CN111333951A - 一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料及其制备方法，由以下重量份数的原料制备而成：100重量份数的聚烯烃弹性体、5～25重量份数的聚丙烯粉料、1～3重量份数的聚丙烯接枝马来酸酐、50～150重量份数的阻燃剂、3～15重量份数的阻燃协同剂Ⅰ、5～30重量份数的阻燃协同剂Ⅱ、2～20重量份数的耐磨剂、1.5～3重量份数的二甲基硅油、0.5～2重量份数的光稳定剂、0.5～2重量份数的紫外吸收剂和0.1～1重量份数的抗氧剂。本发明制备的汽车脚垫材料具有低烟、无卤、阻燃、柔软、耐磨、耐老化和易着色等特点。

Description

一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及低烟无卤阻燃复合材料及其制备方法，尤其涉及一种汽车脚垫用低烟无卤阻燃复合材料及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的蓬勃发展和行业法规的日趋严格，对汽车内饰及材料的要求越来越高。汽车脚垫作为应用最广泛的汽车内饰之一，大多采用传统的PVC材料进行制备。由于PVC材料含有卤素，一旦在汽车等密闭空间燃烧，不仅会释放大量的烟雾，而且会产生剧毒的卤化氢气体，火灾中对人的危害极大，其应用受到很大的挑战。有研究人员通过采用含氯元素的阻燃剂TCPP改性热塑性聚氨酯(TPU)制备汽车脚垫材料，但未解决材料的无卤化问题。还有研究人员采用膨胀石墨改性TPE或TPR材料制备阻燃汽车脚垫，但由于石墨为黑色的原因，制备的脚垫材料不易着色，对阻燃性的提高也非常有限。因此，开发一种低烟、无卤、无毒、阻燃、柔软、耐磨、耐老化和易着色的汽车脚垫材料十分必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题而提供一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料及其制备方法，本发明开发出的汽车脚垫材料具有低烟、无卤、阻燃、柔软、耐磨、耐老化和易着色的特点。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其中，由以下重量份数的原料制备而成：100重量份数的聚烯烃弹性体、5～25重量份数的聚丙烯粉料、1～3重量份数的聚丙烯接枝马来酸酐、50～150重量份数的阻燃剂、3～15重量份数的阻燃协同剂Ⅰ、5～30重量份数的阻燃协同剂Ⅱ、2～20重量份数的耐磨剂、1.5～3重量份数的二甲基硅油、0.5～2重量份数的光稳定剂(770)、0.5～2重量份数的紫外吸收剂(UV-329)和0.1～1重量份数的抗氧剂(1010)。

本发明所采用的聚烯烃弹性体为丙烯基热塑性弹性体POP，其邵氏硬度为50A～68A，熔融指数为3～20g/10min，拉伸强度≥7.5MPa。

本发明所采用的聚丙烯粉料为粒径≤0.5mm的聚丙烯粉料，熔融指数为2.8～15g/10min；优选地聚丙烯粉料，其熔融指数为3.5～5g/10min，拉伸强度≥32MPa。

本发明所采用的聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH),其接枝率≥0.5wt.％；优选地PP-g-MAH为埃克森美孚公司的型号1020，其接枝率为1.3wt.％。

本发明所采用的阻燃剂为具有阻燃和抑烟双重作用的勃姆石(AOH)，其密度为2.1g/cm3，热分解温度≥300℃；优选地勃姆石阻燃剂，其型号为AOH 60，其堆积密度为0.4-0.6g/ml，晶体粒径为10-15nm，比表面积≥170m2/g。

本发明所采用的阻燃协同剂Ⅰ为有机改性蒙脱土(OMMT)，其X射线衍射测试的d001层间距≥2.0nm；所述的阻燃协同剂Ⅱ为有机硅化合物SFR-100，其中，添加的OMMT和SFR-100的重量份数之比为1：1～1：3；优选地OMMT为美国Nanocor公司的型号Ⅰ.30P，其d001层间距为2.36nm，含水率≤1wt.％；优选地OMMT和SFR-100的添加质量份数之比为1：2。

