CN103275392A - 连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法，该材料主要由连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和无卤阻燃母粒掺混而成，其中所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒主要由连续玄武岩纤维、聚丙烯树脂和极性单体接枝聚合物型相容剂组成，所述无卤阻燃母粒主要由聚烯烃树脂和膨胀型无卤阻燃剂组成，本发明将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和无卤阻燃母粒按比例掺混后得到的产品，不仅具有良好的阻燃性能，力学性能优良，且制备工艺简单、成本低廉、环境友好，符合工业化生产及对绿色环保的要求，有广阔的市场应用前景。

Description

连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维增强聚合物材料及其制备方法，尤其涉及一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法，属于改性聚丙烯复合材料技术领域。

背景技术

玄武岩作为一种火山岩，它是在地球深处经过高温高压和漫长的历史演变而成的。玄武岩通过浇铸工艺制成瓦及板用于建筑市场已有多年历史，浇铸的玄武岩钢管内衬有很高的耐磨性，广泛应用于工业生产中，此外玄武岩在粉碎状态下还可以用作混凝土的集料。

采用天然耐火玄武岩挤出的连续纤维，在几乎所有的用途方面都可以用来替代石棉纤维。近十年来，玄武岩纤维已成为增强复合材料的竞争性材料，其与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维的高强度和高模量的特点外，还具有耐高温性佳、抗氧化好、抗辐射好、绝热隔音效果佳、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，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新型基础材料和高技术纤维。

聚丙烯（PP）作为一种通用塑料，进入了日常生活的各个角落，其中经过E玻璃纤维改性的PP材料凭借其良好的刚性，在部分应用上取代了工程塑料。而玄武岩纤维的出现，进一步提升了聚丙烯材料性能的提升空间，同时玄武岩纤维具有更多的表面活性位点，可以在更大程度上提高材料的综合性能。随着连续玄武岩纤维的研究日益深化，应用也向工程塑料靠近，其阻燃性能将成为一个重要的指标要求。因此，研究阻燃的连续玄武岩纤维增强的聚合物材料具有重大的现实意义及必要性。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法，该方法采用混合法生产出的材料综合力学性能有优异、环保可靠，且方法高效简便、成本低廉、易于控制。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其主要由连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和无卤阻燃母粒掺混而成，其中所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒主要由连续玄武岩纤维、聚丙烯树脂和极性单体接枝聚合物型相容剂组成，所述无卤阻燃母粒主要由聚烯烃树脂和膨胀型无卤阻燃剂组成。

其进一步的技术方案为：

所述连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料还包括调节量的聚丙烯。

其进一步的技术方案为：

所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒还包括适用量的热稳定剂和润滑剂，所述无卤阻燃母粒还包括适用量的抗滴落剂（如聚四氟乙烯粉）、热稳定剂和润滑剂，其中热稳定剂和润滑剂均为本领域常见热稳定剂和润滑剂。

其进一步的技术方案为：

所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒中连续玄武岩纤维的含量为40~60%，聚丙烯树脂的含量为37~54%，极性单体接枝聚合物型相容剂的含量为2~5%，上述百分比均为各组分占连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒总重量的百分比。

其进一步的技术方案为：

相容剂在本发明中的作用一是增加聚丙烯树脂与连续玄武岩纤维之间的结合性，提高材料的力学性能，二是增加各种树脂间的界面接合，避免出现相分离出影响性能。所述极性单体接枝聚合物型相容剂中的极性单体为马来酸酐、丙烯酸和丙烯酸酯中的至少一种，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物中的至少一种，所述极性单体接枝聚合物型相容剂中的极性单体优选为马来酸酐，所述聚合物优选为聚丙烯，综上所述极性单体接枝聚合物型相容剂优选为马来酸酐接枝聚丙烯。

其进一步的技术方案为：

所述无卤阻燃母粒中聚烯烃树脂的含量为10~40%，膨胀型无卤阻燃剂的含量为60~90%，上述百分比均为各组分占无卤阻燃母粒总重量的百分比。

其进一步的技术方案为：

所述无卤阻燃母粒中的聚烯烃树脂为在2.16kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚丙烯、在1.90 kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚乙烯和分子量分布曲线呈现不少于两峰的聚乙烯中的至少一种。

