CN109651707A - 一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料及其制备方法。该材料由以下重量份组分的原料制成：该复合材料按照重量分数表示包括：聚丙烯40‑95wt％；液晶高分子(LCP)0‑40wt％，膨胀型阻燃协效剂0‑20wt％，相容剂1‑10wt％：其他助剂0.1‑2wt％。将聚丙烯、膨胀型阻燃协效剂、聚丙烯马来酸酐和其他助剂由双螺杆挤出机主加料口中加入，液晶高分子从熔融段加入，从而获得高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料。

Description

一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种阻燃聚丙烯材料。该改性材料的特点在于具有较高的强度，同时还具有无卤阻燃特性。
背景技术
聚丙烯(PP)具有良好的力学性能、加工性能、耐化学腐蚀性、电绝缘性和无毒轻质等特点，是一种综合性能优良的通用塑料，广泛应用于家电、电子、建筑材料、汽车工业、纺织、装饰等领域；由于聚丙烯易燃烧，燃烧时会产生大量的熔滴，如果燃烧不充分释放出如CO等有毒气体，火灾危害性较大等，限制了其使用范围；随着聚丙烯在一些对产品阻燃性能有一定要求的领域如建筑、汽车工业的广泛应用，因此在保证聚丙烯力学性能达到制品要求的前提下如何提高聚丙烯的阻燃性能是一个十分重要的课题。
膨胀型阻燃剂(IFR)被认为是最有发展潜力的一种环保型阻燃剂，一般由酸源、气源、炭源三部分组成。聚磷酸铵(APP)是最常用的酸源和气源；IFR的阻燃机理是加热到一定温度酸源释放出无机酸与多元醇酯化脱水成炭，粘稠的炭化产物在气源释放的惰性气体的作用下发生膨胀，形成蓬松的炭层，这种炭层具有隔热、隔氧、抑烟、防熔滴等作用；将30％膨胀型阻燃剂添加到聚丙烯中可以大大地提高材料的阻燃性能，同时这种复合材料具有无毒，低烟，绿色环保等优点，但是力学性能同时也会大幅度下降。
聚酯型液晶高分子(LCP)是本征阻燃的高分子材料，具有优异的成炭性能。液晶芳香族聚酯在液晶态下由于其大分子链是取向的，它有异常规整的纤维状结构，性能特殊，制品强度很高，并不亚于金属和陶瓷。拉伸强度和弯曲模量可超过10年发展起来的各种热塑性塑料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，其特点是本发明的目的在于利用液晶高分子纤维的高强度以承受应力，利用液晶高分子本征阻燃和良好的成炭特性，提供一种阻燃性能及力学性能优异的无卤低烟阻燃聚丙烯复合材料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：
聚丙烯 40-95wt％；
液晶高分子(LCP) 0-40wt％；
膨胀阻燃协效剂 0-20wt％；
相容剂 1-10wt％
其他助剂 0.1-2wt％。
进一步的，所述的聚丙烯为均聚或共聚聚丙烯，熔融指数为30-120g/10min。
进一步的，所述的液晶高分子材料为聚酯型液晶高分子。
进一步的，所述的膨胀型阻燃协效剂为聚磷酸铵。
进一步的，所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐或者硅烷偶联剂。
进一步的，所述的其他助剂主要为抗氧剂，主抗氧剂为3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯(3114)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、硫代二丙酸十八酯(DSTP)中的一种或几种；所述的辅抗氧剂为二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯(618)或三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)。
一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)先按如下重量份称取聚丙烯、膨胀型阻燃协效剂、相容剂和其他助剂，混合均匀，得到混合原料，然后再另外按重量称取液晶高分子材料；
(2)将上述混合后的原料干燥后，置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将液晶高分子材料从熔融段加料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得聚丙烯复合材料。
本发明的有益效果是：液晶高分子具有优异的成炭性能，可以作为膨胀型阻燃级的碳源和协效剂一起发挥膨胀阻燃效果，同时液晶高分子作为有异常规整的纤维状结构，性能特殊，强度很高，在复合材料体系中可以弥补因协效剂的加入而导致聚丙烯的力学性能下降。LCP与协效剂使用不仅实现聚丙烯阻燃，同时还能提高聚丙烯力学性能。
具体实施方式
本发明可通过下面优选方案获得进一步的阐述，但这些实施例仅在于举例说明,不对本发明的范围做出界定。
在实施例和对比例的复合材料配方中，所用聚丙烯为SK化学提供的共聚聚丙烯，商品牌号为3800；液晶高分子由上海普利特化工提供，商品牌号为KG300-130GTI；膨胀型阻燃协效剂由合肥皖燃新材料科技有限公司，商品名为聚磷酸铵；相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，自制；抗氧剂由BASF公司及英国ICE公司提供，商品牌号为Irganox 168和NegonoxDSTP。
实施例1-5
(1)按照表1配方，将聚丙烯、聚磷酸铵、聚丙烯接枝马来酸酐和抗氧剂按照重量称取，混合均匀，然后再另外按重量称取液晶高分子材料；
