CN113388182B - 一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法，它涉及一种无卤阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法。本发明的目的是要解决现有陶瓷化树脂复合材料的阻燃性能差，无法满足阻燃要求的问题。一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料按重量份数由树脂、无机阻燃剂、陶瓷前驱体聚合物和助剂制备而成。方法：一、称料；二、制备混合粉体；三、制备料A；四、制备料B；五、将料A和料B加入到密炼机中混炼、造粒。本发明利用相调控技术获得无机阻燃剂的选择性分布，实现了无机阻燃剂在复合材料特定相中的陶瓷化阻燃。本发明可获得一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。

Description

一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法。
背景技术
聚烯烃复合材料由于优异的电绝缘特性、良好的物理性能、易加工等特点，在诸多工程领域中得到了广泛应用，特别是在电线电缆行业中作为优良的绝缘材料。随着经济的高速发展，电线电缆的需求量日益增长，其在使用过程中的安全性也备受重视。电线电缆绝缘材料多为易燃的聚烯烃材料因而电线电缆绝缘材料具有可燃性，在一定情况下存在引发火灾的风险。由于环保以及低成本的要求，无机阻燃剂氢氧化镁、氢氧化铝、红磷等无机阻燃剂成为无卤阻燃聚烯烃材料首选的阻燃添加剂，在阻燃材料中所占比重逐渐增加。为满足无卤阻燃制品阻燃等级要求，无机阻燃剂氢氧化镁、氢氧化铝等无机阻燃剂添加量一般在50wt％以上，但由于燃烧后形成的金属氧化物之间作用力较弱，形成的无机阻隔炭层易受外力而破坏，因此，不能够充分发挥凝聚相炭层的阻隔作用。
陶瓷化聚合物材料尤其是陶瓷化硅橡胶材料，具有优良的耐火特性，其主要依靠燃烧后形成具有一定强度、耐高温烧蚀的陶瓷体，从而起到耐火的作用。而对于阻燃材料来说点燃后能否自熄是衡量其阻燃性能的重要指标。陶瓷化聚合物材料与无卤阻燃材料在组成上有共同之处即无机填料添加量高，不同之处在于残炭物理性能差别较大，陶瓷化材料能够形成强度较高的炭层而无卤阻燃材料的炭层强度较低。此外，由于陶瓷化聚合物中需要添加大量陶瓷化填料并且填料本身并不具备阻燃作用，因此，其整体阻燃性能不如无卤阻燃材料。故，如将陶瓷化技术与无卤阻燃技术结合将能够有效改善无卤阻燃材料凝聚相炭层的阻隔作用，进而提高阻燃性能。
发明专利CN103865154B公开了一种防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料及其制备方法。主要依靠高、低软化点的玻璃粉和有机蒙脱土实现陶瓷化，能够有效防止滴落现象，但是阻燃能力较弱、同时吸水率较高，不适宜作为绝缘材料使用。
发明专利CN112309621A公开用低熔点玻璃粉、硼酸锌、硼酸钙、硼砂中的一种或其组合作为成瓷剂阻燃PVC树脂。该发明的陶瓷化PVC耐热阻燃电缆容易加工，力学性能好，具有良好的应用前景。但是该发明的陶瓷化PVC耐热阻燃电缆的成瓷剂效率低、添加量较大且阻燃效率有待进一步提高。
发明专利CN112300480A公开用三氧化二硼、五氧化二磷、二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌中的一种或其组合作为成瓷剂改性聚烯烃树脂，该发明的陶瓷化聚烯烃外壳硬度好，具有优异的力学性能和加工性能，但成瓷剂效率低、阻燃性能有待进一步提高。
因此，为获得陶瓷化聚烯烃材料需要较高的陶瓷化填料，而在配方设计过程中陶瓷化性能与阻燃性能之间存在矛盾，即为获得显著陶瓷化特性而添加较高陶瓷化填料与获得满足使用阻燃等级要求而添加较高无机阻燃剂之间存在矛盾。
发明内容
本发明的目的是要解决现有陶瓷化树脂复合材料的阻燃性能差，无法满足阻燃要求的问题，而提供一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法。
一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料按重量份数由30份～60份树脂、35份～65份无机阻燃剂、1份～7份陶瓷前驱体聚合物和2份～20份助剂制备而成；
所述的助剂包括抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料中的一种或其中几种。
进一步的，所述的树脂由极性树脂和非极性树脂组成，极性树脂和非极性树脂的质量比为(1～4):(1～4)。
进一步的，所述的极性树脂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚氨酯、乙烯丙烯酸甲酯、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯-丙烯酸丁酯和乙烯丙烯酸共聚物中的一种或其中几种的组合。
进一步的，所述的非极性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃弹性体和乙丙橡胶中的一种或其中几种的组合。
进一步的，所述的无机阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌和红磷中的一种或其中几种的组合。
进一步的，所述的陶瓷前驱体聚合物为聚碳硅烷或分子主链、基团结构中含有N、B、P、O、Fe、Co和Ni中的一种或其中几种元素的聚碳硅烷。
进一步的，所述的聚碳硅烷的分子量为500～3000，氮气气氛下1000℃时的陶瓷化产率不低于35wt.％。
进一步的，所述的助剂中抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料的质量比为(0～5):(0～3):(0～3):(0～3):(0～15)。
