CN111688148B - 一种高强高韧阻燃再生塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强高韧阻燃再生塑料及其制备方法，包括由废旧塑料与橡胶熔融共混造粒制得的增韧层树脂原料，和由无机粒子与阻燃剂复配的功能添加剂与废旧塑料熔融共混造粒制得的增强层树脂原料，经共挤出制备得到增韧层与增强层交替排布的多层状再生塑料，所述增强层具有高强度和阻燃性，所述增韧层具有韧性和抗冲击性，所述多层状再生塑料的层数和层厚比可调可控。本发明将组分配方设计与层状仿生结构设计相结合，最大限度发挥各组分性能优势，实现废旧塑料的高性能化再生利用。

Description

一种高强高韧阻燃再生塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料回收再生技术领域，尤其涉及一种高强度、高韧性、阻燃塑料及其制备方法。
背景技术
随着高分子材料在各行各业中广泛应用，因而大量废旧塑料也随之产生，造成极大的环境问题，因而再资源化利用的需求十分迫切。对于大多数废旧塑料，由于填料助剂的存在，以及二次加工过程分子链的降解导致其综合性能很难满足消费者对制品美观性、功能性、安全性等方面的要求，因而很少直接利用，大都需要进行必要的改性。与其它聚合物的合金化或与填料的复合化是目前废旧塑料再资源化利用的主要途径，但往往难以兼顾多种性能的平衡。例如，将无机粒子分散在废旧聚丙烯(PP)中，能提高其刚性和耐热性能，但分子链的运动会受到限制，进而表现为韧性下降；将橡胶分散在废旧PP中将显著提高后者的冲击强度和断裂伸长率，然而刚性和耐热性会随之降低。因此，如何充分发挥各组分的性能优势，实现废旧塑料的高效、高性能化改性至关重要。
201810264293.2公开了一种高强度高韧性聚丙烯再生颗粒的制备方法。该方法通过弹性体对经过活化处理的刚性粒子进行包覆，形成核-壳结构的粒子来对废旧聚丙烯材料进行增强增韧。其工艺较为繁琐，改性成本高，且“核-壳”结构的构筑具有不确定性，可能会在熔融加工中被破坏。
Li等人[Polymer，2017，124：41-47.]则公开了一种反应性熔融共混改性方法，使废旧ABS(rABS)与邻苯二甲酸二酐(PMDA)进行原位扩链反应，实现了rABS强度和韧性的同步提升。当添加0.9wt％PMDA时，PMDA/rABS的缺口冲击强度和拉伸强度比rABS提升了140％和36％。虽然这种技术改性效果显著，但热塑加工过程的扩链反应可控性低，制品性能批次稳定性难以控制。
目前，大多数废旧塑料的高性能化改性都是通过多种功能改性组分的熔融共混来实现。然而，共混物的相形态往往受限于各组分的粘度比、组分比、以及相容性等，因此通过共混来制备高强高韧阻燃再生塑料需要考虑和平衡多重因素，给材料的设计、加工等都将带来诸多限制，最终性能也往往顾此失彼，难以满足应用需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有问题而提出的一种实现废旧塑料强度、韧性和阻燃性能同步提升的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明包括以下步骤：
A.将废旧塑料与橡胶进行熔融共混后造粒得到增韧层树脂原料，将无机粒子与阻燃剂在气流混合系统中充分混合后，再与废旧塑料熔融共混造粒得到增强层树脂原料；
B.将所述增强层树脂原料和所述增韧层树脂原料分别投入挤出机中熔融共挤出；
C.两组挤出机中的熔体过滤滤除大粒径粒子后流入汇流器中形成增强层和增韧层的叠合结构，进入层倍增器中进行切割和层叠，经过牵引和冷却，制备出增韧层与增强层交替排布的多层状再生塑料。
进一步地，所述废旧塑料是指经过一次热塑成型加工使用后经回收、清洁、破碎、得到的塑料原料,且所述废旧塑料中固含量所占的质量分数小于25％，所述固含量是指废旧塑料在热塑加工中无法熔融的金属、无机物或高熔点有机物。
