CN109651709A - 一种新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚丙烯材料改性技术领域，特别涉及一种新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。复合材料包括以下重量份的原料组成：聚丙烯60‑80份；膨胀小球11‑16份；阻燃剂2‑5份；界面相容剂1‑4份；矿物填充3‑10份；CPE氯化聚乙烯1‑8份；抗氧剂0.2‑0.4份；润滑剂0.3‑0.5份。本发明制备的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，克服现有技术中高灼热丝阻燃聚丙烯复合材料会析出、密度偏大、力学性能低的不足，适应于家用电器、电子工业等产品材料的使用，具有重要的实际应用价值。

Description

一种新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料改性技术领域，特别涉及一种新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是产量最大的五种通用塑料之一，具有优异的力学性能、化学性能、绝缘性等特点，在电子、电器、汽车、包装、建筑等领域得到广泛应用，已成为通用树脂中发展最快的品种。但是由于聚丙烯属于易燃材料，其氧指数仅为18％左右，并且燃烧易熔滴，容易传播火焰引起火灾。因此需要对聚丙烯做阻燃改性以适应家用电器、电子工业产品对材料的要求。电子产品中某些元件因接触不良、过载或短路等原因造成局部过热并可能引起燃烧，由于聚丙烯材料氧指数低，在遇高温或明火时容易起燃，没有自熄及阻燃功能，这就会造成很大的安全隐患。为模拟电子电器产品的实际使用情况，评估塑胶材料的工作状态，灼热丝试验是较好的检验塑胶材料在电子电器工作时产品稳定性的方法。
关于850度高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，有关专利提出了一些解决方案，中国专利CN201110304170采用聚磷酸铵、微胶囊化三-(2，3-二溴丙基)异氰尿酸酯、三聚氰胺作为复配阻燃剂改性聚丙烯，此制备方案可以得到阻燃性能优异、灼热丝850℃不起燃的聚丙烯复合材料，但是由于其中的无卤阻燃剂为极性，与聚丙烯的相容性差，存在析出风险，而析出问题的发生将会导致产品表面喷霜泛白并且材料阻燃性能也会随之降低；中国专利CN201110389540采用氢氧化镁或氢氧化铝作为阻燃剂和玻璃纤维作为增强材料制备高灼热丝增强聚丙烯材料，由于氢氧化镁或氢氧化铝的阻燃效率低，因此需要添加较大比例才能达到高灼热丝性能，同时还添加了较高比例的玻璃纤维，使得最终复合材料的抗冲击韧性、伸长率大大降低；中国专利CN201110426731采用十溴二苯乙烷、三氧化二梯及氮磷系阻燃剂复配制备高灼热丝引燃温度的阻燃聚丙烯材料，此方案中十溴二苯乙烷与三氧化二梯的添加比例高，由于十溴二苯乙烷、三氧化二梯的密度都很大，这会使得最终产品的单位质量变得很重。
发明内容
为解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量份的原料组成：
优选地，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种混合。
优选地，膨胀小球由热塑性树脂的外壳和内包的低沸点烃类组成；所述热塑性树脂为丙烯腈系共聚物、丙烯酸系共聚物；外壳受热时软化，同时受内部低沸点烃类影响而膨胀。
优选地，所述阻燃剂为为溴代磷氮类化合物与五氧化二锑的混合物。
优选地，还可加入三氧化二锑，三氧化二锑与溴代磷氮类化合物并用受热时会形成卤化物SbX3和卤氧化物SbOX3，这些卤化物可呈固态或挥发成气态。卤化物呈固态时，覆盖在合成材料表面可以隔绝空气起到阻燃作用；卤化物挥发成气态时会吸热起降温作用，同时挥发的气体卤化物可起隔绝空气和吸收燃烧反应活性自由基，从而起到抑制燃烧过程的作用。
优选地，所述界面相容剂为乙烯丙烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐和聚丙烯接枝马来酸酐中的一种或者至少两种的混合组成。
优选地，所述矿物填充为滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、硅灰石中的一种或者至少两种的混合组成。
优选地，所述CPE氯化聚乙烯中氯的接枝率为35％-36％。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂和亚酯酸盐类抗氧剂中的一种或者至少两种的混合组成；
优选地，所述润滑剂为N，N’-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁中的一种或者至少两种的混合组成。
本发明还提供一种新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、按重量百分比称取聚丙烯、膨胀小球、阻燃剂、界面相容剂、矿物填充、氯化聚乙烯、抗氧剂、润滑剂；
步骤b、将步骤a中所有物料加入到高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，得到预混料；
步骤c、将步骤b得到的预混料从主喂料斗加入平行双螺杆挤出机，使所有组分物料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为160-220℃；
步骤d、将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料。
本发明提供的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，利用膨胀小球遇到850度灼热丝高温时小球内低沸点烷烃迅速汽化膨胀，并由于小球外壳在如此高温下软化熔融破裂而胀大逸出，逸出的烷烃气体在灼热丝高温环境下迅速燃烧掉，从而使测试样品在灼热丝周围形成空洞，以致灼热丝的热量能够迅速散发而不再引起测试样品材料的燃烧；
同时由于加入膨胀小球会对复合材料的抗冲击强度及韧性造成一定影响，因此复配部分CPE氯化聚乙烯，CPE的玻璃化转变温度低，对PP具有增韧作用，在高温下可以补偿因加入膨胀小球对复合材料造成抗冲击性能降低的影响，并且含卤素的CPE燃烧时产生氯化氢可中和燃烧反应的活性自由基，有助于终止燃烧反应，更进一步的，氯化氢气体本身难燃，既稀释了氧气浓度同时也形成了气体保护层隔离可燃物与氧气，由此最终制得高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料。
本发明提供的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，克服现有技术中高灼热丝阻燃聚丙烯复合材料会析出、密度偏大、力学性能低的不足，适应于家用电器、电子工业等产品材料的使用，具有重要的实际应用价值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明还提供如下配方及制备方法的实施例：
实施例1
按以下重量百分比组成进行配比：聚丙烯PPCS820 53.5份、聚丙烯PPK8009 20份、膨胀小球Expancel 951DU120 11份、高效低溴阻燃剂FR5011 3份、相容剂GPM200A 4份、硫酸钡C-001 5份、CPE氯化聚乙烯3份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、润滑剂EBS-SF0.3份。
按上述重量份数称取相应的原料；
之后，将所有物料加入到高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，得到预混料；
再将得到的预混料从主喂料斗加入平行双螺杆挤出机，使所有组分物料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃、机头190℃；