进一步的，所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种或其中几种的混合物；所述的偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷和乙烯基三叔丁基过氧硅烷中的一种或其中几种的混合物；所述的交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；所述的功能填料为石墨烯、氮化硼、氧化铝、蒙脱土和水滑石中的一种或其中几种的混合物；所述的加工助剂为硬脂酸。
一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、称料：
按重量份数称取30份～60份树脂、35份～65份无机阻燃剂、1份～7份陶瓷前驱体聚合物和2份～20份助剂；所述的树脂由极性树脂和非极性树脂组成，极性树脂和非极性树脂的质量比为(1～4):(1～4)；所述的助剂包括抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料中的一种或其中几种，其中抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料的质量比为(0～5):(0～3):(0～3):(0～3):(0～15)；
二、将陶瓷前驱体聚合物、偶联剂和一部分无机阻燃剂投加到高速搅拌机中，在1500r/min～2000r/min下高速混合1min～3min，得到混合粉体；
三、将极性树脂加入到密炼机中，在130℃～190℃下混合3min～5min，再加入步骤二中得到的混合粉体、一部分抗氧剂、一部分交联剂、一部分功能填料和一部分加工助剂，在温度为130℃～190℃下熔融共混5min～8min，后经造粒机造粒，得到料A；
四、将非极性树脂加入到密炼机中，在130℃～190℃下混合3min～5min，再加入另一部分无机阻燃剂、另一部分抗氧剂、另一部分交联剂、另一部分功能填料和另一部分加工助剂，在温度为130℃～190℃下熔融共混3min～5min，后经造粒机造粒，得到料B；
五、将料A和料B加入到密炼机中，在130℃～190℃下混合3min～5min，再经造粒机造粒，得到相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
本发明的原理：
本发明的原理在于利用陶瓷前驱体聚合物材料赋予无机阻燃剂的可陶瓷化特性，同时利用不同极性的树脂通过两步共混方法实现无机阻燃剂的选择性分布，获得无机阻燃剂在特定相中的可陶瓷化特性，实现可陶瓷化的相调控。
本发明的优点：
本发明制备的相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料，利用陶瓷化技术使无机阻燃剂之间产生类陶瓷化作用而获得具有一定强度的炭层；利用相调控技术获得无机阻燃剂的选择性分布，实现了无机阻燃剂在复合材料特定相中的陶瓷化阻燃，能够获得氧指数在35％～50％之间，垂直燃烧V-0级的复合材料，力学性能达到10MPa～15MPa。同时，通过相调控为复合材料的其他性能调控提供了空间，降低复合材料配方设计的难度。
本发明可获得一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
附图说明
图1为对比实施例一制备的阻燃聚烯烃复合材料经二甲苯溶剂萃取后的SEM图；
图2为实施例一制备的相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料经二甲苯溶剂萃取后的SEM图；
图3为实施例一制备的相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料在35kW/m2的热辐射及强制通风条件下燃烧后残炭微观形貌结构扫描电镜图。
具体实施方式
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。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料按重量份数由30份～60份树脂、35份～65份无机阻燃剂、1份～7份陶瓷前驱体聚合物和2份～20份助剂制备而成；
所述的助剂包括抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料中的一种或其中几种。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的树脂由极性树脂和非极性树脂组成，极性树脂和非极性树脂的质量比为(1～4):(1～4)。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的极性树脂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚氨酯、乙烯丙烯酸甲酯、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯-丙烯酸丁酯和乙烯丙烯酸共聚物中的一种或其中几种的组合。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的非极性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃弹性体和乙丙橡胶中的一种或其中几种的组合。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的无机阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌和红磷中的一种或其中几种的组合。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的陶瓷前驱体聚合物为聚碳硅烷或分子主链、基团结构中含有N、B、P、O、Fe、Co和Ni中的一种或其中几种元素的聚碳硅烷。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述的聚碳硅烷的分子量为500～3000，氮气气氛下1000℃时的陶瓷化产率不低于35wt.％。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的助剂中抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料的质量比为(0～5):(0～3):(0～3):(0～3):(0～15)。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种或其中几种的混合物；所述的偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷和乙烯基三叔丁基过氧硅烷中的一种或其中几种的混合物；所述的交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；所述的功能填料为石墨烯、氮化硼、氧化铝、蒙脱土和水滑石中的一种或其中几种的混合物；所述的加工助剂为硬脂酸。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式是一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、称料：