进一步地，所述增韧层树脂原料为橡胶与废旧塑料按照质量比1:1-10进行熔融共混后造粒获得用以提高材料韧性，所述增强层树脂原料为功能添加剂与废旧塑料按照质量比1：1-5进行熔融共混后造粒获得用以同步提高材料强度和阻燃性，所述功能添加剂为无机粒子与阻燃剂按照质量比2:1-1:4在气流混合系统中充分混合后所得的复配粒子，所述气流混合系统为利用压缩空气为搅拌动力的混合装置，仅用于无机粒子与阻燃剂的分散混合，不对其形态结构和粒径产生影响。
进一步地，每台挤出机与汇流器之间均有过滤装置连接，所述过滤装置通过选择安装一定目数的滤网来滤除熔体中的大粒径粒子并达到进一步促进粒子分散的作用，所述滤网的最大目数为400目。
进一步地，所述无机粒子可以是滑石粉、SiO2、玻璃纤维、CaCO3或蒙脱土中的一种或者多种。
进一步地，所述增韧层中添加有1％-3％的偶联剂，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或者多种。
进一步地，所述增韧层中设置有1％-3％的增容剂，所述增容剂层包括反应型增容剂和非反应型增容剂，所述反应型增容剂包括羧酸型增容剂、酸酐型增容剂或环氧型增容剂中的一种或多种，非反应型包括嵌段共聚物增容剂、接枝共聚物增容剂或无规共聚物增容剂中的一种或多种。
进一步地，所述层倍增器的数量为n(1，2，3，…)，对应的复合材料层数为2(n+1)，n最大值可选至10.
一种高强高韧阻燃再生塑料，包括废旧塑料基体，包括增强层和设置于该增强层的表面上的增韧层，所述增强层由阻燃剂和无机增强粒子均匀分散在所述废旧塑料基体内，所述增韧层由橡胶粒子均匀分散在废旧塑料基体内部，所述增强层具有高强度和阻燃性，所述增韧层具有韧性和抗冲击性，所述高强高韧阻燃再生塑料为至少两层或者多层状交叠结构,使所述高强高韧阻燃再生塑料的奇数层和偶数层的性能不同。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
1、将组分配方设计与层状仿生结构设计相结合，最大限度发挥各组分性能优势，实现废旧塑料的高性能化再利用。
2、利用不同配方组分的交替多层排布，达到高效利用、减少冗余、协同增效的目的，在低粒子填充下实现废旧塑料的强度、韧性和阻燃性的同步提升。
附图说明
图1为本发明的制备方法示意图；
图2为本发明的塑料的结构放大图；
图中：1-增强层，2-橡胶，3-增韧层，4-无机粒子5-阻燃剂(IFR)。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1和2所示，本发明包括以下步骤：
本发明包括以下步骤：
A.将废旧塑料与橡胶进行熔融共混后造粒得到增韧层树脂原料，将无机粒子与阻燃剂在气流混合系统中充分混合后，再与废旧塑料熔融共混造粒得到增强层树脂原料；
B.将所述增强层树脂原料和所述增韧层树脂原料分别投入挤出机中熔融共挤出；
C.两组所述挤出机中的熔体过滤滤除大粒径粒子后流入汇流器中形成增强层和增韧层的叠合结构，进入层倍增器中进行切割和层叠，经过牵引和冷却，制备出增韧层与增强层交替排布的多层状再生塑料。
所述废旧塑料是指经过一次热塑成型加工使用后经回收、清洁、破碎、得到的塑料原料,且所述废旧塑料中固含量所占的质量分数小于25％，所述固含量是指废旧塑料在热塑加工中无法熔融的金属、无机物或高熔点有机物。
所述增韧层树脂原料为橡胶与废旧塑料按照质量比1:1-10进行熔融共混后造粒获得用以提高材料韧性，所述增强层树脂原料为功能添加剂与废旧塑料按照质量比1：1-5进行熔融共混后造粒获得用以同步提高材料强度和阻燃性，所述功能添加剂为无机粒子与阻燃剂按照质量比2:1-1:4在气流混合系统中充分混合后所得的复配粒子，所述气流混合系统为利用压缩空气为搅拌动力的混合装置，仅用于无机粒子与阻燃剂的分散混合，不对其形态结构和粒径产生影响。
