CN107033450A - 一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法 - Google Patents

一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法。属于材料制备领域，包括如下步骤：（1）将PP、EPDM和Mg(OH)2分别进行真空干燥；（2）将PP和EPDM混合物加入到转矩流变仪中密炼直至扭矩平衡，最后加入阻燃剂密炼直至扭矩平衡的无卤阻燃动态硫化共混物；（3）将无卤阻燃动态硫化共混物放入模压成型机中压力下冷压完成制备。通过用动态硫化技术能够迅速提升复合材料的阻燃性能，且力学性能也优于简单共混复合材料，将此氢氧化镁进行适当的表面改性，可以满足阻燃性能的同时，实验资源的循环利用，降低成本。

Description

一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法。
背景技术
氢氧化镁虽然是一种绿色环保型阻燃剂，但是氢氧化镁的阻燃效率低，一般需要添加60%才能达到一定的阻燃效果，但是此时会严重影响复合材料的力学性能。因此，通常采用协效剂协同氢氧化镁增效阻燃聚合物。而目前比较常用的协效剂一般包括氢氧化铝、Sb2O3、微胶囊化红磷、硼酸锌、纳米粘土和铂金催化剂等。
动态硫化就是将橡胶与不能硫化的热塑性聚合物如PP、PVC、PA等在高温以及高剪切的仪器中进行熔融共混，此时橡胶发生交联，形成了粒径比较微小的硫化橡胶相，并且均匀稳定的分散在树脂中形成网状结构，在加工时不会被破坏。如EPDM/PP、NBR/HPVC、ACM/PA等。当前，人们研究动态硫化大都主要研究动态硫化复合材料的力学性能、加工性能和导电性能等，很少有人研究动态硫化热塑性弹性体的阻燃性能。
发明内容
本发明旨在提供一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法。
本发明的技术方案为：
一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将PP、EPDM和Mg(OH)2分别进行真空干燥；
（2）将PP和EPDM混合物加入到转矩流变仪中密炼5min，待扭矩平衡后加入交联剂过氧化二异丙苯DCP再密炼5min直至扭矩平衡，最后加入阻燃剂密炼直至扭矩平衡的无卤阻燃动态硫化共混物；
（3）将无卤阻燃动态硫化共混物放入模压成型机中，设置条件为温度150-190℃，压力10MPa热压15min取出，再在5MPa压力下冷压完成制备。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述PP、EPDM、Mg(OH)2配比为80、20、80、1.0。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述真空干燥的温度为80℃，时间为10h。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述PP和EPDM混合物的密炼条件为：温度为180℃，转速为50rpm。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述冷压时间为10min。
本发明的技术效果在于：
本发明所述的复合材料制备方法通过用动态硫化技术能够迅速提升复合材料的阻燃性能，且力学性能也优于简单共混复合材料，将此氢氧化镁进行适当的表面改性，可以满足阻燃性能的同时，实验资源的循环利用，降低成本。
具体实施方式
实施例1
一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将PP、EPDM和Mg(OH)2分别进行真空干燥；
（2）将PP和EPDM混合物加入到转矩流变仪中密炼5min，待扭矩平衡后加入交联剂过氧化二异丙苯DCP再密炼5min直至扭矩平衡，最后加入阻燃剂密炼直至扭矩平衡的无卤阻燃动态硫化共混物；
（3）将无卤阻燃动态硫化共混物放入模压成型机中，设置条件为温度150℃，压力10MPa热压15min取出，再在5MPa压力下冷压完成制备。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述PP、EPDM、Mg(OH)2配比为80、20、80、1.0。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述真空干燥的温度为80℃，时间为10h。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述PP和EPDM混合物的密炼条件为：温度为180℃，转速为50rpm。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述冷压时间为10min。当体系中仅加入DCP后，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率都减小，主要是因为DCP在发生交联反应时会分解产生自由基，从而引起体系中的PP发生降解，从而导致平衡扭矩下降。当使用DCP/S交联体系时，交联程度较大，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率都随之增大。主要的原因就是，首先S能够与EPDM分子链中的双键发生交联反应，形成了稳定的交联键；其次S还能够与聚合物中所含的自由基发生反应，最终形成了一个新的更加稳定的自由基，此自由基再进行反应，从而提高了体系的硫化效率，同时有效地抑制PP的降解，因而提高了共混物的拉伸强度和断裂伸长率。