按重量份数称取30份～60份树脂、35份～65份无机阻燃剂、1份～7份陶瓷前驱体聚合物和2份～20份助剂；所述的树脂由极性树脂和非极性树脂组成，极性树脂和非极性树脂的质量比为(1～4):(1～4)；所述的助剂包括抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料中的一种或其中几种，其中抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料的质量比为(0～5):(0～3):(0～3):(0～3):(0～15)；
二、将陶瓷前驱体聚合物、偶联剂和一部分无机阻燃剂投加到高速搅拌机中，在1500r/min～2000r/min下高速混合1min～3min，得到混合粉体；
三、将极性树脂加入到密炼机中，在130℃～190℃下混合3min～5min，再加入步骤二中得到的混合粉体、一部分抗氧剂、一部分交联剂、一部分功能填料和一部分加工助剂，在温度为130℃～190℃下熔融共混5min～8min，后经造粒机造粒，得到料A；
四、将非极性树脂加入到密炼机中，在130℃～190℃下混合3min～5min，再加入另一部分无机阻燃剂、另一部分抗氧剂、另一部分交联剂、另一部分功能填料和另一部分加工助剂，在温度为130℃～190℃下熔融共混3min～5min，后经造粒机造粒，得到料B；
五、将料A和料B加入到密炼机中，在130℃～190℃下混合3min～5min，再经造粒机造粒，得到相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
本实施方式步骤三中加入一部分功能填料的质量可为零，在步骤四中将功能填料全部加入。
本实施方式的原理：
本实施方式的原理在于利用聚合物陶瓷前驱体材料赋予无机阻燃剂的可陶瓷化特性，同时利用不同极性的树脂通过两步共混方法实现无机阻燃剂的选择性分布，获得无机阻燃剂在特定相中的可陶瓷化特性，实现可陶瓷化的相调控。
本实施方式的优点：
本实施方式制备的相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料，利用陶瓷化技术使无机阻燃剂之间产生类陶瓷化作用而获得具有一定强度的炭层；利用相调控技术获得无机阻燃剂的选择性分布，实现了无机阻燃剂在复合材料特定相中的陶瓷化阻燃，能够获得氧指数在35％～50％之间，垂直燃烧V-0级的复合材料；力学性能达到10MPa～15MPa。同时，通过相调控为复合材料的其他性能调控提供了空间，降低复合材料配方设计的难度。
本实施方式可获得一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、称料：
按重量份数称取30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、30份聚乙烯、36份氢氧化镁、2份聚碳硅烷、1份乙烯基三乙氧基硅烷、0.5份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.5份硬脂酸；
二、将2份聚碳硅烷、1份乙烯基三乙氧基硅烷和18份氢氧化镁投加到高速搅拌机中，在2000r/min下高速混合2min，得到混合粉体；
三、将30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物加入到密炼机中，在130℃下混合3min，再加入步骤二中得到的混合粉体、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为130℃下熔融共混5min，后经造粒机造粒，得到料A；
四、将30份聚乙烯加入到密炼机中，在130℃下混合3min，再加入18份氢氧化镁、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为130℃下熔融共混5min，后经造粒机造粒，得到料B；
五、将料A和料B加入到密炼机中，在130℃下混合3min，再经造粒机造粒，得到相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
实施例二：一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、称料：
按重量份数称取24份乙烯丙烯酸甲酯、15份聚丙烯、21份聚乙烯、2份聚碳硅烷、1份乙烯基三甲氧基硅烷、20份氢氧化铝、12份硼酸锌、4份水滑石、0.5份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.5份硬脂酸；
二、将2份聚碳硅烷、1份乙烯基三甲氧基硅烷和10份氢氧化铝、8份硼酸锌投加到高速搅拌机中，在2000r/min下高速混合2min，得到混合粉体；
三、将24份乙烯丙烯酸甲酯加入到密炼机中，在150℃下混合5min，再加入步骤二中得到的混合粉体、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为150℃下熔融共混4min，后经造粒机造粒，得到料A；
四、将15份聚丙烯和21份聚乙烯加入到密炼机中，在190℃下混合4min，再加入10份氢氧化铝、4份硼酸锌、4份水滑石0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为190℃下熔融共混5min，后经造粒机造粒，得到料B；
