CN114350067B - 一种聚丙烯基材燃烧标准样品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚丙烯基材燃烧标准样品及其制备方法，属于标物制备领域。本发明所述聚丙烯基材燃烧标准样品采用聚丙烯树脂作为基体，加入阻燃剂和抗滴落剂进行整体燃烧速率的调节，使产品可满足大部分实际测试对应的燃烧范围，同时选用特定粒径大小的滑石粉作为填料搭配稳定性较高、相容性较好的热塑性弹性体POE作为组分改性成分，控制产品的收缩特性，有效调节产品的样品尺寸稳定性和均匀性，使产品满足燃烧测试标准样品的基本要求。本发明还提供了所述聚丙烯基材燃烧标准样品的制备方法及其在校准汽车内饰燃烧测试设备以及验证汽车内饰燃烧测试结果中的应用，为现有技术汽车内饰燃烧测试标样填补了空缺。

Description

一种聚丙烯基材燃烧标准样品及其制备方法

技术领域

本发明涉及标物制备领域，具体涉及一种聚丙烯基材燃烧标准样品及其制备方法。

背景技术

汽车给人类生活带来巨大方便的同时，各类交通事故的发生也对乘客的生命财产造成较大的潜在威胁，其中汽车内饰材料与乘员关系最为密切，为了在发生交通事故时，避免或延缓火灾的扩大，国家制定了严格的针对汽车内饰材料(多为聚丙烯基材材料)的燃烧特性法规。

汽车内饰燃烧测试就是用于测量汽车内饰材料在水平状态下的燃烧速率，评估火焰在水平方向蔓延至规定距离和时间的燃烧性能的一种专业测试。而汽车内饰燃烧试验仪则是针对汽车内饰材料的可燃性进行定性评定，是用来评估汽车内饰材料在水平状态下的燃烧速率设备，试验仪的状态好坏是在测试过程中获得准确性数据的重要因素和保障，设备在投入使用过程中不仅要定期对设备进行维护保养，还需要定期对设备状态进行效验跟踪。

目前通过CNAS认可的实验室或计量认证的第三方检测机构以及与材料相关的企业内部实验室不计其数，这些检测机构或实验室如果要对汽车内饰燃烧进行准确的检验和生产过程监控，都需要相应的标准样品对检测设备进行有效监控。然而现有技术上的一大困境就是，市面目前暂还没有专门针对汽车内饰燃烧测试的标准样品。

例如，CN208043760U公开一种汽车内饰水平燃烧检测装置，其涉及一种汽车内饰水平燃烧检，包括燃烧箱和支架，所述支架包括水平延伸的试样放置架和与所述试样放置架垂直设置的侧板，在所述燃烧箱竖直设置的第一侧壁上开设有一水平延伸的长条孔，与所述第一侧壁相邻且竖直设置的两个第二侧壁上设置有与所述长条孔对应的导轨，所述支架远离所述侧板一端适于从所述长条孔进入并沿所述导轨滑动直至所述侧板封闭所述长条孔。但是该技术方案并没有提供任何可用于校准和跟踪现有测试设备的燃烧测试标准样品。

《汽车内饰材料水平燃烧试验的取样方法》中公开了一种在已有的制件中对单一材料、层积复合材料测试样件的取样方法，但该技术方案仅对已有样件性能进行评估，并不能作为汽车内饰燃烧的标准样品。

《A类火灾试验用燃烧物标准样品研制》中公开了一种塑料杯组合体和纸杯组合体两类A类火灾试验用燃烧物标准样品，同时还对标准样品的均匀性和稳定性进行了试验研究和数据分析，结果表明研制的标准样品均匀性良好，稳定性可靠，但是这类样品与汽车内饰类产品组成相差甚远，并不适用于作为汽车内饰燃烧标准样品。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种聚丙烯基材燃烧标准样品，该产品成型性好，均匀度高，稳定性强，适用于不同的燃烧测试速率下的表征现象，更加接近汽车内饰燃烧测试设备的测试功能范围。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种聚丙烯基材燃烧标准样品，包括以下组分：