每台挤出机与汇流器之间均有过滤装置连接，所述过滤装置通过选择安装一定目数的滤网来滤除熔体中的大粒径粒子并达到进一步促进粒子分散的作用，所述滤网的最大目数为400目。
所述无机粒子可以是滑石粉、SiO2、玻璃纤维、CaCO3或蒙脱土中的一种或者多种。
所述增韧层中添加有1％-3％的偶联剂，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或者多种。
所述增韧层中设置有1％-3％的增容剂，所述增容剂层包括反应型增容剂和非反应型增容剂，所述反应型增容剂包括羧酸型增容剂、酸酐型增容剂或环氧型增容剂中的一种或多种，非反应型包括嵌段共聚物增容剂、接枝共聚物增容剂或无规共聚物增容剂中的一种或多种。
所述层倍增器的数量为n(1，2，3，…)，对应的复合材料层数为2(n+1)，n最大值可选至10.
所述增韧层中设置有1％-3％的增容剂，所述增容剂层包括反应型增容剂和非反应型增容剂，所述反应型增容剂包括羧酸型增容剂、酸酐型增容剂或环氧型增容剂中的一种或多种，非反应型包括嵌段共聚物增容剂、接枝共聚物增容剂或无规共聚物增容剂中的一种或多种。
所述废旧塑料中可以添加有抗氧剂、稳定剂和润滑剂，所述层倍增器的数量为n(1，2，3，…)，对应的复合材料层数为2(n+1)，n最大值可选至10.所述废旧塑料可以是聚丙烯、聚乙烯、ABS、PVC或PMMA中的一种或多种。
以废旧塑料为基体，制备的增强组分/增韧组分交替多层复合材料，实现了弹性体、无机粒子、阻燃剂的可控分布。由于层倍增器所带来的强烈的拉伸剪切，以及受限的层空间的作用，无机粒子和阻燃剂能更均匀的分散在增强组分层，可提供充足的力学支撑；而填充了橡胶的增韧组分层一方面可直接吸收能量，另一方面则可通过层界面抑制相邻的增强组分层中银裂纹的扩展，使整个复合体系具有优异的韧性。此外，阻燃剂与无机粒子复配形成的阻燃网络既可以对增强组分层实现良好阻燃，也可以利用受限层空间对火焰扩散的抑制作用，实现对相邻增韧组分层的阻燃保护。因此，本发明的设计可以在低粒子填充下有效改善废旧塑料的强度、韧性和阻燃性，实现废旧塑料的高性能化再利用。该方法工艺简单，生产效率高，具有广阔的市场前景。
一种高强高韧阻燃再生塑料，包括废旧塑料基体，包括增强层和设置于该增强层的表面上的增韧层，所述增强层由阻燃剂和无机增强粒子均匀分散在所述废旧塑料基体内，所述增韧层由橡胶粒子均匀分散在废旧塑料基体内部，所述增强层具有高强度和阻燃性，所述增韧层具有韧性和抗冲击性，所述高强高韧阻燃再生塑料为至少两层或者多层状交叠结构,使所述高强高韧阻燃再生塑料的奇数层和偶数层的性能不同。
实施例1
(1)原料为废旧聚丙烯(rPP)、膨胀型阻燃剂(IFR，平均粒径＝4μm)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、滑石粉(Talc，200目)，增韧层为POE填充rPP，增强层为IFR和Talc复合填充rPP。使用前将原料置于80℃真空烘箱干燥12h以上。所述增韧层树脂原料为橡胶与废旧塑料按照质量比1:4进行熔融共混后造粒获得用以提高材料的韧性，所述橡胶为乙烯-辛烯共聚物(POE)，所述增强层树脂原料为功能添加剂与废旧塑料按照质量比2：3进行熔融共混后造粒获得用以提高材料强度和阻燃性能，所述功能添加剂为滑石粉与膨胀型阻燃剂(IFR)，所述滑石粉与膨胀型阻燃剂(IFR)按照质量比3：5复配后与所述废旧塑料进行熔融共混。其中，为了尽量减少传统机械搅拌对粒子形态结构和粒径的影响，选择气流混合系统对无机粒子与阻燃剂进行混合复配，混合时间设置为20min。首先，制备增韧层和增强层树脂原料，将干燥后的rPP与POE在双螺杆挤出机中熔融共混造粒，双螺杆挤出机各段温度分别为180、190、205、200℃，制备含有20wt％POE的rPP/POE增韧层树脂原料；将复配好的IFR和Talc与干燥后的rPP在双螺杆挤出机中熔融共混造粒，各段温度为180、190、205、200℃，制备含有15wt％Talc和25wt％IFR的rPP/IFR/Talc增强层树脂原料。