五、将料A和料B加入到密炼机中，在190℃下混合3min，再经造粒机造粒，得到相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
实施例三：一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、称料：
按重量份数称取12份乙烯丙烯酸乙酯、48份聚烯烃弹性体、2份聚碳硅烷、1份乙烯基三乙氧基硅烷、30份硼酸锌、6份氮化硼、0.5份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.5份硬脂酸；
二、将2份聚碳硅烷、1份乙烯基三乙氧基硅烷和18份硼酸锌投加到高速搅拌机中，在2000r/min下高速混合2min，得到混合粉体；
三、将12份乙烯丙烯酸乙酯加入到密炼机中，在140℃下混合5min，再加入步骤二中得到的混合粉体、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为140℃下熔融共混5min，后经造粒机造粒，得到料A；
四、将48份聚烯烃弹性体加入到密炼机中，在140℃下混合3min，再加入12份硼酸锌、6份氮化硼、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为140℃下熔融共混5min，后经造粒机造粒，得到料B；
五、将料A和料B加入到密炼机中，在140℃下混合3min，再经造粒机造粒，得到相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
实施例四：一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、称料：
按重量份数称取25份乙烯醋酸乙烯酯、25份聚乙烯、2份聚碳硅烷、36份氢氧化镁、10份红磷、1份乙烯基三乙氧基硅烷、0.5份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.5份硬脂酸；
二、将2份聚碳硅烷、1份乙烯基三乙氧基硅烷和18份氢氧化镁投加到高速搅拌机中，在2000r/min下高速混合2min，得到混合粉体；
三、将25份乙烯醋酸乙烯酯加入到密炼机中，在140℃下混合5min，再加入步骤二中得到的混合粉体、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为140℃下熔融共混6min，后经造粒机造粒，得到料A；
四、将25份聚乙烯加入到密炼机中，在140℃下混合3min，再加入18份氢氧化镁、10份红磷、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为140℃下熔融共混5min，后经造粒机造粒，得到料B；
五、将料A和料B加入到密炼机中，在140℃下混合3min，再经造粒机造粒，得到相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
实施例五：一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、称料：
按重量份数称取20份乙烯醋酸乙烯酯、20份聚乙烯、2份聚碳硅烷、50份氢氧化铝、6份水滑石、1份乙烯基三乙氧基硅烷、0.5份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.5份硬脂酸；
二、将2份聚碳硅烷、1份乙烯基三乙氧基硅烷和18份氢氧化铝投加到高速搅拌机中，在2000r/min下高速混合2min，得到混合粉体；
三、将20份乙烯醋酸乙烯酯加入到密炼机中，在140℃下混合3min，再加入步骤二中得到的混合粉体、0.25份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为140℃下熔融共混8min，后经造粒机造粒，得到料A；
四、将20份聚乙烯加入到密炼机中，在140℃下混合3min，再加入32份氢氧化铝、6份水滑石、0.25份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.25份硬脂酸，在温度为130℃下熔融共混5min，后经造粒机造粒，得到料B；
五、将料A和料B加入到密炼机中，在140℃下混合3min，再经造粒机造粒，得到相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
对比实施例：
本实施例的阻燃聚烯烃复合材料，按重量百分数计算，包括如下组分：
按重量份数称取30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、30份聚乙烯、38份氢氧化镁、1份乙烯基三乙氧基硅烷、0.5份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.5份硬脂酸；
对比实施例制备的阻燃聚烯烃复合材料的方法是按以下步骤完成的：
将30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、30份聚乙烯置于密炼机中，140℃熔融混合5min，加入38份氢氧化镁和1份乙烯基三乙氧基硅烷、0.5份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.5份硬脂酸，140℃熔融混合5min，再经造粒机造粒，得到阻燃聚烯烃复合材料。
将条状对比实施例一制备的阻燃聚烯烃复合材料浸入二甲苯溶剂中，60℃恒温2小时即获得萃取后的试样，SEM图见图1所示；
图1为对比实施例一制备的阻燃聚烯烃复合材料经二甲苯溶剂萃取后的SEM图；
从图1可知，萃取后乙烯-醋酸乙烯酯共聚物被二甲苯溶解，在复合材料断面处形成沟壑状形貌，未被二甲苯溶解的为聚乙烯形成的骨架，图1中可观察到在聚乙烯骨架上存在较多的阻燃剂，说明常规共混法制备的复合材料阻燃剂的选择性分布不够显著。
将条状实施例一制备的相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料浸入二甲苯溶剂中，60℃恒温2小时即获得萃取后的试样，SEM图见图2所示；