聚丙烯树脂70～90份、填料5～10份、阻燃剂0.1～5份、抗滴落剂0.1～1份以及加工助剂0.8～4.5份；

所述填料为滑石粉，其粒径D50为3.5～6.5μm。

汽车内饰零件(如汽车仪表盘、门板等)所用材料基本为聚丙烯树脂作为基体，同时其具有密度低、性能均衡且成型性好的优点，因此选用聚丙烯树脂作为燃烧标准样品的基体树脂非常合适，然而由于汽车内饰材料中通常含有部分燃烧速率与聚丙烯树脂差距较大的成分(如皮革、无纺布等)，因此不同的产品燃烧区间不同，需要实际的聚丙烯基体燃烧标准样品的水平燃烧速率必须具有较宽的可调控范围；此外，聚丙烯树脂收缩率不高且尺寸稳定性差，若不进行适当的改性将难以用在制备标准样品中。

基于上述考虑，本申请发明人采用聚丙烯树脂作为基体，加入阻燃剂和抗滴落剂进行整体燃烧速率的调节，使产品可满足大部分实际测试对应的燃烧范围，同时选用特定粒径大小的滑石粉作为填料改性成分，控制产品的收缩特性，有效调节产品的样品燃烧速率稳定性和均匀性，使产品满足燃烧测试标准样品的基本要求。

优选地，所述聚丙烯基材燃烧标准样品的组分还包括热塑性弹性体POE 8～20份；

优选地，所述热塑性弹性体POE为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种，在190℃，2.16kg负荷下的熔体流动速率≥0.8g/10min，所述熔体流动速率根据ISO1133-1:2011标准进行测试。

实际产品制备过程中，聚丙烯树脂的种类不同、添加填料的配比不同以及阻燃剂等组分添加量不同时，产品的燃烧性能、均匀性和稳定性差距较大，往往需要在聚丙烯树脂中添加部分热塑性弹性体POE才能抑制聚丙烯树脂整体的收缩以及达到理想的成型效果，而热塑性弹性体POE本身与聚丙烯树脂和填料均具有较好的相容性，当其流动性较强时，在产品熔炼制备时可进一步提升产品的组分分散性，保障产品成型效果好，成型后尺寸稳定性高。

优选地，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种；

更优选地，所述聚丙烯树脂在230℃，2.16kg负荷下的熔体流动速率为 2～35g/10min，所述熔体流动速率根据ISO 1133-1:2011标准进行测试。

优选地，所述阻燃剂为溴系阻燃剂、无卤阻燃剂中的至少一种；

更优选地，所述阻燃剂为无卤阻燃剂。

无卤阻燃剂的使用可使制备产品燃烧时发烟量较少，同时不会产生腐蚀性的有毒气体产物，环保性较好且加工稳定性强。

优选地，所述抗滴落剂为粉体类抗滴落剂。

更优选地，所述抗滴落剂为粉体类聚四氟乙烯类抗滴落剂。

一般而言，抗滴落剂一般呈乳液形态、粉体形态或包覆颗粒类形态，而发明人发现，采用粉体类的抗滴落剂可有效控制最终产品在测试燃烧过程中的滴落，减少热量损失，同时在制备过程中分布均匀稳定，所得测试结果稳定性高，且相比其他形态的抗滴落剂更好调控产品的燃烧速率。

优选地，所述加工助剂为抗氧剂、光稳定剂、分散剂、着色剂中的至少一种。

通过在产品中添加适当的抗氧剂和光稳定剂可进一步防止产品在长期保存或使用过程中出现失效，而分散剂和着色剂的使用则分别可进一步保障产品在制备过程中的组分分散均匀性以及提高产品的使用范围，使产品可以不同色系应用在多个设备领域。

