CN106009669A - 一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料及其应用，属于新型环保材料研发、生产、应用技术领域。该复合材料以聚苯硫醚、聚苯砜为基体塑料，与传统LFT‑D材料相比，氧指数提高了52％，烟密度降低了96％，由于本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料具有良好的材料特性，将其制成部件在高铁车辆内装、航空航天内装、舰船尤其是潜艇内部装备，可以有效提升安全性能，为相关领域的发展开拓了新的方向。

Description

一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料及其应用
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其应用，尤其涉及一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料及其应用，属于新型环保材料研发、生产、应用技术领域。
背景技术
LFT，长纤维增强热塑性材料，英文是Long Fiber reinforced Thermoplastics，是和普通的纤维增强热塑性材料相比较而言的，传统LFT材料中塑料基体以PP(聚丙烯)、PA(尼龙)为主，尽管其具备优异的性能、环保可回收，但其因易燃、燃烧后烟雾浓度大，严重限制了其利用领域。以往对塑料的阻燃改性，一般采用添加阻燃剂的方式，如卤-锑系的阻燃体系、磷系阻燃体系、氮系阻燃体系等。然而阻燃的使用也受到一些因素的限制，一方面某些阻燃剂在高温裂解及燃烧时，产生有毒的气体，对人体危害大；另一方面阻燃剂的添加量大，降低了材料的性能。使其在一些对安全性要求较高的领域(如高铁车辆内装部件、航空航天内装部件、舰船尤其是潜艇内装部件等)无法使用。因此新型的高阻燃LFT材料急切需要开发和使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术之缺陷提供一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，该复合材料具有高阻燃、低烟密度等优势。此外，本发明进一步提供该高阻燃长纤维增强热塑性复合材料的应用。
本发明所述技术问题是由以下技术方案实现的。
一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，其由重量比为60～80％的熔融混合物与重量比为20～40％等长度的无碱玻璃纤维制备而成。
进一步的，上述高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，所述熔融混合物中含有重量比为2～10:1的PPS、PPSU；占PPS总重量3-8‰的含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油；占PPS与PPSU总重量1％-5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体。
上述高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，所述HY-101型号钛酸酯偶联剂与24#白油的重量比为1:5；所述混合载体中增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP的重量比为1:1:2:1。
上述高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，所述等长度的无碱玻璃纤维的长度为25.4mm，由EW758-2400TEX无碱玻璃纤维定长切割而成。
一种制备上述高阻燃长纤维增强热塑性复合材料的方法，包括如下步骤：
包括如下步骤：
(1)选择PPS、PPSU为基体塑料，所述PPS与PPUS的重量比为2-10:1；
(2)将PPS真空吸入到高速混合釜内，然后加入占PPS总重量3-8‰的含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油，所述KR-46B型号钛酸酯偶联剂与24#白油的重量比为1:5，对PPS进行表面改性处理，得改性PPS，备用；
(3)将PPUS加入步骤(2)所得的改性PPS中进行共混，得改性PPS与改性PPUS混合物，备用；
(4)想步骤(3)所得的改性PPS与改性PPUS混合物中加入占PPS与PPSU总重量1％-5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；所述增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP的重量比为1:1:2:1，经高速搅拌混合均匀，得混合物，备用；
(5)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的60～80％，各加热段的温度控制在280℃～330℃，步骤(2)所得混合物经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(6)自动切割设备设定无碱玻璃纤维输出量为最终产品重量的20～40％，将48根EW758-2400TEX无碱玻璃纤维通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的无碱玻璃纤维丝，备用；
(7)将步骤(6)所得的等长度的玻璃纤维丝掉落到步骤(5)所得的熔融混合物上，通过二阶段双螺杆挤出机将熔融混合物与和等长度的玻璃纤维丝进行混配，调节温度280℃-310℃及转速180r/min，在保证碳纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至130r/min，减少对碳纤维的长度的损坏；
(8)由二阶段双螺杆挤出机挤出的材料，即为所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料。
上述高阻燃长纤维增强热塑性复合材料在阻燃技术领域中的应用。所述应用，其包括在高铁车辆内装部件、航空航天内装部件、舰船内装部件的制备中的应用。
本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，其使用的物料均为现有技术中可直接获得的材料，如，均聚PPS为聚苯硫醚、PPSU为聚苯砜，EBS为N.N’-1、2-乙二基双十八(碳)酰胺，UV326为2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑，GW-944为聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}，DLTP为硫代二丙酸双月桂酯等。
本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料由特定的物料配比与特定的制备工艺而得，与传统LFT-D材料相比，氧指数提高了52％，烟密度降低了96％，由于本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料具有良好的材料特性，将其制成部件在高铁车辆内装、航空航天内装、舰船尤其是潜艇内部装备，可以有效提升安全性能，为相关领域的发展开拓了新的方向。
附图说明
图1本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料制备流程图
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但只是用于帮助理解本发明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，不对本发明构成任何限制。