本发明所采用的耐磨剂为纯度≥99.5％的氧化铝微粉；优选地氧化铝微粉，其平均粒度为20±5(nm)，外观为白色粉末状，含量≥99.9％。

本发明所采用的紫外吸收剂为二苯甲酮类紫外吸收剂或苯并三唑类紫外吸收剂；优选地紫外吸收剂为2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑，含量≥99％，熔点101-106℃，灰份≤0.1％。

本发明所采用的双螺杆挤出机，长径比(L/D)为40，其喂料区至机头区的温度依次设定为160℃、180℃、200℃和180℃。

为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将所述重量份数的聚丙烯粉料、二甲基硅油和耐磨剂依次加入混合机，高速混合3～5分钟，使得耐磨剂氧化铝微粉均匀分散于聚丙烯粉体中；

第二步，将所述重量份数的聚烯烃弹性体、聚丙烯接枝马来酸酐、阻燃剂、阻燃协同剂Ⅰ、阻燃协同剂Ⅱ、光稳定剂、紫外吸收剂和抗氧剂依次加入上述的混合机，高速混合5～10分钟，使所有原料充分混合均匀；

第三步，设定双螺杆挤出机的温度，由喂料区至机头区依次为160℃、180℃、200℃和180℃，并将上述混合机中充分混合均匀的物料移入挤出机的喂料口，经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制备得到一种低烟无卤阻燃汽车脚垫复合材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用聚烯烃弹性体POP，并配合添加少量的PP粉料为基本材料，与传统的PVC脚垫材料相比，其本身具有无卤、无毒、生烟小的特点，同时，保持了较高的柔软性和拉伸强度。

(2)本发明通过添加阻燃协同剂OMMT和SFR-100，减少了无机阻燃剂勃姆石的添加量，保持了高分子材料原有的物理机械性能，提高了阻燃的效率，并进一步降低了材料的生烟速率和总生烟量。

(3)该汽车脚垫材料具有低无卤、低烟、阻燃、柔软、强度高、耐老化、易着色、耐磨和无气味等特点。

具体实施方式

本发明提供了一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其中，由以下重量份数的原料制备而成：100重量份数的聚烯烃弹性体、5～25重量份数的聚丙烯粉料、1～3重量份数的聚丙烯接枝马来酸酐、50～150重量份数的阻燃剂、3～15重量份数的阻燃协同剂Ⅰ、5～30重量份数的阻燃协同剂Ⅱ、2～20重量份数的耐磨剂、1.5～3重量份数的二甲基硅油、0.5～2重量份数的光稳定剂(770)、0.5～2重量份数的紫外吸收剂(UV-329)和0.1～1重量份数的抗氧剂(1010)。

具体地，所述的聚烯烃弹性体为丙烯基热塑性弹性体POP，其邵氏硬度为50A～68A，熔融指数为3～20g/10min，拉伸强度≥7.5MPa。

具体地，所述聚丙烯粉料为粒径≤0.5mm的聚丙烯粉料，熔融指数为2.8～15g/10min；优选地聚丙烯粉料，其熔融指数为3.5～5g/10min，拉伸强度≥32MPa。

具体地，所述聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH),其接枝率≥0.5wt.％；优选地PP-g-MAH为埃克森美孚公司的型号1020，其接枝率为1.3wt.％。

具体地，所述阻燃剂为具有阻燃和抑烟双重作用的勃姆石(AOH)，其密度为2.1g/cm3，热分解温度≥300℃；优选地勃姆石阻燃剂，其型号为AOH 60，其堆积密度为0.4-0.6g/ml，晶体粒径为10-15nm，比表面积≥170m2/g。

具体地，所述阻燃协同剂Ⅰ为有机改性蒙脱土(OMMT)，其X射线衍射测试的d001层间距≥2.0nm；所述的阻燃协同剂Ⅱ为有机硅化合物SFR-100，其中，添加的OMMT和SFR-100的重量份数之比为1：1～1：3；优选地OMMT为美国Nanocor公司的型号Ⅰ.30P，其d001层间距为2.36nm，含水率≤1wt.％；优选地OMMT和SFR-100的添加质量份数之比为1：2。