(2)将上述混合后的原料干燥后，置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将液晶高分子材料从熔融段加料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得聚丙烯复合材料。
先按如下重量份称取聚丙烯97.6％、抗氧剂168 0.3％，抗氧剂DSTP0.1％投入高速混合机中混合3～5min。待混合均匀后，将混合物置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，称取2％的有机改性蒙脱土从熔融段加料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：190℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得聚丙烯复合材料。所有材料性能测试结果见表2。
产品性能测试：
熔体流动速率测试；按ISO1133-1标准测试，测试条件为230℃、2.26Kg。拉伸性能：按ISO527-2标准进行，测试速率为5mm/min。弯曲性能：按IS178标准进行，跨距为64mm，测试速度为2mm/min。冲击性能：按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行，样条缺口为A型。垂直燃烧：按照GB/T 2408标准进行，具体结果见表1。
对比例1
(1)按照表1配方，将聚丙烯和抗氧剂按照重量称取，混合均匀；
(2)将上述原料置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得聚丙烯复合材料。所有材料性能测试结果见表2。
比较例2-4
(1)按照表1配方，将聚丙烯、聚磷酸铵、聚丙烯接枝马来酸酐和抗氧剂按照重量称取，混合均匀；
(2)将上述原料置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得聚丙烯复合材料。所有材料性能测试结果见表2。
表1高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料配方
表2高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料性能
从表2所示的各实施例及对比例的性能测试来看，采用本发明中所述的液晶高分子材料与膨胀型阻燃协效剂复配后，较纯PP和膨胀阻燃协效体系，在该性后材料的力学性能方面均有较高的提高效果，其拉伸强度从24.5MPa提高到32.1MPa，弯曲模量从1350MPa提升至1770MPa的区间范围内，冲击性能仍然能保持。LCP的添加对材料流动性、刚性和冲击性能均有较好的提高。随着这两者的复配，聚丙烯从原来的NR级别逐渐提高至V-0级别。在案例中，当LCP添加量为15wt％，聚磷酸铵的添加量为15wt％，二者协同作用效果最好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：
聚丙烯40-95wt％；
液晶高分子(LCP)0-40wt％；
膨胀型阻燃协效剂0-20wt％；
相容剂1-10wt％
其他助剂0.1-2wt％。
2.根据权利要求1所述的一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的液晶高分子为聚酯型液晶高分子，密度为1.3-1.5g/cm3，该材料作为增强填料和膨胀型阻燃剂中的碳源存在。
3.根据权利要求1所述的一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的膨胀型阻燃协效剂为聚磷酸铵，其作为膨胀型阻燃剂的酸源和气源存在。
4.根据权利要求1所述的一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的聚丙烯为230℃，2.16kg的测试条件下，熔融指数为10-150g/10min的共聚聚丙烯或均聚聚丙烯。
5.根据权利要求1所述的一种高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的其他助剂主要为抗氧剂，主抗氧剂为3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯(3114)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、硫代二丙酸十八酯(DSTP)中的一种或几种；所述的辅抗氧剂为二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯(618)或三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)。
6.权利要求1-5任意之一所述高强液晶高分子基膨胀阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)先按如下重量份称取聚丙烯、膨胀型阻燃协效剂、相容剂和其他助剂，混合均匀，得到混合原料，然后再另外按重量称取液晶高分子材料；
(2)将上述混合后的原料干燥后，置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将液晶高分子材料从熔融段加料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得聚丙烯复合材料。
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