其进一步的技术方案为：

所述膨胀型无卤阻燃剂为聚磷酸铵、聚己内酰胺、硼酸锌、淀粉、季戊四醇、三聚氰胺磷酸盐中的至少一种，其中聚己内酰胺、硼酸锌、淀粉和季戊四醇作为阻燃协效剂使用。

本发明还提供了一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法，该方法主要包括以下步骤：

（1）制备连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒：将使用量的聚丙烯树脂、使用量的极性单体接枝聚合物型相容剂、调节量的聚丙烯、适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂从双螺杆挤出机模头中加入，进行充分熔融并混合均匀，然后将使用量的连续玄武岩纤维从专用模头中拉出，将该拉出的连续玄武岩纤维依次经过水冷、切粒，得到长度为5~12mm的连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒；

（2）制备无卤阻燃母粒：将使用量的聚烯烃、使用量的膨胀型无卤阻燃剂、适用量的抗滴落剂、适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂加入密炼机的密炼室中混合均匀并熔融造粒，得无卤阻燃母粒；

（3）将（1）中所得连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和（2）中所得无卤阻燃母粒按比例混合均匀后得到连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，所述混合比例按照使用需求以连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒中的树脂含量和连续玄武岩纤维含量定。

本发明的有益技术效果是：本发明将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和无卤阻燃母粒按比例掺混后得到的产品，不仅具有良好的阻燃性能，力学性能优良，且制备工艺简单、成本低廉、环境友好，符合工业化生产及对绿色环保的要求，有广阔的市场应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，下述实施例仅用于说明本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

将45%的聚丙烯树脂HJ4045(熔指45g/10min)、4%的极性单体接枝聚合物型相容剂CA100（马来酸酐接枝聚丙烯）、1%热稳定剂（硫代二丙酸二月桂酯与4-羟基十八烷酰替苯胺按1:1混合）混合均匀后，采用浸渍模头，将连续玄武岩纤维拉过浸渍模头，制备成连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒，连续玄武岩纤维的含量为50%；

无卤阻燃母粒的制备：

将15% 聚丙烯PP 320粉(熔指37g/10min)与84%无卤阻燃剂（聚磷酸铵与硼酸锌按3:1混合）、1%热稳定剂（4-羟基十八烷酰替苯胺与亚磷酸三苯酯按1:1混合）混合均匀，在密炼机中熔融造粒，得到所需的无卤阻燃母粒。

连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒与无卤阻燃母粒、调节量的聚丙烯K1011按2:2:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为44%，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为1.6%，连续玄武岩纤维含量为20%，热稳定剂含量为0.8%，无卤阻燃剂含量为33.6%，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例2

连续玄武岩纤维增强聚丙母粒的制备：

同实施例1；

无卤阻燃母粒的制备：

将39%双峰聚乙烯FB2230与60%无卤阻燃剂（聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐和季戊四醇按1:1:1混合）、1%热稳定剂（4-羟基十八烷酰替苯胺与亚磷酸三苯酯按1:1混合）混合均匀，在密炼机中熔融造粒，得到所需的无卤阻燃母粒。

连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒与无卤阻燃母粒按1:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为22.5%，双峰聚乙烯含量19.5%，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为2%，连续玄武岩纤维含量为25%，热稳定剂含量为1%，无卤阻燃剂含量为30%。，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例3

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

同实施例1；

无卤阻燃母粒的制备：

同实施例1；

连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒与无卤阻燃母粒按2:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为35%，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为2.7%，连续玄武岩纤维含量为33.3%，热稳定剂含量为1%，无卤阻燃剂含量为28%，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例4

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

将54%的聚丙烯树脂K7760(熔指60g/10min)、5%的极性单体接枝聚合物型相容剂CA100（马来酸酐接枝聚丙烯）、1%热稳定剂（亚磷酸三苯酯与4-羟基十八烷酰替苯胺按3:1混合）混合，采用浸渍模头，将连续玄武岩纤维拉过浸渍模头，制备成连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒，连续玄武岩纤维含量为40%；

无卤阻燃母粒的制备：

同实施例2；

连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒与无卤阻燃母粒按1:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为27%，双峰聚乙烯含量19.5%，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为2.5%，连续玄武岩纤维含量为20%，热稳定剂含量为1%，无卤阻燃剂含量为30%，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例5

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

同实施例4；

无卤阻燃母粒的制备：

将27%线性低密度聚乙烯M500026(熔指40g/10min)与72% 无卤阻燃剂（聚己内酰胺与淀粉、季戊四醇按2:1:2混合）、1%热稳定剂（4-羟基十八烷酰替苯胺与亚磷酸三苯酯按1:1混合）混合均匀，在密炼机中熔融造粒，得到所需的无卤阻燃母粒。

连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒与无卤阻燃母粒按2:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为36.0%，聚乙烯含量9.0%，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为3.3%，连续玄武岩纤维含量为26.7%，热稳定剂含量为1.0%，无卤阻燃剂含量为24.0%，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例6