(2)将增韧层树脂原料和增强层树脂原料分别投入微纳层共挤出系统的两台单螺杆挤出机中，调节挤出机转速比为1:1，挤出机三段温度分别为160、190、200℃，偶联剂添加量为2％，机头温度为200℃，在机头和汇流器之间的过滤装置中安装170目的滤网以滤除熔体中的大粒径粒子并促进粒子分散，熔体在二流道的汇流器中叠合，得到层数为2层的初始结构，再经5个层倍增器(LME)的切割叠加后从矩形流道的出口模中流出，其中汇流器、层倍增器和出口模的温度均为200℃左右，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，即可得到厚度1.6mm，增韧层与增强层层厚比为1:1，层数为64层的片状交替层状复合材料。力学性能测试结果显示，其拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度分别为26.6Mpa、433.0％和12.3kJ/cm2；其LOI值为26.0％，并且垂直燃烧测试达到UL-94V0级。
对比例1
作为对比，先将干燥后的rPP、POE、IFR、Talc按照实施例1所制层状材料中的配方组成进行混合，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机中各段温度分别为180、190、205、200℃，螺杆转速为300rpm。最后使用热压成型机将粒料热压成1.6mm左右的片材，热压温度为200℃，压力为10MPa。力学性能测试结果显示，该材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度分别为23.3MPa、53.6％和4.5kJ/m2；其LOI值为22.3％，且未能通过垂直燃烧测试。由此可见，相较于传统共混复合方法，本发明对废旧PP强度、韧性及阻燃性能的提升作用明显。
实施例2
(1)原料为废旧聚丙烯(rPP)、膨胀型阻燃剂(IFR)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、玻璃纤维(GF)，增韧层为POE填充rPP，增强层为IFR和GF复合填充rPP。所述增韧层树脂原料为橡胶与废旧塑料按照质量比1:9进行熔融共混后造粒获得用以提高材料的韧性，所述橡胶为乙烯-辛烯共聚物(POE)，所述增强层树脂原料为功能添加剂与废旧塑料按照质量比3：7进行熔融共混后造粒获得用以提高材料强度和阻燃性，所述功能添加剂为玻璃纤维(GF)与膨胀型阻燃剂(IFR)，所述玻璃纤维(GF)与膨胀型阻燃剂(IFR)按照质量比1：3复配后与所述废旧塑料进行熔融共混，偶联剂添加量为1％。其中，为了尽量减少传统机械搅拌对粒子形态结构和粒径的影响，选择气流混合系统对无机粒子与阻燃剂进行混合复配，混合时间设置为15min。使用前将原料置于80℃真空烘箱干燥12h以上。首先，制备增韧层和增强层树脂原料，将干燥后的rPP与POE在双螺杆挤出机中熔融共混造粒，双螺杆挤出机各段温度分别为180、190、205、200℃，制备含有25wt％POE的rPP/POE增韧层树脂原料；将复配好的rPP和GF与干燥后的rPP在双螺杆挤出机中熔融共混造粒，各段温度为180、190、205、200℃，制备含有15wt％GF和15wt％IFR的rPP/IFR/GF增强层树脂原料。