实施例1本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料的制备
组成：
一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，其由重量比为70％的熔融混合物与重量比为30％等长度的无碱玻璃纤维制备而成；所述熔融混合物中含有60kg PPS、10kgPPSU，0.3kg含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油，2.1kg由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；所述HY-101型号钛酸酯偶联剂的重量为0.05kg、24#白油的重量为0.25kg；所述混合载体中增韧剂SY-PP为0.42kg、分散剂200目EBS为0.42kg、紫外线吸收剂UV326为0.84kg、抗氧化剂DLTP为0.42kg；所述等长度的无碱玻璃纤维的长度为25.4mm，由48根EW758-2400TEX无碱玻璃纤维定长切割而成。
制备方法，包括如下步骤：
(1)选择PPS、PPSU为基体塑料；
(2)将PPS真空吸入到高速混合釜内，然后加入含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油，对PPS进行表面改性处理，得改性PPS，备用；
(3)将PPUS加入步骤(2)所得的改性PPS中进行共混，得改性PPS与改性PPUS混合物，备用；
(4)想步骤(3)所得的改性PPS与改性PPUS混合物中加入占PPS与PPSU总重量1％-5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；经高速搅拌混合均匀，得混合物，备用；
(5)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的70％，各加热段的温度控制在280℃～330℃，步骤(2)所得混合物经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(6)自动切割设备设定无碱玻璃纤维输出量为最终产品重量的30％，将48根EW758-2400TEX无碱玻璃纤维通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的无碱玻璃纤维丝，备用；
(7)将步骤(6)所得的等长度的玻璃纤维丝掉落到步骤(5)所得的熔融混合物上，通过二阶段双螺杆挤出机将熔融混合物与和等长度的玻璃纤维丝进行混配，调节温度280℃-310℃及转速180r/min，在保证碳纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至130r/min，减少对碳纤维的长度的损坏；
(8)由二阶段双螺杆挤出机挤出的材料，即为所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料。
实施例2本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料的制备
组成：
一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，其由重量比为60％的熔融混合物与重量比为40％等长度的无碱玻璃纤维制备而成；所述熔融混合物中含有20kg PPS、10kgPPSU，0.06kg含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油，0.3kg由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；所述HY-101型号钛酸酯偶联剂的重量为0.01kg、24#白油的重量为0.05kg；所述混合载体中增韧剂SY-PP为0.06kg、分散剂200目EBS为0.06kg、紫外线吸收剂GW-944为0.12kg、抗氧化剂DLTP为0.06kg；所述等长度的无碱玻璃纤维的长度为25.4mm，由48根EW758-2400TEX无碱玻璃纤维定长切割而成。
制备方法，包括如下步骤：
(1)选择PPS、PPSU为基体塑料；
(2)将PPS真空吸入到高速混合釜内，然后加入含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油，对PPS进行表面改性处理，得改性PPS，备用；
(3)将PPUS加入步骤(2)所得的改性PPS中进行共混，得改性PPS与改性PPUS混合物，备用；
(4)想步骤(3)所得的改性PPS与改性PPUS混合物中加入占PPS与PPSU总重量1％-5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；经高速搅拌混合均匀，得混合物，备用；
(5)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的60％，各加热段的温度控制在280℃～330℃，步骤(2)所得混合物经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(6)自动切割设备设定无碱玻璃纤维输出量为最终产品重量的40％，将48根EW758-2400TEX无碱玻璃纤维通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的无碱玻璃纤维丝，备用；
(7)将步骤(6)所得的等长度的玻璃纤维丝掉落到步骤(5)所得的熔融混合物上，通过二阶段双螺杆挤出机将熔融混合物与和等长度的玻璃纤维丝进行混配，调节温度280℃-310℃及转速180r/min，在保证碳纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至130r/min，减少对碳纤维的长度的损坏；
(8)由二阶段双螺杆挤出机挤出的材料，即为所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料。
实施例3本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料的制备
组成：
一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，其由重量比为80％的熔融混合物与重量比为20％等长度的无碱玻璃纤维制备而成；所述熔融混合物中含有100kg PPS、10kgPPSU，0.8kg含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油，5.5kg由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；所述HY-101型号钛酸酯偶联剂的重量为0.13kg、24#白油的重量为0.65kg；所述混合载体中增韧剂SY-PP为1.1kg、分散剂200目EBS为1.1kg、紫外线吸收剂UV326为2.2kg、抗氧化剂DLTP为1.1kg；所述等长度的无碱玻璃纤维的长度为25.4mm，由48根EW758-2400TEX无碱玻璃纤维定长切割而成。
制备方法，包括如下步骤：
(1)选择PPS、PPSU为基体塑料；
(2)将PPS真空吸入到高速混合釜内，然后加入含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油，对PPS进行表面改性处理，得改性PPS，备用；
(3)将PPUS加入步骤(2)所得的改性PPS中进行共混，得改性PPS与改性PPUS混合物，备用；
