CN105199217A - 一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料及其制备方法与应用，其制备原料包括：聚丙烯35-60.9％，矿物填充物3-7.5％，玻璃纤维15-20％，接枝聚丙烯5％，溴系阻燃剂15-35％，阻燃协效剂1-10％，加工助剂0.1-2.5％,所述百分比为质量百分比。本发明的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料利用玻璃纤维和矿物填充物的增强作用，并通过提高聚丙烯和填充物之间的界面结合强度，有效提高材料耐压性能；通过加入适当含量加工助剂及筛选合适聚丙烯材料，改善其材料的流变特性，从而优化材料的焊接性能，使其实现易焊接、焊接强度高，不渗液等特性；通过选用合适的阻燃体系，赋予材料阻燃性能，其阻燃等级可以达到UL94？V-0级。

Description

一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于改性塑料技术领域，尤其是涉及一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料及其制备方法与应用。
背景技术
玻璃纤维增强聚丙烯具有机械强度高、耐热性好、耐化学腐蚀、尺寸稳定等优点，广泛应用于家用电器、汽车、机械等领域。玻璃纤维增强聚丙烯的强度和模量能够媲美工程塑料，这进一步扩展了增强聚丙烯的应用前景。玻纤增强PP与其他高分子锂离子电池外壳材料相比，具有明显的成本优势，并且综合性能好、耐溶剂性能佳、韧性较强、性质稳定，在防冲击和耐压上有一定的优势。并且综合性能好、耐溶剂性能佳、韧性较强、性质稳定，在防冲击和耐压上有一定的优势。但目前市面上的普通玻纤增强聚丙烯材料存在外观浮纤，耐压性能不好，不易焊接，焊接口易发生渗液现象、焊接粘料等问题。锂离子电池在使用过程中可能存在环境温度较高和自身发热的情况，存在起燃的风险，因此对外壳材料的阻燃性提出要求，然而一般增强聚丙烯材料不具备阻燃性能，其使用范围也受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料及其制备方法与应用，改善现有聚丙烯产品在焊接、耐压、防渗漏、阻燃等方面的不足。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其制备原料包括：聚丙烯35-60.9％，矿物填充物3-7.5％，玻璃纤维15-20％，接枝聚丙烯5％，溴系阻燃剂15-35％，阻燃协效剂1-10％，加工助剂0.1-2.5％；所述百分比为质量百分比。
进一步，所述聚丙烯为高结晶聚丙烯、均聚聚丙烯和共聚聚丙烯，熔体流动速率为0.5-5g/10min(230℃，2.16kg)。
进一步，所述玻璃纤维为长度0.2-10mm，直径8-20μm的短切玻璃纤维。
进一步，所述接枝聚丙烯为聚丙烯与不饱和酸或不饱和酸酐的接枝低聚物，接枝率为0.3-1.2％，其融指为50-120g/10min(230℃，2.16kg)。
进一步，所述接枝聚丙烯为聚丙烯接枝马来酸、聚丙烯接枝衣康酸、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝马来酸酐或聚丙烯接枝丙烯酸缩水甘油酯。
进一步，所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴联苯醚、溴化苯乙烯中的至少一种。
进一步，所述阻燃协效剂为三氧化二锑、五氧化二锑、硼酸锌中的至少一种。
进一步，所述加工助剂为抗氧剂、偶联剂、成核剂、防粘剂、润滑剂中的至少一种。
本发明还提供了上述阻燃易焊耐压的聚丙烯材料的制备方法，将质量百分比分别为35-60.9％聚丙烯，3-7.5％矿物填充物，15-20％玻璃纤维，5％接枝聚丙烯，15-35％溴系阻燃剂，1-10％阻燃协效剂，0.1-2.5％加工助剂均匀混合，然后在挤出机中以180℃-250℃熔融，挤出，造粒。
上述的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料可应用在锂离子电池外壳工业中。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
1)本发明的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料利用玻璃纤维和矿物填充物的增强作用，并通过提高聚丙烯和填充物之间的界面结合强度，有效提高材料耐压性能。
2)本发明的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料通过加入适当含量加工助剂及筛选合适聚丙烯材料，改善其材料的流变特性，从而优化材料的焊接性能，使其实现易焊接、焊接强度高，不渗液等特性。