具体地，所述耐磨剂为纯度≥99.5％的氧化铝微粉；优选地氧化铝微粉，其平均粒度为20±5(nm)，外观为白色粉末状，含量≥99.9％。

具体地，所述紫外吸收剂为二苯甲酮类紫外吸收剂或苯并三唑类紫外吸收剂；优选地紫外吸收剂为2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑，含量≥99％，熔点101-106℃，灰份≤0.1％。

本发明所采用的双螺杆挤出机，长径比(L/D)为40，其喂料区至机头区的温度依次设定为160℃、180℃、200℃和180℃。

为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将所述重量份数的聚丙烯粉料、二甲基硅油和耐磨剂依次加入混合机，高速混合3～5分钟，使得耐磨剂氧化铝微粉均匀分散于聚丙烯粉体中；

第二步，将所述重量份数的聚烯烃弹性体、聚丙烯接枝马来酸酐、阻燃剂、阻燃协同剂Ⅰ、阻燃协同剂Ⅱ、光稳定剂、紫外吸收剂和抗氧剂依次加入上述的混合机，高速混合5～10分钟，使所有原料充分混合均匀；

第三步，设定双螺杆挤出机的温度，由喂料区至机头区依次为160℃、180℃、200℃和180℃，并将上述混合机中充分混合均匀的物料移入挤出机的喂料口，经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制备得到一种低烟无卤阻燃汽车脚垫复合材料。

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。

本发明中以下实施例和比较例所用原材料牌号、物性列于表1：

表1

以下实施例和比较例中，制备得到的一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其卤素含量采用元素分析仪进行测试，其硬度采用邵氏硬度计进行测试，其力学性能在电子拉力机上进行测试，拉伸速度为500mm/min，其热老化性能采用热老化箱进行测试，在136±1℃老化168小时后，测试拉伸强度或断裂伸长率的变化率≤±25％；其紫外光老化采用紫外光老化试验箱进行，实验条件为在800W/m²的辐射强度下连续辐照168小时；其耐磨性采用DIN磨耗试验进行测试，测试结果采用耐磨指数进行表示；其耐燃性采用极限氧指数(LOI)和UL94垂直燃烧进行测试；其中，LOI的样条尺寸：长/宽/厚为120mm/12.5mm/3mm，UL94垂直燃烧的样条尺寸：长/宽/厚为125mm/12.5mm/0.8mm。其燃烧时的热释放和烟气释放，采用锥形量热仪进行测试，辐照强度为35KW/m2，样品的尺寸：长/宽/厚为100mm/100mm/4mm。

本发明实施例1～3和比较例4～12的配方及组成见表2：

表2

本发明上述实施例1～3和比较例4～12的测试结果与性能指标列在表3中：

表3

实施例1～3：采用POP弹性体和PP粉为基本材料，添加勃姆石AOH为无机阻燃剂，添加OMMT和SFR-100为阻燃协同剂，添加氧化铝微粉为耐磨剂，其它各组分详见表2中的实施例数据；由表3中的实施例1～3的测试结果可见，所制备的低烟无卤阻燃汽车脚垫材料具有无卤、低烟、阻燃、柔软、强度高、耐老化、耐磨和无气味的特点。

比较例4～7：对比实施例1～3，未添加阻燃协同剂SFR-100或OMMT的比较例4或5，其UL94垂直燃烧为V-1级，热释放速率峰值超过了100kW/m²，烟释放总量超过了200m²；未添加紫外吸收剂UV-329的比较例6，其紫外老化后拉伸强度保持率仅为53％，且出现严重的黄变现象；未添加氧化铝微粉的比较例7，其耐磨性能大大降低，耐磨指数仅为78％。

比较例8～12：分别采用含有苯环结构的SBS、TPU、TPEE为基本材料的比较例8、比较例10和比较例11，其燃烧的烟释放速率峰值(大于5×10^-2m²/s)和烟释放总量(大于500m²)都明显增加；比较例8和比较例10经紫外光老化后，出现了轻微的黄变现象；采用EVA为基本材料的比较例9，具有明显的醋酸气味；而以PVC为基本材料的比较例12，虽然LOI明显提高，但烟释放显著增加，而且释放大量的氯化氢气体，火灾危害极大。

