CN102964674A - 一种超高韧性阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种超高韧性阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料包括以下组分及其重量百分比：有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料50-60％，阻燃母粒40-50％。与现有技术相比，该材料在保证其阻燃性能的同时实现了超高的韧性，并且其拉伸、弯曲等性能优异。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种通用塑料，广泛应用于电工电子行业。但是，由于聚丙烯属于易燃材料，其氧指数(LOI)只有18左右，需要添加阻燃剂来提高其阻燃性能。然而，当聚丙烯中添加大量阻燃剂后，材料的机械性能往往会受到较大的影响，尤其是冲击性能迅速下降，冲击强度明显降低。
常用于增韧聚丙烯材料的方法是添加适量的热塑性弹性体，例如POE(聚烯烃弹性体)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、EPDM(三元乙丙橡胶)等，弹性体的添加可以大大提高热塑性树脂的韧性，但同时又会造成材料刚性的降低，难以实现在不损失材料其它性能的前提下使材料的韧性得以提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，而提供一种超高韧性阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。该材料在实现其阻燃性能及超高韧性的同时，保证其拉伸、弯曲等性能优异。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
有机纤维具有很好的刚性，同时具有优异的伸长率和韧性，作为骨架材料可以提高树脂材料的韧性和刚性。本发明提供的超高韧性阻燃聚丙烯复合材料，由于有机纤维在加工过程中没有剪切并控制熔体树脂的温度，使得有机纤维在制得的复合材料中没受到损害，保持了粒料中纤维的连续性，因此通过后续的注塑和热压得到的制品中很好的保持了纤维的完整性，因此，复合材料在加入了阻燃母粒之后仍然具有超高韧性，同时材料的强度和刚性并没有因其韧性的提高而降低，材料的综合性能非常优异。
一种聚丙烯复合材料，该材料包含以下组分及其重量百分比：
有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料 50-60％，
阻燃母粒 40-50％。
所述的有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料包括以下组分及其重量分数：
聚丙烯 55-67％，
有机纤维 30-40％，
第一相容剂 3-4％，
第一抗氧剂 0-1％，
第一助剂 0-1％。
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。
所述的第一相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯或甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚烯烃的共聚物。
所述的第一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，优选抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯)、抗氧剂1098(N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺)、抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)或抗氧剂DSTDP(双硬脂酰基硫代双丙酸脂)等。
所述的第一助剂选自第一光稳剂、第一偶联剂或第一润滑剂中的一种或几种。
所述的第一光稳剂选自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、癸二酸双-2，2，6，6-四甲基哌啶醇酯或二氧化钛等。
所述的第一偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂，优选偶联剂KH550(Y-氨丙基三乙氧基硅烷)或KH590(Y-巯丙基三甲氧基硅烷)等。
所述的第一润滑剂选自石蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、酰胺蜡或硬脂酸及硬脂酸盐等。
所述的硬脂酸盐为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
所述的阻燃母粒包括以下组分及其重量百分比：
聚丙烯 40-60％，
阻燃剂 40-60％，
第二抗氧剂 0-1％，
第二助剂 0-1％。
所述的阻燃剂选自含卤阻燃剂、膨胀型阻燃剂、无机阻燃剂。
所述的含卤阻燃剂选自十溴二苯乙烷。
所述的膨胀型阻燃剂选自聚磷酸铵。
所述的无机阻燃剂选自三氧化二锑或氢氧化镁等。
所述的第二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，优选抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯)、抗氧剂1098(N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺)、抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)或抗氧剂DSTDP(双硬脂酰基硫代双丙酸脂)等。
所述的第二助剂选自：第二偶联剂或第二润滑剂中的一种或几种。
所述的第二偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂，优选偶联剂KH550(Y-氨丙基三乙氧基硅烷)或KH590(Y-巯丙基三甲氧基硅烷)等。
所述的第二润滑剂选自石蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、酰胺蜡或硬脂酸及其盐。
所述的硬脂酸盐为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)制备有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料：
以重量分数计，将聚丙烯55-67％，有机纤维30-40％，第一相容剂3-4％，第一抗氧剂0-1％，第一助剂0-1％混合均匀，
将上述混合物加热，形成熔融树脂熔体，
通过挤出机将上述熔融树脂熔体挤到熔融浸渍模具中，将连续纤维浸渍到上述熔融树脂熔体中，冷却固化后切粒，得有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料；
(2)制备阻燃母粒：
以重量分数计，将聚丙烯40-60％，阻燃剂40-60％、第二抗氧剂0-1％、第二助剂0-1％，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，得到阻燃母粒；
(3)按上述比例称取步骤(1)制备的有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料和步骤(2)制备的阻燃母粒；将上述称取的有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料和和阻燃母粒加入到高速混合机中进行混合均匀。
所述的步骤(1)中的挤出机为双螺杆挤出机或单螺杆挤出机。
所述的步骤(3)中混合时间为5～10分钟。
有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料的制备方法，包含如下步骤：连续的有机纤维由纱架引出，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，冷却固化，经切粒机切成固定的长度，如8mm、12mm等。在粒料中纤维平行排列，长度与粒料的长度一致。
在连续纤维熔融浸渍的过程中，聚丙烯与各种添加剂通过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机将熔融的树脂熔体挤到熔融浸渍模具中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中的超高韧性阻燃聚丙烯复合材料在保证其阻燃性能的同时实现了超高的韧性，并且其拉伸、弯曲等性能优异。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，对本发明作进一步的说明(实施例中所有组分含量均为重量百分比)：