3)本发明的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料通过选用合适的阻燃体系，赋予材料阻燃性能，其阻燃等级可以达到UL94V-0级。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例和对比例来详细说明本发明。
以下实施例中，挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度180-230℃，二区温度220-240℃，三区温度220-240℃，四区温度220-240℃，五区温度230-250℃，六区温度240-250℃，七区温度230-250℃，八区温度220-240℃，九区温度200-220℃，主机转速250-360转/分钟。
实施例1
一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其优选的组分原料配方如表1所示，其制备方法包括以下步骤：将上述原料均匀混合，然后从挤出机的主喂料口喂入；原料在挤出机中熔融、挤出、造粒后得到本发明的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料。将粒料注塑成相应试样进行测试，测试结果见表2。
其中，聚丙烯为高结晶聚丙烯、均聚聚丙烯和共聚聚丙烯三者按质量比1:1:1的混合物，熔体流动速率为0.5-5g/10min(230℃，2.16kg)。玻璃纤维为长度0.2-10mm，直径8-20μm的短切玻璃纤维。相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。溴系阻燃剂为十溴联苯醚。阻燃协效剂为三氧化二锑。防粘剂采用K-720防粘剂。
实施例2
一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其优选的组分原料配方如表1所示，其制备方法包括以下步骤：将上述原料均匀混合，然后从挤出机的主喂料口喂入；原料在挤出机中熔融、挤出、造粒后得到本发明的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料。将粒料注塑成相应试样进行测试，测试结果见表2。
其中，聚丙烯为高结晶聚丙烯、均聚聚丙烯和共聚聚丙烯三者按质量比1:1:1的混合物，熔体流动速率为0.5-5g/10min(230℃，2.16kg)。玻璃纤维为长度0.2-10mm，直径8-20μm的短切玻璃纤维。相容剂为聚丙烯接枝马来酸。溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷。阻燃协效剂为三氧化二硼酸锌。抗氧剂为汽巴IRGAFOS38。润滑剂选用酰胺润滑脂。防粘剂采用K-720防粘剂。
实施例3
一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其优选的组分原料配方如表1所示，其制备方法包括以下步骤：将上述原料均匀混合，然后从挤出机的主喂料口喂入；原料在挤出机中熔融、挤出、造粒后得到本发明的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料。将粒料注塑成相应试样进行测试，测试结果见表2。
其中，聚丙烯为高结晶聚丙烯、均聚聚丙烯和共聚聚丙烯三者按质量比1:1:1的混合物，熔体流动速率为0.5-5g/10min(230℃，2.16kg)。玻璃纤维为长度0.2-10mm，直径8-20μm的短切玻璃纤维。相容剂为聚丙烯接枝马来酸。溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷。阻燃协效剂为三氧化二锑。抗氧剂为抗氧剂1010。润滑剂选用酰胺润滑脂。防粘剂采用K-710高分子防粘剂。
实施例4
一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其优选的组分原料配方如表1所示，其制备方法包括以下步骤：将上述原料均匀混合，然后从挤出机的主喂料口喂入；原料在挤出机中熔融、挤出、造粒后得到本发明的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料。将粒料注塑成相应试样进行测试，测试结果见表2。