最后将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料。
实施例2
按以下重量百分比组成进行配比：聚丙烯PPCS820 50.5份、聚丙烯PPK8009 20份、膨胀小球Expancel 951DU120 13份、高效低溴阻燃剂FR5011 3份、相容剂GPM200A 2份、硫酸钡C-001 3份、CPE氯化聚乙烯8份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、润滑剂EBS-SF0.3份。
按上述重量份数称取相应的原料；
之后，将所有物料加入到高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，得到预混料；
再将得到的预混料从主喂料斗加入平行双螺杆挤出机，使所有组分物料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃、机头190℃；
最后将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料。
实施例3
按以下重量百分比组成进行配比：聚丙烯PPCS820 47.5份、聚丙烯PPK8009 20份、膨胀小球Expancel 951DU120 16份、高效低溴阻燃剂FR5011 3份、相容剂GPM200A 2份、硫酸钡C-001 10份、CPE氯化聚乙烯1份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、润滑剂EBS-SF0.3份。
按上述重量份数称取相应的原料；
之后，将所有物料加入到高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，得到预混料；
再将得到的预混料从主喂料斗加入平行双螺杆挤出机，使所有组分物料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃、机头190℃；
最后将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料。
实施例4
按以下重量百分比组成进行配比：聚丙烯PPCS820 54.5份、聚丙烯PPK8009 20份、膨胀小球Expancel 951DU120 13份、高效低溴阻燃剂FR5011 3份、相容剂GPM200A 1份、硫酸钡C-001 5份、CPE氯化聚乙烯3份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、润滑剂EBS-SF0.3份。
按以下重量百分比组成进行配比：聚丙烯PPCS820 47.5份、聚丙烯PPK8009 20份、膨胀小球Expancel 951DU120 16份、高效低溴阻燃剂FR5011 3份、相容剂GPM200A 2份、硫酸钡C-001 10份、CPE氯化聚乙烯1份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、润滑剂EBS-SF0.3份。
按上述重量份数称取相应的原料；
之后，将所有物料加入到高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，得到预混料；
再将得到的预混料从主喂料斗加入平行双螺杆挤出机，使所有组分物料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区180℃、五区180℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃、机头190℃；
最后将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料。
对比例1
对比例1采用的原料配方和制备方法和实施例4基本一致，区别在于不加入CPE氯化聚乙烯。
将上述各实验组按照实施例1所述制备方法进行制备，并制得所需检测待测样品，进行如下检测：密度、屈服强度、悬臂梁缺口冲击强度、UL-94阻燃、灼热丝可燃性指数，具体检测方法参照标准检测，此处不再赘述，检测结果如下表所示：
表1
从表1可以看出，随着膨胀小球添加比例的提高，材料内部含有低沸点烷烃比例大，受热膨胀逸出后燃烧损失速度快，在灼热丝周围的测试样品迅速形成空洞，灼热丝热量耗散快，进而使灼热丝传递给测试样品材料的热量减少以至不能引起测试样品材料燃烧从而通过测试；随着界面相容剂添加比例的提高，增加膨胀小球表面与聚丙烯树脂的相容性，材料力学性能提高；随着CPE氯化聚乙烯含量的增加，补充复合材料的抗冲韧性，材料冲击强度提高。本发明中采用的阻燃剂与聚丙烯树脂相容性良好，因而不会存在析出问题中采用的阻燃剂与聚丙烯树脂相容性良好，因而不会存在析出问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料组成：
2.根据权利要求1所述的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种混合。
3.根据权利要求1所述的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：膨胀小球由热塑性树脂的外壳和内包的低沸点烃类组成；所述热塑性树脂为丙烯腈系共聚物、丙烯酸系共聚物。
4.根据权利要求1所述的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为为溴代磷氮类化合物与五氧化二锑的混合物。
5.根据权利要求1所述的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述界面相容剂为乙烯丙烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐和聚丙烯接枝马来酸酐中的一种或者至少两种的混合组成。
6.根据权利要求1所述的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述矿物填充为滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、硅灰石中的一种或者至少两种的混合组成。
7.根据权利要求1所述的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述CPE氯化聚乙烯中氯的接枝率为35％-36％。
8.根据权利要求1所述的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂和亚酯酸盐类抗氧剂中的一种或者至少两种的混合组成。
9.根据权利要求1所述的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为N，N’-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁中的一种或者至少两种的混合组成。
10.根据权利要求1-9任一项所述的新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、按重量百分比称取聚丙烯、膨胀小球、阻燃剂、界面相容剂、矿物填充、氯化聚乙烯、抗氧剂、润滑剂；
步骤b、将步骤a中所有物料加入到高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，得到预混料；
步骤c、将步骤b得到的预混料从主喂料斗加入平行双螺杆挤出机，使所有组分物料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为160-220℃；
步骤d、将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到新型高灼热丝可燃性指数阻燃聚丙烯复合材料。
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