(2)将增韧层树脂原料和增强树脂原料分别投入微纳层共挤出系统的单螺杆挤出机中，调节挤出机转速比为1:1，挤出机三段温度分别为160、190、200℃，机头温度为200℃，机头与汇流器之间不安装滤网，熔体在二流道的汇流器中叠合，得到层数为2层的初始结构，再经5个层倍增器(LME)的切割叠加后从矩形流道的出口模中流出，其中汇流器、层倍增器和出口模的温度均为180℃左右，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，即可得到厚度1.6mm，增韧层与增强层层厚比为1:1，层数为64层的片状交替层状复合材料。力学性能测试结果显示，其拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度分别为25.4Mpa、388.0％和12.3kJ/m2；其LOI值为23.2％；垂直燃烧测试达到UL-94V1级。
对比例2
作为对比，在第一步母料制备的过程中分别制备含有50wt％POE的rPP/POE增韧层树脂原料(即橡胶与废旧塑料的质量比为1：1)和含有30wt％GF和20wt％IFR的rPP/IFR/GF增强层树脂原料(功能添加剂与废旧塑料的质量比为1:1,GF与IFR的复配比为3：2)。第二步实施方法与实施例2相同。最后得到厚度为1.6mm，增韧层和增强层层厚比为1:1，层数为64层的交替层状复合物片材。力学性能测试显示，其拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度分别为24.3Mpa、423.2％和14.6kJ/m2；极限氧指数测试结果显示，其LOI值达到25.1％；垂直燃烧测试达到UL-94V1级。由此可见，本发明可根据实际应用需要，通过调整功能填料的添加量来调节材料的力学性能和阻燃性能。
实施例3
(1)原料为废旧聚氯乙烯(rPVC)、膨胀型阻燃剂(IFR)、丁腈橡胶(NBR)和蒙脱土(MMT，平均晶片厚度＝20nm，径/厚比＝200)，增韧层为NBR填充rPVC，增强层为IFR和MMT复合填充rPVC。所述增韧层为橡胶与废旧塑料按照质量比为3：7进行熔融共混后造粒获得用以提高材料的韧性，所述橡胶为丁腈橡胶(NBR)，所述增强层为功能添加剂与废旧塑料按照质量比3：7进行熔融共混后造粒获得用以提高材料强度和阻燃性能，所述功能添加剂为蒙脱土(MMT)与膨胀型阻燃剂(IFR)，所述蒙脱土(MMT)与膨胀型阻燃剂(IFR)按照质量比1：4复配后与所述废旧塑料进行熔融共混。其中，为了尽量减少传统机械搅拌对粒子形态结构和粒径的影响，选择气流混合系统对无机粒子与阻燃剂进行混合复配，混合时间设置为25min。将原料预先置于80℃真空烘箱中干燥12h以上，再利用双螺杆挤出机分别制备含有30wt％NBR的rPVC/NBR增韧层树脂原料和含有24wt％IFR和6wt％MMT的rPVC/IFR/MMT增强层树脂原料；温度设定为175-185℃之间，螺杆转速为60rpm。
(2)将增韧层树脂原料和增强层树脂原料分别投入多层共挤出系统的两台挤出机中，调节挤出机转速比为1:1，挤出机三段温度分别为170、175、180℃，机头温度为180℃，在机头和汇流器之间的过滤装置中安装300目的滤网以滤除熔体中的大粒径粒子并促进粒子分散，熔体在二流道的汇流器中叠合，得到层数为2层的初始结构，再经5个层倍增器(LME)的切割叠加后从矩形流道的出口模中流出，其中汇流器、层倍增器和出口模的温度均为180℃左右，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，即可得到厚度1.6mm，增韧层与增强层层厚比为1:1，层数为64层的片状交替层状复合材料。力学性能测试结果显示，其拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度分别为63Mpa、136％、15.2kJ/m2；极限氧指数测试结果显示，其LOI值为26.4％。
对比例3