图2为实施例一制备的相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料经二甲苯溶剂萃取后的SEM图；
从图2可知，萃取后乙烯-醋酸乙烯酯共聚物被二甲苯溶解，在复合材料断面处形成沟壑状形貌，未被二甲苯溶解的为聚乙烯形成的骨架，图2中聚乙烯骨架上较难观察到阻燃剂的存在，说明阻燃剂随乙烯-醋酸乙烯酯共聚物一起被二甲苯萃取掉，即二步共混法制备的复合材料能够实现阻燃剂的选择性分布。
图3为实施例一制备的相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料在35kW/m2的热辐射及强制通风条件下燃烧后残炭微观形貌结构扫描电镜图。
从图3中可以看出，阻燃剂分解后的产物形成了特殊的结构，阻燃剂的分解产物颗粒之间形成聚集体，聚集体之间相互搭接形成骨架结构，而非颗粒随机分布。
表1是实施例一至五制备的相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料及对比实施例制备的阻燃聚烯烃复合材料的阻燃性能及力学性能。
表1
试样 氧指数/％ 垂直燃烧 抗拉强度/MPa
实施例一 36.5 V-2 15
实施例二 38 V-2 13
实施例三 42 V-1 10
实施例四 48 V-0 14
实施例五 38.6 V-0 11
对比实施例 25 无等级 15
从表1可知，相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料具有较高的氧指数及垂直燃烧等级，并且抗拉强度较高。而对比是实例中的常规共混材料的氧指数较低且未通过垂直燃烧测试。

Claims (7)

1.一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料按重量份数由30份~60份树脂、35份~65份无机阻燃剂、1份~7份陶瓷前驱体聚合物和2份~20份助剂制备而成；
所述的一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、称料：
按重量份数称取30份~60份树脂、35份~65份无机阻燃剂、1份~7份陶瓷前驱体聚合物和2份~20份助剂；所述的树脂由极性树脂和非极性树脂组成，极性树脂和非极性树脂的质量比为(1~4):(1~4)；所述的助剂包括抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料中的一种或其中几种，其中抗氧剂、交联剂、偶联剂、加工助剂和功能填料的质量比为(0~5):(0~3):( 0~3):( 0~3):( 0~15)；
二、将陶瓷前驱体聚合物、偶联剂和一部分无机阻燃剂投加到高速搅拌机中，在1500r/min~2000r/min下高速混合1min~3min，得到混合粉体；
三、将极性树脂加入到密炼机中，在130℃~190℃下混合3min~5min，再加入步骤二中得到的混合粉体、一部分抗氧剂、一部分交联剂、一部分功能填料和一部分加工助剂，在温度为130℃~190℃下熔融共混5min~8min，后经造粒机造粒，得到料A；
四、将非极性树脂加入到密炼机中，在130℃~190℃下混合3min~5min，再加入另一部分无机阻燃剂、另一部分抗氧剂、另一部分交联剂、另一部分功能填料和另一部分加工助剂，在温度为130℃~190℃下熔融共混3min~5min，后经造粒机造粒，得到料B；
五、将料A和料B加入到密炼机中，在130℃~190℃下混合3min~5min，再经造粒机造粒，得到相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于所述的极性树脂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚氨酯、乙烯丙烯酸甲酯、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯-丙烯酸丁酯和乙烯丙烯酸共聚物中的一种或其中几种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于所述的非极性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃弹性体和乙丙橡胶中的一种或其中几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于所述的无机阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌和红磷中的一种或其中几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于所述的陶瓷前驱体聚合物为聚碳硅烷。
6.根据权利要求5所述的一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于所述的聚碳硅烷的分子量为500~3000，氮气气氛下1000℃时的陶瓷化产率不低于35 wt.%。
7.根据权利要求1所述的一种相调控可陶瓷化无卤阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基- 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯和β-(3,5-二叔丁基-4-羟 基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种或其中几种的混合物；所述的偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷和乙烯基三叔丁基过氧硅烷中的一种或其中几种的混合物；所述的交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；所述的功能填料为石墨烯、氮化硼、氧化铝、蒙脱土和水滑石中的一种或其中几种的混合物；所述的加工助剂为硬脂酸。
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