(4)想步骤(3)所得的改性PPS与改性PPUS混合物中加入占PPS与PPSU总重量1％-5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；经高速搅拌混合均匀，得混合物，备用；
(5)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的80％，各加热段的温度控制在280℃～330℃，步骤(2)所得混合物经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(6)自动切割设备设定无碱玻璃纤维输出量为最终产品重量的20％，将48根EW758-2400TEX无碱玻璃纤维通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的无碱玻璃纤维丝，备用；
(7)将步骤(6)所得的等长度的玻璃纤维丝掉落到步骤(5)所得的熔融混合物上，通过二阶段双螺杆挤出机将熔融混合物与和等长度的玻璃纤维丝进行混配，调节温度280℃-310℃及转速180r/min，在保证碳纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至130r/min，减少对碳纤维的长度的损坏；
(8)由二阶段双螺杆挤出机挤出的材料，即为所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料。
实施例4使用本发明实施例1制备的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料制备高铁侧顶板
(1)根据工艺要求，对二阶段双螺杆挤出机挤出的材料进行定长定量切断，即按照产品的重量，输入到自动切割系统，设备自动定长定量切断，通过保温220-240℃输送通道输送到合适的位置，利用机械手将材料从保温输送带上取下，放置到模具中；
(2)铺料结束后压机下行压制并加压；
(3)保压，当达到规定的压力值18000KN后进行保温保压60s；
(4)产品脱模，压机开模后，抽芯退回，顶出产品；
(5)取产品，待产品完全脱离模具后，使用机械手或人工将产品从模具上取出，放置到工装上；
(6)后处理，打磨掉产品飞边，禁止磕碰划伤产品，产品边缘也不得有锯齿等不良现象；
(7)对产品表面处理，消除产品表面的脱模剂及缺陷；
(8)进行喷漆处理，包括底漆、中涂、面漆、清漆等；
(9)获得高铁侧顶板。
测试例1本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料性能测试
依据GB/T8924-2005、GB/T8323-2008中规定，对本发明实施例1所制备的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料与传统LFT-D材料进行了性能测试，见表1。
序号 分类性能 传统LFT-D材料 新型材料 提高数额 检测依据
1 氧指数 25 38 52％ GB/T8924-2005
2 烟密度 500 20 96％(降低) GB/T8323-2008
由表1结果可知，本发明所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料与传统LFT-D材料相比，氧指数提高了52％，烟密度降低了96％，具有非常好的材料特性，将其制成部件在高铁车辆内装、航空航天内装、舰船尤其是潜艇内部装备，可以有效提升安全性能，为相关领域的发展开拓了新的方向。
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出的若干改进、润饰、等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于，其由重量百分比为60～80％的熔融混合物与重量比为20～40％等长度的无碱玻璃纤维制备而成。
2.根据权利要求1所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于，所述熔融混合物中含有重量比为2～10:1的PPS、PPSU；占PPS总重量3-8‰的含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油；占PPS与PPSU总重量1％-5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体。
3.根据权利要求2所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于，所述HY-101型号钛酸酯偶联剂与24#白油的重量比为1:5；所述混合载体中增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP的重量比为1:1:2:1。
4.根据权利要求3所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于，所述等长度的无碱玻璃纤维的长度为25.4mm，由48根EW758-2400TEX无碱玻璃纤维定长切割而成。
5.一种制备权利要求4所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选择PPS、PPSU为基体塑料，所述PPS与PPUS的重量比为2-10:1；
(2)将PPS真空吸入到高速混合釜内，然后加入占PPS总重量3-8‰的含有KR-46B型号钛酸酯偶联剂的24#白油，所述KR-46B型号钛酸酯偶联剂与24#白油的重量比为1:5，对PPS进行表面改性处理，得改性PPS，备用；
(3)将PPUS加入步骤(2)所得的改性PPS中进行共混，得改性PPS与改性PPUS混合物，备用；
(4)想步骤(3)所得的改性PPS与改性PPUS混合物中加入占PPS与PPSU总重量1％-5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；所述增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP的重量比为1:1:2:1，经高速搅拌混合均匀，得混合物，备用；
(5)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的60～80％，各加热段的温度控制在280℃～330℃，步骤(2)所得混合物经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(6)自动切割设备设定无碱玻璃纤维输出量为最终产品重量的20～40％％，将48根EW758-2400TEX无碱玻璃纤维通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的无碱玻璃纤维丝，备用；
(7)将步骤(6)所得的等长度的玻璃纤维丝掉落到步骤(5)所得的熔融混合物上，通过二阶段双螺杆挤出机将熔融混合物与和等长度的玻璃纤维丝进行混配，调节温度280℃-310℃及转速180r/min，在保证碳纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至130r/min，减少对碳纤维的长度的损坏；
(8)由二阶段双螺杆挤出机挤出的材料即为所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料。
6.权利要求1至4任一项所述的高阻燃长纤维增强热塑性复合材料在阻燃技术领域中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其包括在高铁车辆内装部件、航空航天内装部件、舰船内装部件的制备中的应用。
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