CN105566745A - 一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂100份，玻璃纤维10-20份，金属纤维10-20份，环保溴系阻燃剂10-25份，阻燃协效剂2-8份，耐热改性剂2-5份，增韧剂5-10份，偶联剂2-8份，抗氧剂2-5份；其中，所述阻燃协效剂是由三氧化二锑、无机粉体和超高分子量聚硅氧烷组成的复配物，该复配物中三氧化二锑的重量百分含量为25-75％。其采用优势互补玻璃纤维和金属纤维复合增强聚丙烯，可以得到综合力学性能优异和耐高温的聚丙烯复合材料。另外，高效环保溴系阻燃剂的加入，可以在较少添加量的情况下达到优异的阻燃效果，从而得到综合性能优异的聚丙烯复合材料，扩大了聚丙烯材料的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及无卤阻燃领域，具体涉及一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料。
背景技术
聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0.90-0.91g/cm3，是目前所有塑料中最轻的品种之一，它对水特别稳定，在水中的吸水率仅为0.01％，分子量约8万到15万，成型性好，广泛应用于化工、建筑、轻工、汽车、家电、包装等领域。当随着社会的进步与发展，对材料性能的要求越来越高，普通的聚丙烯必须经过改性，赋予其高性能，方能满足需要。聚丙烯的结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能，但在塑料材料中仍属于偏低的品种；聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形，但不能在更高温度下使用；另外，由于聚丙烯由C、H元素组成，极易燃烧，为了减少火灾事件频频发生造成的人身伤害和财产损失，对聚丙烯进行阻燃早已成为迫在眉睫的任务。
发明内容
本发明提供一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，解决了现有技术中存在的普通聚丙烯的力学性能及耐热性不能应用在需优异力学性能和耐高温领域及易燃烧的技术问题。
本发明的技术方案是，一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂100份，玻璃纤维10-20份，金属纤维10-20份，环保溴系阻燃剂10-25份，阻燃协效剂2-8份，耐热改性剂2-5份，增韧剂5-10份，偶联剂2-8份，抗氧剂2-5份；其中，所述阻燃协效剂是由三氧化二锑、无机粉体和超高分子量聚硅氧烷组成的复配物，该复配物中三氧化二锑的重量百分含量为25-75％。
本发明的特点还在于，
超高分子量聚硅氧烷的分子量≥3万，在温度为25℃时，其粘度≥500mPa·s，其选自带甲基聚硅氧烷、带苯基聚硅氧烷、带乙烯基聚硅氧烷、带酰胺基聚硅氧烷、带环氧基聚硅氧烷、带异丁基聚硅氧烷、带苯乙烯基聚硅氧烷和带环状结构聚硅氧烷中的一种或几种的混合物；无机粉体为滑石粉、钛白粉、立德粉、碳酸镁、硫酸钡、云石粉、云母粉、天然硅石、硅灰石粉、高岭土和长石粉中的一种或几种的混合物。
玻璃纤维选自无碱、中碱、高碱、高弹高强、抗碱、耐化学玻璃纤维的一种或几种的混合物。
金属纤维选自不锈钢纤维、碳钢纤维、铸铁纤维、高温合金纤维、铜纤维、铝纤维、镍纤维中的一种或几种的混合物。
环保溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、溴化环氧和聚合型阻燃剂FR-Emerald1000中的一种或几种的混合物。
耐热改性剂为苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物。
增韧剂选自极性单体接枝热塑性弹性体，极性单体选自马来酸酐及其类似物，丙烯酸及其酯类衍生物中的一种或几种的混合物，热塑性弹性体选自乙烯-α-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的任意一种或两种的混合物。
偶联剂选自γ-(2,3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种。
抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成。
本发明的有益效果是，本发明的高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，采用优势互补玻璃纤维和金属纤维作为增强材料，可以得到综合力学性能优异和耐高温的聚丙烯复合材料。另外，高效环保溴系阻燃剂的加入，可以在较少添加量的情况下达到优异的阻燃效果，从而得到综合性能优异的聚丙烯复合材料，扩大了聚丙烯材料的应用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明的高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂100份，玻璃纤维10-20份，金属纤维10-20份，环保溴系阻燃剂10-25份，阻燃协效剂2-8份，耐热改性剂2-5份，增韧剂5-10份，偶联剂2-8份，抗氧剂2-5份；其中，所述阻燃协效剂是由三氧化二锑、无机粉体和超高分子量聚硅氧烷组成的复配物，该复配物中三氧化二锑的重量百分含量为25-75％。