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

将37%的聚丙烯树脂K7760(熔指60g/10min)、2%的极性单体接枝聚合物型相容剂CA100（马来酸酐接枝聚丙烯）、0.5%热稳定剂（硫代二丙酸二月桂酯与4-羟基十八烷酰替苯胺按1:1混合）、0.5%的润滑剂混合均匀，采用浸渍模头，将连续玄武岩纤维拉过浸渍模头，制备成连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒，其中连续玄武岩纤维含量为60%；

无卤阻燃母粒的制备：

将10.5%线性低密度聚乙烯M500026(熔指40g/10min)、88%无卤阻燃剂（聚磷酸铵与硼酸锌按3:1混合）、0.5%热稳定剂（4-羟基十八烷酰替苯胺与亚磷酸三苯酯按1:1混合）、0.5%润滑剂、0.5%抗滴落剂（聚四氟乙烯粉）混合均匀，在密炼机中熔融造粒，得到所需的无卤阻燃母粒。

连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒、无卤阻燃母粒和聚丙烯K1011按2:2:1混合均匀，制得所需要的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为34.8%，聚乙烯含量为4.2%，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为0.8%，连续玄武岩纤维含量为24%，热稳定剂含量为0.4%，润滑剂含量为0.4%，无卤阻燃剂含量为35.2%，抗滴落剂含量为0.2%，以上所述百分含量均为重量百分比。

上述各实施例所得的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料的性能检测数据如表1所示，其中力学测试项目按照ISO标准进行，分别为，拉伸强度ISO 527-2，弯曲强度和弯曲模量ISO 178，缺口冲击强度ISO 180/1A，阻燃性能UL94标准。

表1

上述各实施例中未提及的操作方法及工艺条件等均为本领域技术人员所熟知的技术内容，本发明中不再赘述。

Claims (10)

1.一种连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：其主要由连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和无卤阻燃母粒掺混而成，其中所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒主要由连续玄武岩纤维、聚丙烯树脂和极性单体接枝聚合物型相容剂组成，所述无卤阻燃母粒主要由聚烯烃树脂和膨胀型无卤阻燃剂组成。

2.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料还包括调节量的聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒还包括适用量的热稳定剂和润滑剂，所述无卤阻燃母粒还包括适用量的抗滴落剂、热稳定剂和润滑剂。

4.根据权利要求1或3所述的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒中连续玄武岩纤维的含量为40~60%，聚丙烯树脂的含量为37~54%，极性单体接枝聚合物型相容剂的含量为2~5%，上述百分比均为各组分占连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒总重量的百分比。

5.根据权利要求4所述的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述极性单体接枝聚合物型相容剂中的极性单体为马来酸酐、丙烯酸和丙烯酸酯中的至少一种，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯 共聚物中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述极性单体接枝聚合物型相容剂中的极性单体为马来酸酐，所述聚合物为聚丙烯。

7.根据权利要求1或3所述的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述无卤阻燃母粒中聚烯烃树脂的含量为10~40%，膨胀型无卤阻燃剂的含量为60~90%，上述百分比均为各组分占无卤阻燃母粒总重量的百分比。

8.根据权利要求7所述的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述无卤阻燃母粒中的聚烯烃树脂为在2.16kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚丙烯、在1.90 kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚乙烯和分子量分布曲线呈现不少于两峰的聚乙烯中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述膨胀型无卤阻燃剂为聚磷酸铵、聚己内酰胺、硼酸锌、淀粉、季戊四醇、三聚氰胺磷酸盐中的至少一种。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

（1）制备连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒：将使用量的聚丙烯树脂、使用量的极性单体接枝聚合物型相容剂、调节量的聚丙烯、适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂从双螺杆挤出机模头中加入，进行充分熔融并混合均匀，然后将使用量的连 续玄武岩纤维从专用模头中拉出，将该拉出的连续玄武岩纤维依次经过水冷、切粒，得到长度为5~12mm的连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒；

（2）制备无卤阻燃母粒：将使用量的聚烯烃、使用量的膨胀型无卤阻燃剂、适用量的抗滴落剂、适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂加入密炼机的密炼室中混合均匀并熔融造粒，得无卤阻燃母粒；

（3）将（1）中所得连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和（2）中所得无卤阻燃母粒按比例混合均匀后得到连续玄武岩纤维增强无卤阻燃聚丙烯材料，所述混合比例按照使用需求以连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒中的树脂含量和连续玄武岩纤维含量定。