CN105542312A - 一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域；所述的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料由以下组分组成：聚丙烯、碳纤维、红磷阻燃母粒、分散剂、抗氧剂和色料；所述的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法的具体步骤为：1）碳纤维表面氧化处理；2）制备红磷阻燃母粒；3）原料混合；4）产物的制备；本发明制得的一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料，不仅具有很好的无卤阻燃性（氧指数为25以上），达到UL94-0阻燃级标准，并且发烟量小，属于环境友好型产品，符合环保法规出口要求。

Description

一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

近几十年来，塑料、橡胶、合成纤维等高聚合物材料及其制品得到蓬勃发展，它们正迅速代替传统的钢材、金属、水泥及木材、棉等天然材料，广泛应用于工业、农业、军事等国民经济的各个部门。

但大多数高聚物属于易燃、可燃材料，在燃烧时释放速率大，热值高，火焰传播速率快，不易熄灭，有时还产生浓烟和有毒气体，造成对环境的危害，对人的生命安全形成巨大的威胁；目前阻燃材料主要有有机和无机，卤素和非卤；高阻燃材料有机是以溴系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂，无机主要以三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、硅系等阻燃体系。现有阻燃技术多数是以卤系添加剂为基础，制备的材料虽然阻燃效果明显，但卤系阻燃材料在受热时会有一定的卤系元素挥发，造成环境的污染，并且对人们的身体健康有一定的危害。

因此，有必要发明一种高效、环保且力学性能优良的阻燃聚丙烯复合材料，。

发明内容

为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，所制得的无卤阻燃聚丙烯复合材料不仅具有很好的无卤阻燃性，达到UL94-0阻燃级标准，并且不会造成环境污染。

为了达到上述目的，本发明提出如下技术方案：

所述的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料由以下组分按质量百分比组成：聚丙烯：30-80％，碳纤维：10-30％，红磷阻燃母粒5-20％，分散剂：0.5-2％，抗氧剂：0.1-2％，色料：0.1-2％。

进一步，所述的红磷阻燃母粒由15wt％聚丙烯树脂、70wt％红磷、12wt％硼酸锌和3wt％其它助剂制得，所述的其它助剂为抗氧剂、光稳定剂、相容剂、增塑剂、润滑剂中的一种或几种的混合物。

进一步，所述的分散剂为聚乙烯蜡、EVA蜡、OP蜡和TAS-2A中的任意一种。

进一步，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的混合物。

进一步，所述的增塑剂为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝POE。

进一步，所述的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法的具体步骤为：

1)碳纤维表面氧化处理：

将60wt％硝酸、30wt％硝酸钠和10wt％双氧水进行混合，加入蒸馏水调配到50-60％的溶液，然后加热到60-80℃，将碳纤维在其40-80℃的溶液中浸泡60-180min，取出并用蒸馏水冲洗，在80-120℃的温度下烘干，即得到经过表面氧化处理的碳纤维；

2)制备红磷阻燃母粒

将15wt％聚丙烯树脂、70wt％红磷、12wt％硼酸锌和3wt％其它助剂在高速混合机中充分混合，混合后组分加入到双螺旋挤出机中进行熔融共混，挤出造粒，干燥后制得红磷阻燃母粒；

3)原料混合

按重量配比称取聚丙烯、红磷阻燃母粒、分散剂、抗氧剂和色料，加入到高速混合机中充分混合；

4)产物的制备

将步骤3)中混合均匀的组分加入到双螺杆挤出机的主喂料口，将按重量配比称取的经过表面氧化处理的碳纤维加入到双螺杆挤出机的侧喂料口，通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，即得到本发明的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料。

本发明的有益效果：

本发明制得的一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料，与现有技术相比，不仅具有很好的无卤阻燃性(氧指数为25以上)，达到UL94-0阻燃级标准，并且发烟量小，属于环境友好型产品，符合环保法规出口要求，耐久性好，而且加入的碳纤维的表面经过氧化处理，大大提高了碳纤维与聚丙烯的相容性与粘合性，具有强度高、模量高、高耐热性和高耐腐蚀性等，其生产工艺简单，可广泛应用于汽车，军工器材、航空等领域，且制件使用后经过粉碎处理还可以回收利用，不污染环境。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法如下：

1)碳纤维表面氧化处理：

将60kg硝酸、30kg硝酸钠和10kg双氧水进行混合，加入蒸馏水调配到50％的溶液，然后加热到60℃，将碳纤维在其40℃的溶液中浸泡60min，取出并用蒸馏水冲洗，在80℃的温度下烘干，即得到经过表面氧化处理的碳纤维；

2)制备红磷阻燃母粒

将15kg聚丙烯树脂、70kg红磷、12kg硼酸锌和3kg光稳定剂在高速混合机中充分混合，混合后组分加入到双螺旋挤出机中进行熔融共混，挤出造粒，干燥后制得红磷阻燃母粒；

3)原料混合

称取聚丙烯60kg、红磷阻燃母粒10kg、聚乙烯蜡0.5kg、受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的混合物0.1kg和色料0.1kg的原料，加入到高速混合机中充分混合；

