CN111484670A - 一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种公开了一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，该无卤阻燃聚丙烯是由以下质量百分比的原料组成：聚丙烯23～66.4%；阻燃协效剂1～5%；磷氮阻燃剂15～30%；玻璃纤维15‑30%；相容剂2～10%；抗氧剂0.4～1%；润滑剂0.2‑1%；本发明的优势在于采用特殊的阻燃协效剂降低了阻燃剂的整体使用量，阻燃性能优异能达到UL 94 V‑0级，燃烧过程中绿色、环保，不产生有毒气体，拉条过水不发生水滑具有优异的耐析出性能，并且通过润滑剂和相容剂的配合使用降低材料的表面浮纤，该材料通过异形玻纤和连续无碱玻纤复配，能有效改善产品的翘曲变形，具有更高的尺寸稳定性，本产品制备工艺简单，成本低，易于进行大规模工业化生产。

Description

一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯由于具有优良的力学、耐热性、质轻、耐化学溶剂性、吸水率低以及价格便宜等突出优点，被广泛用于汽车、家用电器、食品、医疗、建筑管材等多个领域；玻纤增强后材料的材料的强度、刚性、热变形温度都能得到明显的提高；但是由于聚丙烯自身氧指数仅有17，属于高度易燃类，因此极大地限制了其在某些特殊领域的应用；因此大多数聚丙烯在使用时会进行阻燃改性。
膨胀型阻燃剂是无卤阻燃聚丙烯材料使用最多的阻燃体系，常用的膨胀型阻燃剂有聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐等，这类阻燃剂虽然具有较好的效果但是由于其分解温度低，吸水率较高容易发生水解和析出，进而影响材料的外观和阻燃性能，并且添加量较高；因此通过合理的复配阻燃剂，降低添加量，从而降低成本是非常有必要的。
对于玻纤增强材料而言，表面通常易产生浮纤，从而影响制件外观，而且玻纤材料由于玻纤在加工时会沿流动方向取向，导致横向和纵向的收缩率不一致，从而引起产品翘曲变形，会限制聚丙烯的应用。
综上所述，有必要开发出一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料。
发明内容
本发明克服现有技术中的不足，提供一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，该材料优异的阻燃性能、耐析出性能并且尺寸稳定性高，不发生翘曲变形，表面性能优异无浮纤；实用性强、成本低、制备方法简单易于工业化生产；本发明采用的技术方案如下：
其原料按质量百分比计，详细配方如下：
聚丙烯23～66.4%
磷氮阻燃剂15～30%
阻燃协效剂1～5%
玻璃纤维15-30%
相容剂2～10%
抗氧剂0.4～1%
润滑剂0.2～1%。
1、聚丙烯是由均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中至少一种；聚丙烯的熔指为1-30g/10min（230℃，2.16Kg）。
2、阻燃协效剂为硼酸锌、氮化硼、氧化锌、蒙脱土中至少一种。
3、磷氮阻燃剂是由焦磷酸哌嗪、三聚氰胺聚磷酸盐一种或多种组成。
4、玻璃纤维是由无碱短切玻璃纤维和异形纤维按3～5:1～2比例复配而成，所述异形玻璃纤维的截面为椭圆形，所述异形玻璃纤维的异形比为2-10。
5、相容剂是由聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐、PP-g-GMA中的至少一种；
6、抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:1的比例复配组成。
7、润滑剂是聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、EBS和TAF中的一种或多种。
8、所述的制备过程：将聚丙烯、磷氮阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂、抗氧剂和相容剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，在加入双螺杆挤出机，玻纤为侧喂料口加入，挤出、拉条水冷切粒、均化后得到无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，加工温度180～200℃。
9、本发明的有益效果是：
（1）本发明的无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯材料通过使用耐析出，热性能更好磷氮阻燃剂，加入适量的阻燃协效剂，解决了传统膨胀型阻燃剂易析出、耐热差、添加量大等问题，通过复配协同作用也进一步降低了材料成本。
（2）本发明通过使用短切玻纤与异形玻纤复配，大大降低了材料的收缩率，提高了材料的尺寸稳定性，能有效防止材料翘曲变形。
（3）这种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯材料阻燃性能突出，通过润滑剂和相容剂的合理使用，材料表面浮纤低，与玻纤的相容性好，力学性能更优异，并且制备过程简单、有利于大规模工业化生产。
具体实施方式
一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料由以下质量百分比组成：
聚丙烯23～66.4%
磷氮阻燃剂15～30%
阻燃协效剂1～5%
玻璃纤维15-30%
相容剂2～10%
抗氧剂0.4～1%
润滑剂0.2～1%。
1优选的，所述的聚丙烯是由均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中至少一种；聚丙烯的熔指为1-30g/10min（230℃，2.16Kg）。
2优选的，所述的阻燃协效剂为硼酸锌、氮化硼、氧化锌、蒙脱土中至少一种。
3优选的，所述的磷氮阻燃剂是由焦磷酸哌嗪、三聚氰胺聚磷酸盐一种或多种组成；进一步优选焦磷酸哌嗪为金仕源有限公司的，蜜胺多磷酸盐为巴斯夫的MELAPUR 200。
4优选的，所述的玻璃纤维由无碱短切玻璃纤维和异形纤维按3～5:1～2比例复配而成，所述异形玻璃纤维的截面为椭圆形，所述异形玻璃纤维的异形比为2-10；熔体中具有更好的流动稳定性，降低不稳定流动导致的表面浮纤、流痕等外观问题。
5优选的，所述的相容剂是由聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐、PP-g-GMA中的至少一种。