随着橡塑比的增大，阻燃复合材料的拉伸强度不断减小，而断裂伸长率不断增大。这是因为复合材料拉伸强度主要是靠PP和Mg(OH)2贡献，当阻燃剂含量一定时，随着PP含量的减小，复合材料拉伸强度减小，由于橡胶含量的增大，复合材料断裂伸长率增大。另一方面，随着橡塑比的增大，体系的平衡扭矩不断增大，熔体流动性减弱。主要是因为随着橡胶含量的增加，复合材料的交联程度不断增大，从而导致平衡扭矩增大。因此可以根据实际生产需要，调节不同的橡塑比，以达到材料的性能要求。
简单共混复合材料的LOI仅为26%，而动态硫化阻燃复合材料的LOI提高到了32%，阻燃效果明显优于简单共混复合材料。主要原因就是，EPDM在动态硫化过程中发生交联反应，特别是加入助交联剂S后，一方面可以提高EPDM的交联密度，另一方面可以有效抑制PP的降解而导致熔体流动速率增大，避免在燃烧时产生熔滴。最终作用的结果就是能够在复合材料中形成致密的交联网状结构，当复合材料发生燃烧时能够形成稳定致密的炭层，并且可以捕捉自由基，这样就可以阻止热量的传递和可燃性气体的交换，终止燃烧反应的持续进行。
动态硫化复合材料的最终残炭率为30.2%，比简单共混复合材料的残炭率28.9%略高，表明动态硫化复合材料的成炭性更好。因此，采用动态硫化工艺能够同时改善复合材料的力学性能及阻燃性能。
简单共混复合材料燃烧炭层含有大量孔洞和缝隙，燃烧产物粒径较大，体系混合性能较差，而动态硫化复合材料燃烧炭层没有出现孔洞及裂缝，生成的覆盖层粒径小且致密，这样就起到了隔热隔氧的作用。综上所述，动态硫化工艺主要是改善复合材料燃烧炭层的强度和致密性，起到阻隔的作用，对材料的最终残炭率影响不大。采用动态硫化工艺制备的复合材料比简单共混复合材料LOI更高。
热分析结果表明，动态硫化阻燃复合材料燃烧后残炭率更高，热释放速率更小，Tmax更高。SEM结果表明，经过动态硫化后的复合材料燃烧炭层更加致密，更好的阻止了可燃性气体和热量的交换。不同的表面活性剂对氢氧化镁分散性及形貌的影响作用不同，其中SDBS的添加量为1.5%时，分散效果最好。而PEG和PVP在较低浓度时分散作用最明显。偏光显微镜照片结果显示，添加表面活性剂后氢氧化镁的分散性能提高，而SDBS的分散作用最显著。扫描电镜照片结果表明，经过表面改性之后的氢氧化镁形貌更加规整，粒径更均一。随着氢氧化镁含量的增加，复合材料的力学性能出现不同程度的损失。当利用1%的碳纳米管等量取代氢氧化镁后，复合材料的阻燃性能最好，力学性能保持良好。当利用6%二氧化硅等量取代氢氧化镁后，复合材料的力学性能损失很大，但阻燃性能很好。针对两种协效剂的不同作用效果，采用碳纳米管和二氧化硅两者复配协同氢氧化镁增效阻燃聚丙烯，复合材料的阻燃性能良好，并且力学性能也保持很好。
实施例2
一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将PP、EPDM和Mg(OH)2分别进行真空干燥；
（2）将PP和EPDM混合物加入到转矩流变仪中密炼5min，待扭矩平衡后加入交联剂过氧化二异丙苯DCP再密炼5min直至扭矩平衡，最后加入阻燃剂密炼直至扭矩平衡的无卤阻燃动态硫化共混物；
（3）将无卤阻燃动态硫化共混物放入模压成型机中，设置条件为温度190℃，压力10MPa热压15min取出，再在5MPa压力下冷压完成制备。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述PP、EPDM、Mg(OH)2配比为80、20、80、1.0。
本发明所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，所述真空干燥的温度为80℃，时间为10h。所述PP和EPDM混合物的密炼条件为：温度为180℃，转速为50rpm。所述冷压时间为10min。

Claims (5)

1.一种动态硫化阻燃复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将PP、EPDM和Mg(OH)2分别进行真空干燥；
（2）将PP和EPDM混合物加入到转矩流变仪中密炼5min，待扭矩平衡后加入交联剂过氧化二异丙苯DCP再密炼5min直至扭矩平衡，最后加入阻燃剂密炼直至扭矩平衡的无卤阻燃动态硫化共混物；
（3）将无卤阻燃动态硫化共混物放入模压成型机中，设置条件为温度150-190℃，压力10MPa热压15min取出，再在5MPa压力下冷压完成制备。
2.根据权利要求1所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，其特征在于：所述PP、EPDM、Mg(OH)2配比为80、20、80、1.0。
3.根据权利要求1所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，其特征在于：所述真空干燥的温度为80℃，时间为10h。
4.根据权利要求1所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，其特征在于：所述PP和EPDM混合物的密炼条件为：温度为180℃，转速为50rpm。
5.根据权利要求1所述的动态硫化阻燃复合材料的制备方法，其特征在于：所述冷压时间为10min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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