更优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂、硫醇类抗氧剂中的至少一种；

更优选地，所述光稳定剂为光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂和自由基捕获剂中的至少一种；

更优选地，所述分散剂为液态石蜡、白油中的至少一种；

更优选地，所述着色剂为有机着色剂、无机着色剂中的至少一种。

本发明的另一目的在于提供所述聚丙烯基材燃烧标准样品的制备方法，包括以下步骤：

将各组分按配比混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融混炼挤出，再经注塑加工，即得所述聚丙烯基材燃烧标准样品。

本发明所述聚丙烯基材燃烧标准样品的制备方法操作步骤简单，可实现工业化规模生产。

优选地，所述双螺杆挤出机在熔融混炼挤出时的温度设置为：一区温度 80～100℃，二区温度160～180℃，三区温度180～200℃，四区温度180～200℃，五区温度180～200℃，六区温度180～200℃，七区温度180～200℃，八区温度 180～200℃，九区温度180～200℃，十区温度180～200℃，十一区温度180～200℃，十二区温度180～200℃；所述主机的转速设置为300～400rpm；所述双螺杆挤出机中螺杆的长径比为40：1。

优选地，所述注塑加工时的温度设置为190～210℃，射胶速度为30～40％，射胶压力为30～50bar，保压压力为30～40bar，保压时间为5～8s，冷却时间为5～10s。

本发明的再一目的在于提供所述聚丙烯基材燃烧标准样品在校准汽车内饰燃烧测试设备以及验证汽车内饰燃烧测试结果中的应用。

本发明所述聚丙烯基材燃烧标准样品创造性地为现有技术汽车内饰燃烧测试标样填补了空缺，该产品可根据应用需求调节自身水平燃烧速率，同时具有均匀性和稳定性好的特点，可有效应用于汽车内饰燃烧测试仪等相关仪器的维护、校准及管理当中，同时也可应用在验证样品燃烧测试结果的准确性中。

本发明的有益效果在于，本发明提供了一种聚丙烯基材燃烧标准样品，该产品采用聚丙烯树脂作为基体，加入阻燃剂和抗滴落剂进行整体燃烧速率的调节，使产品可满足大部分实际测试对应的燃烧范围，同时选用特定粒径大小的滑石粉作为填料搭配稳定性较高、相容性较好的热塑性弹性体POE作为组分改性成分，控制产品的收缩特性，有效调节产品的样品燃烧速率稳定性和均匀性，使产品满足燃烧测试标准样品的基本要求。本发明还提供了所述聚丙烯基材燃烧标准样品的制备方法及其在校准汽车内饰燃烧测试设备以及验证汽车内饰燃烧测试结果中的应用，为现有技术汽车内饰燃烧测试标样填补了空缺。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施、对比例所设计的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。