6优选的，所述的抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:1的比例复配组成，进一步优选受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂分别是利安隆的1010和168。
7、优选的，所述的润滑剂是聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、EBS和TAF中的一种或多种。
8、优选的，所述的制备过程中：将聚丙烯、磷氮阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂、抗氧剂和相容剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，在加入双螺杆挤出机，玻纤为侧喂料口加入，挤出、拉条水冷切粒、均化后得到无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，加工温度180～200℃。
以下通过具体的实施例本本发明的内容作进一步的说明。
实施例和对比例的配方组成见表1
表1实施例和对比例的配方组成（质量百分比）
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
聚丙烯 49.4 29 43.2 32.3 36.3 43.2
磷氮阻燃剂 15 30 22 25 25 22
阻燃协效剂 5 1 3 4 0 3
相容剂 10 2 6 8 8 6
无碱玻纤 15 30 18 25 25 25
异形纤维 5 6 7 5 5 0
润滑剂 0.2 1 0.3 0.3 0.3 0.3
抗氧剂 0.4 1 0.5 0.4 0.4 0.5
表1中所使用的润滑剂为EBS，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，所使用的抗氧剂为1010和168配比为1:2，所使用的阻燃协效剂为硼酸锌。
将上述原料按照所述配比称量后，加入高速搅拌机混合均匀后，在加入双螺杆挤出机，挤出、拉条水冷切粒后得到无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，加工温度为180～200℃。
将加工后得到的复合材料通过表二所示的测试标准进行检测，表3为相应实施例和对比例的测试结果。
检测项目 单位 测试标准
拉伸强度 Mpa ISO527-2
弯曲模量 Mpa ISO 178
简支梁缺口冲击强度 Kj/m2 ISO 179
阻燃性能 CLASS UL 94
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
拉伸强度 62 84.7 72 82 78 70
弯曲模量 4660 6678 4996 5829 5779 5200
简支梁缺口冲击强度 6.5 5.5 7.8 8.8 7.3 8.2
阻燃性能（1.6mm） V-2 V-0 V-0 V-0 V-1 V-0
是否翘曲变形 否 否 否 否 否 是
拉条是否水滑 否 否 否 否 否 否
是否浮纤 否 否 否 否 否 否
通过表3可见，由对比例1可知由于没有加入阻燃协效剂，材料的阻燃性能有一定程度的降低，通过数据可知，加入阻燃协效剂不仅能够提高材料的阻燃性能还能够一定曾度的降低阻燃剂的添加量，这主要是由于阻燃协效剂具有辅助成炭的作用，形成更为致密的炭层，提高阻燃性能；通过对比对比例二可以发现使用异形玻纤后，材料的翘曲变形明显改善，尺寸稳定性提高，这主要是异形玻纤能有效避免各向同性，降低玻纤的流动方向取向；通过复配，使用高热稳定性的阻燃剂，其阻燃效率更高，材料阻燃性能好，耐析出和热稳定性更优异。
以上所述，仅是本发明的部分实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明技术方案范围内，对技术内容进行些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：是由以下质量百分比的原料组成：
聚丙烯23～66.4%
磷氮阻燃剂15～30%
阻燃协效剂1～5%
玻璃纤维15-30%
相容剂2～10%
抗氧剂0.4～1%
润滑剂0.2～1%。
2.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯是由均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中至少一种；聚丙烯的熔指为1-30g/10min（230℃，2.16Kg）。
3.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的阻燃协效剂为硼酸锌、氮化硼、氧化锌、蒙脱土中至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的磷氮阻燃剂是由焦磷酸哌嗪、三聚氰胺聚磷酸盐一种或多种组成。
5.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维是由无碱短切玻璃纤维和异形纤维按3～5:1～2比例复配而成，所述异形玻璃纤维的截面为椭圆形，所述异形玻璃纤维的异形比为2-10。
6.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂是由聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐、PP-g-GMA中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:1的比例复配组成。
8.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂是聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸钙、EBS和TAF中的一种或多种。
9.权利要求1～8中任意一项所述的一种无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下制备过程：将聚丙烯、磷氮阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂、抗氧剂和相容剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，在加入双螺杆挤出机，玻纤为侧喂料口加入，挤出、拉条水冷切粒、均化后得到无卤阻燃、低浮纤增强聚丙烯复合材料，加工温度180～200℃。
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