其中，聚丙烯为高结晶聚丙烯、均聚聚丙烯和共聚聚丙烯三者按质量比1:1:1的混合物，熔体流动速率为0.5-5g/10min(230℃，2.16kg)。玻璃纤维为长度0.2-10mm，直径8-20μm的短切玻璃纤维。相容剂为聚丙烯接枝马来酸。溴系阻燃剂为溴化苯乙烯。阻燃协效剂为五氧化二锑。抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂汽巴IRGAFOS168。润滑剂选用酰胺润滑脂。防粘剂采用K-710高分子防粘剂。需要指出的是，溴系阻燃剂和阻燃协效剂的质量比一般选取3：1，以达到较佳的阻燃效果。
对比例1
一种玻纤聚丙烯材料，其原料配方如表1所示，其制备方法包括以下步骤：将混合均匀的物料置于双螺杆挤出机主喂料口中，双螺杆机熔融挤出，造粒后干燥。所述组分均为现有技术。
其中，其中，聚丙烯为高结晶聚丙烯，玻璃纤维采用AR玻璃纤维，相容剂采用聚丙烯接枝丙烯酸缩水甘油酯。
表1实施例和对比例的聚丙烯复合材料的原料配方(按质量百分比)
原料名称 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
聚丙烯 56.9％ 52％ 39％ 36％ 80％
硫酸钡 3％ 3％ 3.5％ 3.5％
滑石粉 1％ 3％ 4％
玻璃纤维 15％ 18％ 20％ 20％ 15％
相容剂 5％ 5％ 5％ 5％ 5％
抗氧剂 0.5％ 0.6％ 1％
润滑剂 0.3％ 0.5％ 1％
防粘剂 0.1％ 0.2％ 0.4％ 0.5％
溴系阻燃剂 15.5％ 15％ 22％ 21％
阻燃协效剂 4.5％ 5％ 6％ 7％
表2实施例和对比例的聚丙烯复合材料的测试数据
聚丙烯接枝马来酸作为相容剂，使聚丙烯和玻璃纤维的相容性提高，玻璃纤维在聚丙烯内不容易被拔出或剥离，提高材料的性能。对比例的材料为目前市场上通用的PP塑料锂离子电池外壳产品，采用普遍的配方及加工工艺，平行对比材料的力学性能、焊接测试、耐压测试、防渗液测试、垂直燃烧测试，相比之下，各实施例的阻燃易焊耐压的聚丙烯材料力学性能、焊接性能、耐压性能、防渗性能以及阻燃性能均匀明显优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其特征在于,其制备原料包括：包括以下质量百分比的制备原料：聚丙烯35-60.9％，矿物填充物3-7.5％，玻璃纤维15-20％，接枝聚丙烯5％，溴系阻燃剂15-35％，阻燃协效剂1-10％，加工助剂0.1-2.5％；所述百分比为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯为高结晶聚丙烯、均聚聚丙烯和共聚聚丙烯，熔体流动速率为0.5-5g/10min(230℃，2.16kg)。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其特征在于：所述玻璃纤维为长度0.2-10mm，直径8-20μm的短切玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其特征在于：所述接枝聚丙烯为聚丙烯与不饱和酸或不饱和酸酐的接枝低聚物，接枝率为0.3-1.2％，其融指为50-120g/10min(230℃，2.16kg)。
5.根据权利要求4所述的一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其特征在于：所述接枝聚丙烯为聚丙烯接枝马来酸、聚丙烯接枝衣康酸、聚丙烯接枝丙烯酸、聚丙烯接枝马来酸酐或聚丙烯接枝丙烯酸缩水甘油酯。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其特征在于：所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴联苯醚、溴化苯乙烯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其特征在于：所述阻燃协效剂为三氧化二锑、五氧化二锑、硼酸锌中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料，其特征在于：所述加工助剂为抗氧剂、偶联剂、成核剂、防粘剂、润滑剂中的至少一种。
9.权利要求1至8任一项所述的一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：将质量百分比分别为35-60.9％聚丙烯，3-7.5％矿物填充物，15-20％玻璃纤维，5％接枝聚丙烯，15-35％溴系阻燃剂，1-10％阻燃协效剂，0.1-2.5％加工助剂均匀混合，然后在挤出机中以180℃-250℃熔融，挤出，造粒。
10.根据权利要求1至8任一项所述的一种阻燃易焊耐压的聚丙烯材料在锂离子电池外壳工业中的应用。
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