作为对比，选用的原料分别为rPVC、膨胀型阻燃剂(IFR)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)，纳米CaCO3，制备含有30wt％EVA的rPVC/EVA增韧增韧层树脂原料和含有24wt％IFR和6wt％CaCO3的rPVC/IFR/CaCO3增强层树脂原料，其余步骤同实施例3一致。最后得到厚度为1.6mm，增韧层和增强层层厚比为1:1，层数为64层的交替层状复合物片材。力学性能测试显示，其拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度分别为62Mpa、164％和15.6kJ/m2；极限氧指数测试结果显示，其LOI值达到26.1％。可见本发明中，调整功能粒子的种类也可获得力学性能和阻燃性能的同步提升。
实施例4
(1)原料为废旧热塑性聚氨酯(rTPU)，膨胀型阻燃剂(IFR)，滑石粉(Talc),由于rTPU仍具有较好的韧性，故不需外加弹性体进行增韧，即增韧层为rTPU。增强层为IFR和Talc复合填充rTPU，其中Talc经表面改性处理。所述增韧层树脂原料为rTPU，所述增强层树脂原料为功能添加剂与废旧塑料按照质量比1：2进行熔融共混后造粒获得用以提高材料强度和阻燃性能，所述功能添加剂为滑石粉(Talc)与膨胀型阻燃剂(IFR)，所述滑石粉(Talc)与膨胀型阻燃剂(IFR)按照质量比1：1复配后与所述废旧塑料进行熔融共混。其中，为了尽量减少传统机械搅拌对粒子形态结构和粒径的影响，选择气流混合系统对无机粒子与阻燃剂进行混合复配，混合时间设置为25min。将原料置于80℃真空烘箱中干燥12h以上，利用双螺杆挤出机制备含有17wt％Talc和17wt％IFR的rPE/IFR/Talc增强层树脂原料，挤出温度设置范围为175-185℃。
(2)将rTPU粒料和增强增树脂原料分别投入多层共挤出系统的两台挤出机中，调节挤出机转速比为1:1，挤出机三段温度分别为175℃、180℃、185℃，机头温度为185℃，在机头和汇流器之间的过滤装置中安装170目的滤网以滤除熔体中的大粒径粒子并促进粒子分散，熔体在二流道的汇流器中叠合，得到层数为2层的初始结构，再经4个层倍增器(LME)的切割叠加后从矩形流道的出口模中流出，其中汇流器、层倍增器和出口模的温度均为185℃左右，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，即可得到厚度1.6mm，增韧层与增强层层厚比为1:1，层数为32层的片状交替层状复合材料。力学性能测试结果显示，其拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度分别为23.6Mpa、388％和10.8kJ/m2；阻燃性能测试显示，其LOI值为25.3％，垂直燃烧测试达到UL-94V-1级。
对比例4
作为对比，将第二步中的层倍增器数量改为6个，其他同实施例4。得到厚度为1.6mm，增韧层与增强层层厚比为1:1、层数为128层的片状交替层状复合材料。力学性能测试结果显示，其拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度分别为23.4Mpa、433％和14.4kJ/m2；阻燃性能测试显示，其LOI值为26.7％，垂直燃烧测试达到UL-94V-0级。可见，本发明可根据实际应用的需求，通过改变多层材料的层数对其力学性能和阻燃性能进行调控。
实施例5
