CN110240767A - 一种抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料及制备方法 - Google Patents

一种抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑装饰材料技术领域，具体涉及一种抗拉伸蠕变及无溴阻燃性优的发泡聚苯乙烯复合材料，并进一步公开其制备方法。本发明所述发泡聚苯乙烯复合材料主要使用通用级聚苯乙烯、酚醛树脂、聚丙烯网状纤维、岩棉纤维、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维为原料，并通过添加相容剂、润滑剂、偶联剂、发泡剂和紫外光吸收剂为助剂进行挤出造粒及成型得到。本发明所述发泡聚苯乙烯复合材料，在各原料组分的协调作用下，大大提升了发泡聚苯乙烯复合材料的抗拉伸蠕变性能及阻燃性能，不含有毒的溴系阻燃剂，可以用于对聚苯乙烯发泡复合材料的抗拉伸蠕变性能及阻燃性能要求较高的领域使用，大大扩展了发泡聚苯乙烯复合材料的应用领域。

Description

一种抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料及制备方法
技术领域
本发明属于建筑装饰材料技术领域，具体涉及一种抗拉伸蠕变及无溴阻燃性能优异的发泡聚苯乙烯复合材料，并进一步公开其制备方法。
背景技术
全塑复合材料是一种完全由塑料制备的复合材料，其不使用任何木质成分，通过微发泡、注射或挤出成型等加工工艺制备得到外观与木材相似、密度与木材相当的制品，其中发泡聚苯乙烯复合材料是研究较多的一个方向之一。
与第一代塑木复合材料相比，发泡聚苯乙烯复合材料产品具有质量轻、优良的耐水性、耐久性及装饰性等，并在市场上应用广泛。但是，与一代塑木相比，由于全塑聚苯乙烯材料的自身韧性较强，但刚性却不够，导致蠕变性明显，尤其是用于大跨距型材使用时，其蠕变性更为明显，导致使用过程极易出现板材翘曲等情况，严重影响使用效果；同时，由于聚苯乙烯的易燃性，使得发泡聚苯乙烯复合材料的阻燃性能也相对较差。现有技术中为了改善发泡聚苯乙烯材料的抗蠕变性能，通常采用多层共挤型材的方式来提高发泡聚苯乙烯材料的刚性以降低蠕变性能，但是一方面制备工艺过于繁琐，同时在长时间使用时，各层间极易发生开裂进而影响使用性能和效果；而为了提高发泡聚苯乙烯材料的阻燃性能，现有技术中通常采用外加溴系阻燃剂的方式提高阻燃性以降低安全隐患，并取得了较好的阻燃效果，但是，由于溴系阻燃剂在阻燃过程会释放有毒的溴化氢，不符合当前环保的要求，而且多数的外加阻燃剂均是小分子化合物，导致发泡聚苯乙烯材料在户外长时间使用时极易随雨水流失，从而降低阻燃性能。在实验室测试过程中，经过沸水煮试验后也会明显降低阻燃性能。可见，开发一种抗拉伸蠕变及无溴阻燃性能优异的发泡聚苯乙烯复合材料有利于扩展发泡聚苯乙烯复合材料的户外应用领域。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗拉伸蠕变及无溴阻燃性优的发泡聚苯乙烯复合材料，以解决现有技术中发泡聚苯乙烯复合材料由于抗拉伸蠕变性能和阻燃性能较差而不利于户外使用的问题；
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述抗拉伸蠕变及无溴阻燃性优的发泡聚苯乙烯复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料，所述聚苯乙烯材料的制备原料包括如下重量份的组分：
具体的，所述聚丙烯网状纤维的长度为5-10mm。
具体的，所述岩棉纤维长度为3-8mm。
具体的，所述聚四氟乙烯纤维长度为3-8mm。
具体的，所述相容剂包括苯乙烯与顺丁烯二酸酐的共聚物(CAS：9011-13-6)。
具体的，所述偶联剂包括2-[(2-氨基乙基)氨基]乙醇锆络合物，简称锆偶联剂LZ44，CAS：103373-95-1。
具体的，所述润滑剂包括增硬蜡聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡，可以增强复合材料材质表面的硬度。
具体的，所述发泡剂包括对甲苯磺酰肼和/或碳酸氢钠。
具体的，所述紫外光吸收剂包括为2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑和/或2，4-二羟基二苯甲酮。
本发明还公开了一种制备所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料的方法，包括如下步骤：
