm V0，其他具体性能如表一。

实施例3

阻燃剂母粒制备：将双峰聚乙烯PE FB2310(北欧化工)22公斤、0.5公斤稳定剂硫代二丙酸二月桂酯、0.5公斤稳定剂二氢喹啉、1公斤加工助剂硬脂酸锌、1公斤加工助剂芥酸酰胺、75公斤聚磷酸胺与季戊四醇复配阻燃剂FP-2200（ADK）在长径比为35:1的单螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，挤出温度为180℃～230℃，最终制得阻燃母粒。

将30公斤聚丙烯PP S900(兰州石化)、0.2公斤热稳定剂硫代二丙酸二月桂酯、0.3热稳定剂二氢喹啉、0.5公斤加工助剂芥酸酰胺、2公斤马来酸酐接枝聚丙烯在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，35公斤玄武岩短切纤维CBF15-12（山西巴塞奥特科技）、32公斤阻燃剂母粒则从侧喂口处加入，挤出温度为180℃～230℃，挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，阻燃性能可达到1.6mm V0，其他具体性能如表一。

实施例4

阻燃剂母粒制备过程同实施例3

将38公斤聚丙烯PP SP179(兰州石化)、0.5公斤热稳定剂硫代二丙酸二月桂酯、0.5公斤加工助剂芥酸酰胺、3公斤马来酸酐接枝聚丙烯在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，30公斤玄武岩短切纤维、28公斤阻燃剂母粒则从侧喂口处加入，挤出温度为180℃～230℃，挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，阻燃性能可达到1.6mm V-1，其他具体性能如表一。

对比例

阻燃剂母粒制备过程如实施例3

将30公斤聚丙烯PP S900(兰州石化)、0.2公斤热稳定剂硫代二丙酸二月桂酯、0.3热稳定剂二氢喹啉、0.5公斤加工助剂、2公斤马来酸酐接枝聚丙烯在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，35公斤玻璃纤维508A（巨石集团）、32公斤阻燃剂母粒则从侧喂口处加入，挤出温度为180℃～230℃，挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，阻燃性能可达到1.6mmV0，其他具体性能如表一。

表一：性能检测数据

从表格中可知：玄武岩纤维的加入，增强了聚丙烯复合材料的力学性能，特别是拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量显著增强。在其他配方相同，仅将等同量的玄武岩纤维替代玻璃纤维后，弯曲强度提高了39％。

Claims

1.一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：包含以下按重量百分数计的原料：

。

2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述阻燃剂母粒包含以下按重量百分数计的原料:

。

3.根据权利要求1或2所述的一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述热稳定剂选自硫代二丙酸二月桂酯、二苯胺、对苯二胺和二氢喹啉中的一种或几种混合物。

4.根据权利要求1或2所述的一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述加工助剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、芥酸酰胺中一种或几种混合物。

5.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂为极性单体接枝聚合物，选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物中的一种几种混合物；

所述的极性单体为马来酸酐及其衍生物丙烯酸及其酯类衍生物中一种或几种混合物。

6.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述玄武岩纤维为短切纤维或连续纤维。

7.根据权利要求2所述的一种玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述阻燃剂选自三聚氰胺多聚磷酸盐与季戊四醇复配阻燃剂、三聚氰胺尿酸盐与季戊四醇复配阻燃剂和聚磷酸胺与季戊四醇复配阻燃剂中的一种或几种。

8.一种制备权利要求1所述的玄武岩纤维增强膨胀阻燃聚丙烯复合材料的方法,包括如下步骤：

（1）按配比称量各种原料；

（2）将聚丙烯、玄武岩纤维、热稳定剂、加工助剂、相容剂、阻燃剂母粒加入长径比为38～40:1的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为180℃-250℃，玄武岩纤维从侧喂料口处加入。