以上实施例表明，本发明制备的一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，具有无卤、低烟、阻燃、柔软、强度高、耐老化、耐磨和无气味等特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，任何在此基础上，对其中配方和工艺的局部变动，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：100重量份数的聚烯烃弹性体、5～25重量份数的聚丙烯粉料、1～3重量份数的聚丙烯接枝马来酸酐、50～150重量份数的阻燃剂、3～15重量份数的阻燃协同剂Ⅰ、5～30重量份数的阻燃协同剂Ⅱ、2～20重量份数的耐磨剂、1.5～3重量份数的二甲基硅油、0.5～2重量份数的光稳定剂、0.5～2重量份数的紫外吸收剂和0.1～1重量份数的抗氧剂。

2.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其特征在于，所述的聚烯烃弹性体为丙烯基热塑性弹性体POP，其邵氏硬度为50A～68A，熔融指数为3～20g/10min，拉伸强度≥7.5MPa。

3.根据权利要求1或2所述的低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其特征在于，所述聚丙烯粉料为粒径≤0.5mm的聚丙烯粉料，熔融指数为2.8～15g/10min。

4.根据权利要求1-3任一项所述的低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其特征在于，所述聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH),其接枝率≥0.5wt.％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其特征在于，所述阻燃剂为具有阻燃和抑烟双重作用的勃姆石(AOH)，其密度为2.1g/cm3，热分解温度≥300℃。

6.根据权利要求1-5任一项所述的低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其特征在于，所述阻燃协同剂Ⅰ为有机改性蒙脱土(OMMT)，其X射线衍射测试的d001层间距≥2.0nm；所述的阻燃协同剂Ⅱ为有机硅化合物SFR-100，其中，添加的OMMT和SFR-100的重量份数之比为1：1～1：3。

7.根据权利要求1-6任一项所述的低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其特征在于，所述耐磨剂为纯度≥99.5％的氧化铝微粉。

8.根据权利要求1-7任一项所述的低烟无卤阻燃汽车脚垫材料，其特征在于，所述紫外吸收剂为二苯甲酮类紫外吸收剂或苯并三唑类紫外吸收剂。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的低烟无卤阻燃汽车脚垫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将所述重量份数的聚丙烯粉料、二甲基硅油和耐磨剂依次加入混合机，高速混合3～5分钟，使得耐磨剂氧化铝微粉均匀分散于聚丙烯粉体中；

第二步，将所述重量份数的聚烯烃弹性体、聚丙烯接枝马来酸酐、阻燃剂、阻燃协同剂Ⅰ、阻燃协同剂Ⅱ、光稳定剂、紫外吸收剂和抗氧剂依次加入上述的混合机，高速混合5～10分钟，使所有原料充分混合均匀；

第三步，设定双螺杆挤出机的温度，由喂料区至机头区依次为160℃、180℃、200℃和180℃，并将上述混合机中充分混合均匀的物料移入挤出机的喂料口，经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制备得到一种低烟无卤阻燃汽车脚垫复合材料。

10.一种低烟无卤阻燃汽车脚垫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将所述重量份数的聚丙烯粉料、二甲基硅油和耐磨剂依次加入混合机，高速混合3～5分钟，使得耐磨剂氧化铝微粉均匀分散于聚丙烯粉体中；

第二步，将所述重量份数的聚烯烃弹性体、聚丙烯接枝马来酸酐、阻燃剂、阻燃协同剂Ⅰ、阻燃协同剂Ⅱ、光稳定剂、紫外吸收剂和抗氧剂依次加入上述的混合机，高速混合5～10分钟，使所有原料充分混合均匀；

第三步，设定双螺杆挤出机的温度，由喂料区至机头区依次为160℃、180℃、200℃和180℃，并将上述混合机中充分混合均匀的物料移入挤出机的喂料口，经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制备得到一种低烟无卤阻燃汽车脚垫复合材料。