(1)取干燥好的配方量的聚苯乙烯、酚醛树脂、岩棉纤维、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯网状纤维，以及所述发泡剂、相容剂、偶联剂和润滑剂按照配方量混合并出料，得到预混料；
(2)将所述预混料加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到粒料；
(3)将上述制得粒料置于锥形双螺杆型材挤出机中进行挤出成型，得到聚苯乙烯发泡型材；
(4)将所述聚苯乙烯发泡型材经冷却定型、定长切割制得成品，即得。
优选的，所述步骤(1)中，所述混合步骤为将所述制备原料于95-120℃进行混匀。
优选的，所述步骤(1)，所述出料步骤为将所述预混料降温至80℃进行出料。
优选的，所述步骤(2)中，控制所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为140-165℃，螺杆转速为80-100rpm。
优选的，所述步骤(3)中，控制所述锥形双螺杆型材挤出机的机筒温度为170-200℃，螺杆转速为10-30rpm。
本发明所述发泡聚苯乙烯复合材料主要使用通用级聚苯乙烯、酚醛树脂、聚丙烯网状纤维、岩棉纤维、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维为原料，并通过添加相容剂、润滑剂、偶联剂、发泡剂和紫外光吸收剂为助剂进行挤出造粒及成型得到。本发明所述发泡聚苯乙烯复合材料，借助配方中的酚醛树脂、聚丙烯网状纤维、岩棉纤维及聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维进行复合来提升聚苯乙烯发泡体系的抗拉伸蠕变性能，酚醛树脂具有成型后硬度及抗拉伸强度高的特性；聚醚酰亚胺属于超级工程塑料，在高温和应力下的优异的长期抗蠕变性能使其可以在许多结构设备中代替金属来使用；酚醛树脂及聚醚酰亚胺材料参与成型后，复合材料的抗拉伸蠕变模量提高明显；聚丙烯网状纤维、岩棉纤维及碳化硅纤维的参与也明显提高了材料的抗拉伸蠕变性能；另外，酚醛树脂、岩棉纤维、聚醚酰亚胺及聚四氟乙烯纤维的使用在提高聚苯乙烯复合材料抗拉伸蠕变性能的同时，也大大提升了材料的阻燃性能，这些阻燃材料直接参与型材的制备，属于自身阻燃的无溴材料，且不会随着雨水而出现明显流失，最终复合材料的氧指数达到38％以上。本发明所述发泡聚苯乙烯复合材料，在各原料组分的协调作用下，大大提升了发泡聚苯乙烯复合材料的抗拉伸蠕变性能及阻燃性能，可以用于对聚苯乙烯发泡复合材料的抗拉伸蠕变及阻燃性能要求较高的户外领域使用，大大扩展了发泡聚苯乙烯复合材料的应用领域。
具体实施方式
本发明下述实施例中：
所述聚苯乙烯选用市售通用级聚苯乙烯，燕山石化公司；
所述酚醛树脂为粉状固体酚醛树脂产品，购自山东圣泉新材料股份有限公司，型号为PF-4650；
所述聚丙烯网状纤维的长度为5-10mm，购自常州利尔德通新材料科技有限公司；
所述岩棉纤维长度为3-8mm，购自深圳市纤谷科技有限公司；
所述聚四氟乙烯纤维长度为2-8mm，购自安徽元琛环保科技股份有限公司；
所述相容剂为苯乙烯与顺丁烯二酸酐的共聚物(CAS：9011-13-6)，购自湖北广奥生物科技有限公司；
所述偶联剂采用2-[(2-氨基乙基)氨基]乙醇锆络合物，简称锆偶联剂LZ44，CAS：103373-95-1，阿拉丁试剂有限公司；
所述润滑剂采用增硬蜡聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡，购自南京天诗新材料科技有限公司，产品型号PEW-0678F；
所述发泡剂采用对甲苯磺酰肼和/或碳酸氢钠或者二者的混合物。
所述紫外光吸收剂为2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑和/或2，4-二羟基二苯甲酮，购自阿拉丁试剂有限公司。
实施例1
本实施例所述抗拉伸蠕变及无溴阻燃性优的发泡聚苯乙烯复合材料，以所述复合材料的制备原料总量计，包括如下质量含量的原料组分：
本实施例所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥好的选定量的所述聚苯乙烯、酚醛树脂、岩棉纤维、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯网状纤维和各种助剂，于95℃充分混合均匀，并出料至冷混中，降温至80℃出料，制得专用预混料；
(2)将上述专用预混料加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒，控制所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为140℃，螺杆转速为100rpm，得到粒料；