4)产物的制备

将步骤3)中混合均匀的组分加入到双螺杆挤出机的主喂料口，将按重量配比称取的经过表面氧化处理的碳纤维29.3kg加入到双螺杆挤出机的侧喂料口，通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，即得到本发明的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料。

实施例2

一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法如下：

1)碳纤维表面氧化处理：

将60kg硝酸、30kg硝酸钠和10kg双氧水进行混合，加入蒸馏水调配到55％的溶液，然后加热到70℃，将碳纤维在其60℃的溶液中浸泡120min，取出并用蒸馏水冲洗，在100℃的温度下烘干，即得到经过表面氧化处理的碳纤维；

2)制备红磷阻燃母粒

将15kg聚丙烯树脂、70kg红磷、12kg硼酸锌和3kg相容剂在高速混合机中充分混合，混合后组分加入到双螺旋挤出机中进行熔融共混，挤出造粒，干燥后制得红磷阻燃母粒；

3)原料混合

称取聚丙烯70kg、红磷阻燃母粒15kg、EVA蜡1kg、受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的混合物1kg和色料1kg的原料，加入到高速混合机中充分混合；

4)产物的制备

将步骤3)中混合均匀的组分加入到双螺杆挤出机的主喂料口，将按重量配比称取的经过表面氧化处理的碳纤维12kg加入到双螺杆挤出机的侧喂料口，通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，即得到本发明的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料。

实施例3

一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法如下：

1)碳纤维表面氧化处理：

将60kg硝酸、30kg硝酸钠和10kg双氧水进行混合，加入蒸馏水调配到55％的溶液，然后加热到80℃，将碳纤维在其80℃的溶液中浸泡180min，取出并用蒸馏水冲洗，在120℃的温度下烘干，即得到经过表面氧化处理的碳纤维；

2)制备红磷阻燃母粒

将15kg聚丙烯树脂、70kg红磷、12kg硼酸锌和3kg润滑剂在高速混合机中充分混合，混合后组分加入到双螺旋挤出机中进行熔融共混，挤出造粒，干燥后制得红磷阻燃母粒；

3)原料混合

称取聚丙烯70kg、红磷阻燃母粒10kg、OP蜡2kg、受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的混合物2kg和色料2kg的原料，加入到高速混合机中充分混合；

4)产物的制备

将步骤3)中混合均匀的组分加入到双螺杆挤出机的主喂料口，将按重量配比称取的经过表面氧化处理的碳纤维14kg加入到双螺杆挤出机的侧喂料口，通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，即得到本发明的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料。

本发明制得的一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料，与现有技术相比，不仅具有很好的无卤阻燃性(氧指数为25以上)，达到UL94-0阻燃级标准，并且发烟量小，属于环境友好型产品，符合环保法规出口要求，耐久性好，而且加入的碳纤维的表面经过氧化处理，大大提高了碳纤维与聚丙烯的相容性与粘合性，具有强度高、模量高、高耐热性和高耐腐蚀性等，其生产工艺简单，可广泛应用于汽车，军工器材、航空等领域，且制件使用后经过粉碎处理还可以回收利用，不污染环境。

最终，以上实施例仅用以说明本发明一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料由以下组分按质量百分比组成：聚丙烯：30-80％，碳纤维：10-30％，红磷阻燃母粒5-20％，分散剂：0.5-2％，抗氧剂：0.1-2％，色料：0.1-2％。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的红磷阻燃母粒由15wt％聚丙烯树脂、70wt％红磷、12wt％硼酸锌和3wt％其它助剂制得，所述的其它助剂为抗氧剂、光稳定剂、相容剂、增塑剂、润滑剂中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的分散剂为聚乙烯蜡、EVA蜡、OP蜡和TAS-2A中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增塑剂为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝POE。

6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法的具体步骤为：

1)碳纤维表面氧化处理：

将60wt％硝酸、30wt％硝酸钠和10wt％双氧水进行混合，加入蒸馏水调配到50-60％的溶液，然后加热到60-80℃，将碳纤维在其40-80℃的溶液中浸泡60-180min，取出并用蒸馏水冲洗，在80-120℃的温度下烘干，即得到经过表面氧化处理的碳纤维；

2)制备红磷阻燃母粒

将15wt％聚丙烯树脂、70wt％红磷、12％wt％硼酸锌和3wt％其它助剂在高速混合机中充分混合，混合后组分加入到双螺旋挤出机中进行熔融共混，挤出造粒，干燥后制得红磷阻燃母粒；

3)原料混合

按重量配比称取聚丙烯、红磷阻燃母粒、分散剂、抗氧剂和色料，加入到高速混合机中充分混合；

4)产物的制备

将步骤3)中混合均匀的组分加入到双螺杆挤出机的主喂料口，将按重量配比称取的经过表面氧化处理的碳纤维加入到双螺杆挤出机的侧喂料口，通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，即得到本发明的碳纤维增强的无卤阻燃聚丙烯复合材料。