其中，超高分子量聚硅氧烷的分子量≥3万，在温度为25℃时，其粘度≥500mPa·s，其选自带甲基聚硅氧烷、带苯基聚硅氧烷、带乙烯基聚硅氧烷、带酰胺基聚硅氧烷、带环氧基聚硅氧烷、带异丁基聚硅氧烷、带苯乙烯基聚硅氧烷和带环状结构聚硅氧烷中的一种或几种的混合物；无机粉体为滑石粉、钛白粉、立德粉、碳酸镁、硫酸钡、云石粉、云母粉、天然硅石、硅灰石粉、高岭土和长石粉中的一种或几种的混合物；玻璃纤维选自无碱、中碱、高碱、高弹高强、抗碱、耐化学玻璃纤维的一种或几种的混合物；金属纤维选不锈钢纤维、碳钢纤维、铸铁纤维、高温合金纤维、铜纤维、铝纤维、镍纤维中的一种或几种的混合物；环保溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、溴化环氧和聚合型阻燃剂FR-Emerald1000中的一种或几种的混合物；耐热改性剂为苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物，增韧剂选自极性单体接枝热塑性弹性体，极性单体选自马来酸酐及其类似物，丙烯酸及其酯类衍生物中的一种或几种的混合物，热塑性弹性体选自乙烯-α-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的任意一种或两种的混合物；偶联剂选自γ-(2,3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种；抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成。
本发明的高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料制备方法如下：
步骤1：将聚丙烯树脂100份，环保溴系阻燃剂10-25份，阻燃协效剂2-8份，耐热改性剂2-5份，增韧剂5-10份，偶联剂2-8份，抗氧剂2-5份，加入到高速混合机中混合；
步骤2：将上述混合物加入到双螺杆挤出机中，玻璃纤维10-20份，金属纤维10-20份从挤出机的侧进料口进入，挤出温度控制在180～200℃之间，螺杆转速为200-300转/分钟，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥得到改性聚丙烯颗粒；
步骤3：将改性聚丙烯颗粒加入到注塑机中加工成所需样条，冷却、切粒、包装成成品，注塑条件为：料筒温度190-220℃，模具温度50～70℃，注塑压力5-10MPa。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高。玻璃纤维作为补强材料应用时，最大的特征是抗拉强度大，抗拉强度在标准状态下是6.3～6.9g/d，湿润状态5.4～5.8g/d，密度2.54。另外，其耐热性好，温度达300℃时对强度没影响。其还有优良的电绝缘性，是高级的电绝缘材料，耐化学腐蚀性强，一般只被浓碱、氢氟酸和浓磷酸腐蚀。因此，采用玻璃纤维增强聚丙烯可以赋予聚丙烯复合材料高抗拉强度、高模量、耐高温的特点。但是玻璃纤维存在脆性大，耐磨性差的缺点，容易造成聚丙烯复合材料抗冲击轻度不足。
金属纤维与有机、无机纤维相比，具有高的弹性、高的耐磨性、好的通气性、导电性、导磁性、导热性以及自润滑性和烧结性，应用范围广阔。其高弹性与高耐磨性恰好弥补了玻璃纤维存在脆性大，耐磨性差的缺点，赋予聚丙烯复合材料高的抗冲击性能，并能进一步提高聚丙烯复合材料的耐高温性质。聚丙烯复合材料高的抗冲击性能可以使其在高温下仍能抗震，达到长期使用的目的。
环保溴系阻燃剂，阻燃剂熔点高，且在树脂中基本不溶，所以添加到树脂中具有较高的热变形温度且不宜起霜，可以回收循环使用有利于节能环保；引入的阻燃协效剂非传统的三氧化二锑，而是少量的三氧化二锑、无机粉体和超高分子量聚硅氧烷的复配物，具体的就是通过超高分子量聚硅氧烷和无机粉体的引入使得在燃烧过程中产生的高温向材料内部传递的速度由于凝聚相阻燃而延缓，同时由于凝聚相阻燃在材料表面形成一层保护炭层，可进一步减少向材料内部的燃料供应，使得火焰温度降低，从而使得保护层内部溴-锑气相自由基扑捉机理得以有效的发挥，于是它们之间的协效阻燃得以实现，在达到所需的阻燃等级的前提下，能大幅度降低三氧化二锑及溴系阻燃剂用量，同时，超高分子量聚硅氧烷本身的耐热性就非常高，同时在体系中和分散剂共同分散阻燃剂等添加助剂，由此进一步发挥了阻燃剂的阻燃效果及稳定性，并提高了体系耐热性。
本发明采用玻璃纤维和金属纤维复合增强聚丙烯，两者优势互补，可以得到综合力学性能优异和耐高温的聚丙烯复合材料。另外，高效环保溴系阻燃剂的加入，可以在较少添加量的情况下达到优异的阻燃效果，从而得到综合性能优异的聚丙烯复合材料。
实施例1
将聚丙烯树脂100公斤，十溴二苯乙烷10公斤，由带甲基聚硅氧烷、碳酸镁、三氧化二锑组成的阻燃协效剂2公斤，其中三氧化二锑的重量百分含量为75％，苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物5公斤，马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物5公斤，γ-(2,3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷5公斤，由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成的抗氧剂2公斤加入到高速混合机中混合；将上述混合物加入到双螺杆挤出机中，无碱玻璃纤维15公斤，不锈钢纤维20公斤从挤出机的侧进料口进入，挤出温度控制在190℃，螺杆转速为250转/分钟，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥得到改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒加入到注塑机中加工成所需样条，冷却、切粒、包装成成品，注塑条件为：料筒温度200℃，模具温度60℃，注塑压力8MPa。
实施例2