(3)将所得粒料放入锥形双螺杆型材挤出机中进行挤出成型，控制所述锥形双螺杆型材挤出机的机筒温度为170℃，螺杆转速为25rpm，得到聚苯乙烯发泡型材；
(4)将挤出成型的聚苯乙烯发泡型材经冷却定型、定长切割制得所需发泡聚苯乙烯复合材料成品。
实施例2
本实施例所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯复合材料，其制备原料包括如下重量份的原料组分：
本实施例所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥好的选定量的所述聚苯乙烯、酚醛树脂、岩棉纤维、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯网状纤维和各种助剂，于120℃充分混合均匀，并出料至冷混中，降温至80℃出料，制得专用预混料；
(2)将上述专用预混料加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒，控制所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为165℃，螺杆转速为80rpm，得到粒料；
(3)将所得粒料放入锥形双螺杆型材挤出机中进行挤出成型，控制所述锥形双螺杆型材挤出机的机筒温度为200℃，螺杆转速为10rpm，得到聚苯乙烯发泡型材；
(4)将挤出成型的聚苯乙烯发泡型材经冷却定型、定长切割制得所需发泡聚苯乙烯复合材料成品。
实施例3
本实施例所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯复合材料，其制备原料包括如下质量的原料组分：
本实施例所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥好的选定量的所述聚苯乙烯、酚醛树脂、岩棉纤维、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯网状纤维和各种助剂，于105℃充分混合均匀，并出料至冷混中，降温至80℃出料，制得专用预混料；
(2)将上述专用预混料加入平行双螺杆挤出机中挤出造粒，控制所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为150℃，螺杆转速为90rpm，得到粒料；
(3)将所得粒料放入锥形双螺杆型材挤出机中进行挤出成型，控制所述锥形双螺杆型材挤出机的机筒温度为185℃，螺杆转速为20rpm，得到聚苯乙烯发泡型材；
(4)将挤出成型的聚苯乙烯发泡型材经冷却定型、定长切割制得所需发泡聚苯乙烯复合材料成品。
实施例4
本实施例所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯复合材料，其制备原料包括如下质量的原料组分：
本实施例所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯复合材料的制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯复合材料，其制备原料包括如下质量的原料组分：
本实施例所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯复合材料的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例所述复合材料的制备原料成分、配比，以及制备方法与实施例1相同，其区别仅在于，不含有酚醛树脂。
对比例2
本对比例所述复合材料的制备原料成分、配比，以及制备方法与实施例1相同，其区别仅在于，不含有岩棉纤维。
对比例3
本对比例所述复合材料的制备原料成分、配比，以及制备方法与实施例1相同，其区别仅在于，不含有聚醚酰亚胺。
对比例4
本对比例所述复合材料的制备原料成分、配比，以及制备方法与实施例1相同，其区别仅在于，不含有聚四氟乙烯纤维。
对比例5
本对比例所述复合材料的制备原料成分、配比，以及制备方法与实施例1相同，其区别仅在于，不含有聚丙烯网状纤维。
对比例6
本对比例所述复合材料为市售普通发泡聚苯乙烯复合材料，购自上海美佳塑料制品有限公司。
对比例7
本对比例所述复合材料为采用中国专利CN102408640B中实施例1中制得的材料。
实验例