(1)原料为废旧高抗冲聚苯乙烯(rHIPS)、膨胀型阻燃剂(IFR)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，碳纳米管(CNTs，平均直径＝10nm，平均长度＝1.5μm)。增韧层为SBS填充rHIPS，增强层为IFR和CNTs复合填充rHIPS。所述增韧层为橡胶与废旧塑料按照质量比1：6进行熔融共混后造粒获得用以提高材料韧性，所述增韧层为功能添加剂与废旧塑料按照1:4进行熔融共混后造粒获得用以提高材料的强度和阻燃性能，将原料置于80℃的真空烘箱中干燥12h以上，利用双螺杆挤出机分别制备含有15wt％SBS的rHIPS/SBS增韧层树脂原料和含有5wt％CNTs和20wt％IFR的rHIPS/IFR/CNTs增强层树脂原料，挤出机各段温度为185℃。
(2)将增韧层树脂原料和增强层树脂原料分别投入多层共挤出系统的两台挤出机中，调节挤出机转速比为1:3，挤出机三段温度分别为175、180、185℃，机头温度为185℃，在机头和汇流器之间的过滤装置中安装400目的滤网以滤除熔体中的大粒径粒子并促进粒子分散，熔体在二流道的汇流器中叠合，得到层数为2层的初始结构，再经6个层倍增器(LME)的切割叠加后从矩形流道的出口模中流出，其中汇流器、层倍增器和出口模的温度均为185℃左右，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，即可得到厚度1.6mm，增韧层与增强层层厚比为1:3，层数为128的片状交替层状复合材料。力学性能测试结果显示，其拉伸强度和冲击强度分别为15.5Mpa和17.8kJ/m2；阻燃性能测试结果显示，其LOI值为26.3％，垂直燃烧测试达到UL-94V-0级。
对比例5
作为对比，在第二步中，将挤出机转速调节为3:1，其他同实施例5。最终得到厚度1.6mm，增韧层和增强层层厚比为3:1，层数为128的层状交替复合片材。力学性能测试结果显示，其拉伸强度和冲击强度分别为12.6Mpa和20.1kJ/m2；阻燃性能测试结果显示，其LOI值为22.7％，未能通过垂直燃烧测试。由此可见，可根据实际应用需求，改变增韧层和增强层的层厚比来调节多层材料的力学性能和阻燃性能。
实施例6
(1)原料为废旧ABS(rABS)、废旧TPU(rTPU)，碳酸钙(CaCO3，320目)和膨胀型阻燃剂(IFR)，增韧层为rTPU，增强层为CaCO3和IFR复合填充rABS。所述增韧层树脂原料为rTPU，所述增强层树脂原料为功能添加剂与废旧塑料按照质量比3：7进行熔融共混后造粒获得用以提高材料强度和阻燃性能，所述功能添加剂为滑石粉(Talc)与膨胀型阻燃剂(IFR)，所述滑石粉(Talc)与膨胀型阻燃剂(IFR)按照质量比2：1复配后与所述废旧塑料进行熔融共混。其中，为了尽量减少传统机械搅拌对粒子形态结构和粒径的影响，选择气流混合系统对无机粒子与阻燃剂进行混合复配，混合时间设置为20min。使用前将原料置于80℃真空烘箱干燥12h以上。接着制备增强层树脂原料，将复配的IFR和CaCO3与干燥后的rABS在双螺杆挤出机中进行熔融共混造粒，温度为180℃，螺杆转速为70rpm，得到含有20wt％CaCO3和10wt％IFR的rABS/IFR/CaCO3增强层树脂原料。
(2)将rTPU增韧层树脂原料和rABS/IFR/CaCO3增强层树脂原料分别投入多层共挤出系统的两台挤出机(A和B)中，调节挤出机转速比为1:1，挤出机A的各段温度分别为175、180、185和185℃，挤出机B的各段温度分别为170、175、180和180℃。挤出机内的物料熔融塑化后，并通过在机头和汇流器之间的过滤装置中安装的250目的滤网滤除熔体中的大粒径粒子，之后两股熔体在二流道的汇流器中叠合，得到层数为2层的初始结构，再经6个层倍增器的切割和分层叠加后从矩形流道的出口模中流出，其中汇流器、层倍增器和出口模的温度均为185℃左右，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，即可得到厚度为1.6mm，增强层与增韧层层厚比为1:1，层数为128层的片状交替层状复合材料。
对比例6-1