将聚丙烯树脂100公斤，溴化环氧18公斤，由带乙烯基聚硅氧烷、滑石粉、立德粉和三氧化二锑组成的阻燃协效剂6公斤，其中三氧化二锑的重量百分含量为50％，苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物2公斤，丙烯酸接枝聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物8公斤，异丁基三乙氧基硅烷8公斤，由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成的抗氧剂3公斤加入到高速混合机中混合；将上述混合物加入到双螺杆挤出机中，高弹高强玻璃纤维20公斤，镍纤维15公斤从挤出机的侧进料口进入，挤出温度控制在200℃，螺杆转速为300转/分钟，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥得到改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒加入到注塑机中加工成所需样条，冷却、切粒、包装成成品，注塑条件为：料筒温度220℃，模具温度50℃，注塑压力10MPa。
实施例3
将聚丙烯树脂100公斤，聚合型阻燃剂FR-Emerald100025公斤，由带酰胺基聚硅氧烷、高岭土和三氧化二锑组成的阻燃协效剂8公斤，其中三氧化二锑的重量百分含量为25％，苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物4公斤，马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10公斤，异丁基三乙氧基硅烷2公斤，由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成的抗氧剂5公斤加入到高速混合机中混合；将上述混合物加入到双螺杆挤出机中，高碱玻璃纤维10公斤，高温合金纤维10公斤从挤出机的侧进料口进入，挤出温度控制在180℃，螺杆转速为200转/分钟，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥得到改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒加入到注塑机中加工成所需样条，冷却、切粒、包装成成品，注塑条件为：料筒温度190℃，模具温度70℃，注塑压力5MPa。
上述各实施例制备的高耐热增强无卤阻燃聚丙烯复合材料在室温时拉伸强度≥45MPa，断裂伸长率≥16％，缺口冲击强度≥20kJ/m2，弯曲强度≥65Mpa，1.82MPa下热变形温度≥170℃，极限氧指数≥34％。
Claims (9)
1.一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂100份，玻璃纤维10-20份，金属纤维10-20份，环保溴系阻燃剂10-25份，阻燃协效剂2-8份，耐热改性剂2-5份，增韧剂5-10份，偶联剂2-8份，抗氧剂2-5份；其中，所述阻燃协效剂是由三氧化二锑、无机粉体和超高分子量聚硅氧烷组成的复配物，该复配物中三氧化二锑的重量百分含量为25-75％。
2.如权利要求1所述的一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述超高分子量聚硅氧烷的分子量≥3万，在温度为25℃时，其粘度≥500mPa·s，选自带甲基聚硅氧烷、带苯基聚硅氧烷、带乙烯基聚硅氧烷、带酰胺基聚硅氧烷、带环氧基聚硅氧烷、带异丁基聚硅氧烷、带苯乙烯基聚硅氧烷和带环状结构聚硅氧烷中的一种或几种的混合物；所述无机粉体为滑石粉、钛白粉、立德粉、碳酸镁、硫酸钡、云石粉、云母粉、天然硅石、硅灰石粉、高岭土和长石粉中的一种或几种的混合物。
3.如权利要求1所述的一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维选自无碱、中碱、高碱、高弹高强、抗碱、耐化学玻璃纤维的一种或几种的混合物。
4.如权利要求1所述的一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述金属纤维选不锈钢纤维、碳钢纤维、铸铁纤维、高温合金纤维、铜纤维、铝纤维、镍纤维中的一种或几种的混合物。
5.如权利要求1所述的一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，环保溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、溴化环氧和聚合型阻燃剂FR-Emerald1000中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1所述的一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述耐热改性剂为苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物。
7.如权利要求1所述的一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂选自极性单体接枝热塑性弹性体，所述极性单体选自马来酸酐及其类似物，丙烯酸及其酯类衍生物中的一种或几种的混合物，所述热塑性弹性体选自乙烯-α-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的任意一种或两种的混合物。
8.如权利要求1所述的一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂选自γ-(2,3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种。
9.如权利要求1所述的一种高耐热无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160511 |