将上述实施例1-5和对比例1-7中所述塑木复合材料按照GB/T17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》的标准进行抗拉强度、耐沸水性(12h)的检测；按照GB/T11546.1-2008《塑料蠕变性能的测定第1部分：拉伸蠕变》的标准进行拉伸蠕变模量的测试；氧指数的测试依据GB/T 2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分室温试验》进行检测。
测试结果见下表1中所示。
表1所述复合材料的性能测试结果
从上表数据可以看出，本发明所述发泡聚苯乙烯复合材料，在各原料组分的协调作用下，大大提升了发泡聚苯乙烯复合材料的抗蠕变性能及阻燃性能。其中，实施例1-5的抗拉强度都在30MPa以上，拉伸蠕变模量基本都在14Mpa左右，抗拉伸蠕变性能出众，同时，氧指数基本都在38％以上，且经过沸水煮12h后氧指数没有明显变化，说明本发明复合材料不仅具有优良的阻燃能力，而且具有持久的阻燃性能，可以长时间用到对抗拉伸蠕变性能及阻燃性能要求较高的环境中使用。
而对比例中由于缺少部分相关主要组分会导致抗拉强度和拉伸蠕变模量出现明显的下降，且氧指数也降低，阻燃能力也出现下降，详见对比例1-5。
市售普通聚苯乙烯复合材料产品及普通阻燃型聚苯乙烯复合材料的抗拉强度及抗拉伸蠕变性能较差，抗拉强度基本在18MPa左右，拉伸蠕变模量基本都在10Mpa以下，且氧指数基本都在25％以下，阻燃能力差(对比例6、7)。普通阻燃型聚苯乙烯复合材料(对比例7)经过沸水煮12h出现明显下降，很显然不适合用于对抗拉伸蠕变性能及阻燃性能要求较高(如长期用于户外要求阻燃持久等)的领域使用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料，其特征在于，所述聚苯乙烯材料的制备原料包括如下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯网状纤维的长度为5-10mm。
3.根据权利要求1或2所述的抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料，其特征在于，所述岩棉纤维长度为3-8mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯纤维长度为3-8mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料，其特征在于：
所述相容剂包括苯乙烯与顺丁烯二酸酐的共聚物；
所述偶联剂包括2-[(2-氨基乙基)氨基]乙醇锆络合物；
所述发泡剂包括对甲苯磺酰肼和/或碳酸氢钠；
所述润滑剂包括增硬蜡聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡；
所述紫外光吸收剂包括为2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑和/或2，4-二羟基二苯甲酮。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取干燥好的所述通用级聚苯乙烯、酚醛树脂、岩棉纤维、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯网状纤维，以及所述发泡剂、相容剂、偶联剂和润滑剂按照配方量混合并出料，得到预混料；
(2)将所述预混料加入平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到粒料；
(3)将上述制得粒料置于锥形双螺杆型材挤出机中进行挤出成型，得到聚苯乙烯发泡型材；
(4)将所述聚苯乙烯发泡型材经冷却定型、定长切割制得成品，即得。
7.根据权利要求6所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述混合步骤为将所述制备原料于95-120℃进行混匀。
8.根据权利要求7所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)，所述出料步骤为将所述预混料降温至80℃进行出料。
9.根据权利要求6-8任一项所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为140-165℃，螺杆转速为80-100rpm。
10.根据权利要求6-9任一项所述抗拉伸蠕变无溴阻燃型发泡聚苯乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，控制所述锥形双螺杆型材挤出机的机筒温度为170-200℃，螺杆转速为10-30rpm。
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