作为对比，将实施例6第二步中出口模厚度变为0.2mm，其他同实施例6。最后得到厚度为0.2mm，增韧层与增强层层厚比为1:1，层数为128层的交替层状薄膜。由此可见，本发明可以根据实际需要，通过改变出口模的厚度制备出具有不同厚度的材料。
对比例6-2
作为对比，将实施例6第二步中矩形流道出口模改为挤管专用口模，其他同实施例6，最终得到层厚比为1:1，层数为128的交替多层管材。由此可见，本发明可以根据实际需要，通过改变出口模的形状制备出具有不同形状的材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强高韧阻燃再生塑料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将废旧塑料与橡胶进行熔融共混后造粒得到增韧层树脂原料，将无机粒子与膨胀型阻燃剂在气流混合系统中充分混合后，再与废旧塑料熔融共混造粒得到增强层树脂原料；
B.将所述增强层树脂原料和所述增韧层树脂原料分别投入挤出机中熔融共挤出；
C.两组挤出机中的熔体过滤滤除大粒径粒子后流入汇流器中形成增强层和增韧层的叠合结构，进入层倍增器中进行切割和层叠，经过牵引和冷却，制备出增韧层与增强层交替排布的多层状再生塑料；
所述增韧层树脂原料为橡胶与废旧塑料按照质量比1:1-10进行熔融共混后造粒获得用以提高材料韧性，所述增强层树脂原料为功能添加剂与废旧塑料按照质量比1：1-5进行熔融共混后造粒获得用以同步提高材料强度和阻燃性，所述功能添加剂为无机粒子与膨胀型阻燃剂按照质量比2:1-1:4在气流混合系统中充分混合后所得的复配粒子。
2.根据权利要求1所述的一种高强高韧阻燃再生塑料的制备方法，其特征在于，所述废旧塑料是指经过一次热塑成型加工使用后经回收、清洁、破碎、得到的塑料原料，且所述废旧塑料中固含量所占的质量分数小于25％，所述固含量是指废旧塑料在热塑加工中无法熔融的金属、无机物或高熔点有机物。
3.根据权利要求1所述的一种高强高韧阻燃再生塑料的制备方法，其特征在于，所述挤出机与汇流器之间均设置有过滤装置，所述过滤装置内安装滤网来滤除熔体中的大粒径粒子促进粒子分散，所述滤网的最大目数为400目。
4.根据权利要求3所述的一种高强高韧阻燃再生塑料的制备方法，其特征在于，所述无机粒子是滑石粉、SiO2、玻璃纤维、CaCO3或蒙脱土中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的一种高强高韧阻燃再生塑料的制备方法，其特征在于，所述增韧层中添加有1％-3％的偶联剂，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的一种高强高韧阻燃再生塑料的制备方法，其特征在于，所述增韧层中设置有1％-3％的增容剂，所述增容剂包括反应型增容剂和非反应型增容剂，所述反应型增容剂包括羧酸型增容剂、酸酐型增容剂或环氧型增容剂中的一种或多种，非反应型包括嵌段共聚物增容剂、接枝共聚物增容剂或无规共聚物增容剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种高强高韧阻燃再生塑料的制备方法，其特征在于，所述层倍增器的数量为n(1，2，3，…)，对应的复合材料层数为2(n+1)，n最大值为10。
8.一种高强高韧阻燃再生塑料，包括废旧塑料基体，其特征在于：采用如权利要求1所述的制备方法制备得到，包括增强层和设置于该增强层的表面上的增韧层，所述增强层由膨胀型阻燃剂和无机增强粒子均匀分散在所述废旧塑料基体内，所述增韧层由橡胶粒子均匀分散在废旧塑料基体内部，所述增强层具有高强度和阻燃性，所述增韧层具有韧性和抗冲击性，所述高强高韧阻燃再生塑料为至少两层或者多层状交叠结构,使所述高强高韧阻燃再生塑料的奇数层和偶数层的性能不同。
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