实施例1
(1)制备PET纤维增强增韧聚丙烯复合材料：
将聚丙烯66.1％、马来酸酐接枝聚丙烯3％、抗氧剂10100.2％、抗氧剂1680.4％、润滑剂酰胺蜡0.3％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。
(2)制备十溴二苯乙烷阻燃母粒：
将聚丙烯47.4％、十溴二苯乙烷39％、三氧化二锑13％、抗氧剂10100.1％、抗氧剂1680.2％、偶联剂KH5500.3％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，得到十溴二苯乙烷阻燃母粒。
(3)制备超高韧性阻燃聚丙烯复合材料：
将PET纤维增强增韧聚丙烯复合材料60％与十溴二苯乙烷阻燃母粒40％，加入到高速混合机中混合均匀即可。
实施例2
(1)制备PET纤维增强增韧聚丙烯复合材料：
将聚丙烯66.4％、甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚丙烯的共聚物3％、抗氧剂10100.2％、抗氧剂1680.4％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。
(2)制备聚磷酸铵阻燃母粒：
将聚丙烯45.4％、聚磷酸铵阻燃剂54％、抗氧剂10100.1％、抗氧剂1680.2％、润滑剂聚丙烯蜡0.3％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，得到聚磷酸铵阻燃母粒。
(3)制备超高韧性阻燃聚丙烯复合材料：
将PET纤维增强增韧聚丙烯复合材料60％与聚磷酸铵阻燃母粒40％，加入到高速混合机中混合均匀即可。
实施例3
(1)制备尼龙66纤维增强增韧聚丙烯复合材料：
将聚丙烯55.4％、马来酸酐接枝聚丙烯4％、抗氧剂10980.2％、抗氧剂1680.4％在180～200℃温度条件下塑化熔融，得到聚丙烯树脂熔体；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40％，冷却固化，经切粒机切成12mm长度，得到尼龙66纤维增强增韧聚丙烯复合材料。
(2)制备十溴二苯乙烷阻燃母粒：
将聚丙烯59.7％、十溴二苯乙烷30％、三氧化二锑10％、抗氧剂10100.1％、抗氧剂1680.2％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，得到十溴二苯乙烷阻燃母粒。
(3)制备超高韧性阻燃聚丙烯复合材料：
将尼龙66纤维增强增韧聚丙烯复合材料50％与十溴二苯乙烷阻燃母粒50％，加入到高速混合机中混合均匀即可。
表1
从表1可以看出，本发明中的超高韧性阻燃聚丙烯复合材料在保证其阻燃性能的同时实现了超高的韧性，并且其拉伸、弯曲等性能优异。
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 (10)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于：该材料包含以下组分及其重量百分比：
有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料 50-60％，
阻燃母粒 40-50％。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料包括以下组分及其重量分数：
聚丙烯 55-67％，
有机纤维 30-40％，
第一相容剂 3-4％，
第一抗氧剂 0-1％，
第一助剂 0-1％。
3.根据权利要求2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的有机纤维为熔点高于210℃的纤维，优选尼龙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；
或所述的第一相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯或甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚烯烃的共聚物；
或所述的第一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，优选四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或双硬脂酰基硫代双丙酸脂；
或所述的第一助剂选自第一光稳剂、第一偶联剂或第一润滑剂中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的第一光稳剂选自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、癸二酸双-2，2，6，6-四甲基哌啶醇酯或二氧化钛；
或所述的第一偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂，优选Y-氨丙基三乙氧基硅烷或Y-巯丙基三甲氧基硅烷；
或所述的第一润滑剂选自石蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、酰胺蜡、硬脂酸或硬脂酸盐，所述的硬脂酸盐优选硬脂酸锌或硬脂酸钙。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的阻燃母粒包括以下组分及其重量百分比：
聚丙烯 40-60％，
阻燃剂 40-60％，
第二抗氧剂 0-1％，
第二助剂 0-1％。
6.根据权利要求5所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂选自含卤阻燃剂、膨胀型阻燃剂、无机阻燃剂，所述的含卤阻燃剂优选十溴二苯乙烷，所述的膨胀型阻燃剂优选聚磷酸铵，所述的无机阻燃剂优选三氧化二锑或氢氧化镁；
或所述的第二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，优选四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或双硬脂酰基硫代双丙酸脂；
或所述的第二助剂选自第二偶联剂或第二润滑剂中的一种或几种。
7.根据权利要求5所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的第二偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂，优选Y-氨丙基三乙氧基硅烷或Y-巯丙基三甲氧基硅烷；或所述的第二润滑剂选自石蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、酰胺蜡或硬脂酸及其盐，所述的硬脂酸盐优选硬脂酸锌或硬脂酸钙。
8.一种权利要求1-7中任一所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)制备有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料：
以重量分数计，将聚丙烯55-67％，有机纤维30-40％，第一相容剂3-4％，第一抗氧剂0-1％，第一助剂0-1％混合均匀，
将上述混合物加热，形成熔融树脂熔体，
通过挤出机将上述熔融树脂熔体挤到熔融浸渍模具中，将连续纤维浸渍到上述熔融树脂熔体中，冷却固化后切粒，得有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料；
(2)制备阻燃母粒：
以重量分数计，将聚丙烯40-60％，阻燃剂40-60％、第二抗氧剂0-1％、第二助剂0-1％，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，得到阻燃母粒；
(3)按上述比例称取步骤(1)制备的有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料和步骤(2)制备的阻燃母粒；将上述称取的有机纤维增强增韧聚丙烯复合材料和和阻燃母粒加入到高速混合机中进行混合均匀。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的挤出机为双螺杆挤出机或单螺杆挤出机。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中混合时间为5～10分钟。
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