各实施例和对比例使用原料的信息如下，除特定说明外，各实施例和对比例所用原料均为同一市售品种：

聚丙烯树脂1：中国石化化工公司生产PP PPH-T03(中韩)型号产品，均聚聚丙烯树脂，在230℃，2.16kg负荷下的熔体流动速率为2.96g/10min；

聚丙烯树脂2：中国台湾化学公司生产PP K9017型号产品，共聚聚丙烯树脂，在230℃，2.16kg负荷下的熔体流动速率为16.5g/10min；

热塑性弹性体POE 1：美国陶氏生产ENGAGE 8452型号产品，乙烯-辛烯共聚物，在190℃，2.16kg负荷下的熔体流动速率为3.0g/10min；

热塑性弹性体POE 2：美国陶氏生产ENGAGE 8150型号产品，乙烯-辛烯共聚物，在190℃，2.16kg负荷下的熔体流动速率为0.5g/10min；

热塑性弹性体SEBS：美国科腾生产SEBSG1657 VS型号产品，在190℃， 2.16kg负荷下的熔体流动速率为2.2g/10min；

填料1：滑石粉，广州添源化工有限责任公司生产TYT-777A，经粒径原料筛选后，D50为4.7～4.9μm；

填料2：滑石粉，广西龙胜华美滑石开发有限公司生产AH-1250N6，经粒径原料筛选后，D50为8.8～9.3μm；

填料3：滑石粉，辽宁艾海意米矿业有限公司生产HTPUltra5L，经粒径原料筛选后，D50为3.0～3.4μm；

填料4：碳酸钙，广东翔龙科技股份有限公司生产AC-05N，经粒径原料筛选后，D50为8.5～9.3μm；

阻燃剂1：无卤阻燃剂JLS-PNPID，杭州捷尔思阻燃化工有限公司生产产品；

阻燃剂2：无卤阻燃剂FP-2200，日本艾迪科公司生产产品；

抗滴落剂：粉体类聚四氟乙烯类抗滴落剂，广州汇硅复合材料有限公司生产X-010型号产品；

抗氧剂：市售受阻酚类抗氧剂；

光稳定剂：市售紫外线吸收剂；

分散剂：市售白油；

着色剂：市售钛白粉。

实施例1～6

本发明所述聚丙烯基材燃烧标准样品及其制备方法的实施例，各产品的制备方法，包括以下步骤：

将聚丙烯树脂、热塑性弹性体POE、填料、阻燃剂、抗滴落剂以及加工助剂按配比混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融混炼挤出，再经注塑加工成 356mm*100mm*3mm尺寸，即得所述聚丙烯基材燃烧标准样品。

所述双螺杆挤出机在熔融混炼挤出时的温度设置为：一区温度80～100℃，二区温度160～180℃，三区温度180～200℃，四区温度180～200℃，五区温度 180～200℃，六区温度180～200℃，七区温度180～200℃，八区温度180～200℃，九区温度180～200℃，十区温度180～200℃，十一区温度180～200℃，十二区温度180～200℃；所述主机的转速设置为350rpm；所述双螺杆挤出机中螺杆的长径比为40：1；

所述注塑加工时的温度设置为200℃，射胶速度为30～40％，射胶压力为 40bar，保压压力为35bar，保压时间为5～8s，冷却时间为5～10s。

各实施例所用原料的配比如表1所示。

对比例1～4

各对比例所述产品与各实施例所述产品的差别仅在于组分原料配方或配比不同，所述原料的配比如表1所示。

表1

效果例1

为验证本发明所得聚丙烯基材燃烧标准样品的燃烧性能，将各产品进行燃烧测试，所述测试根据GB/T 8410-2006《汽车内饰材料的燃烧特性》进行；

引用CNAS-GL003-2018《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》，采用单因子方差分析检验样品间的均匀性。对于一个实施例或对比例产品，在同批次样品中随机抽取10组制备好的样品，每组有2根标准样品，将标准样品在(23 ±2)℃&(50±5)％RH的恒温恒湿箱中调节24h之后测试，根据自由度及显著性水平，各产品的均匀性临界值F_0.05(9,10)＝3.02，若统计值F＜F_0.05(9,10)＝3.02，则认为组间与组内无显著差异，即说明样品是均匀的，且数值越小说明产品越均匀，而如果该F值≥临界值F_0.05(9,10)＝3.02，则说明该产品均匀性不足，测试结果如表2所示；采用t检验法中的两个平均值之间的一致性检验样品的稳定性，将均匀性检验数据作为其中一个平均值，另随机抽取20根制备好的样品作为平行组，将标准样品在(23±2)℃&(50±5)％RH的恒温恒湿箱中调节24h之后测试，计算平均值，以两组平均值样本计算各实施例产品的t值，各产品的稳定性临界值t_{0.05(20+20-2)}＝2.024，结果如表3所示，若t＜t_{0.05(20+20-2)}，说明产品稳定性好，其中t值越小，稳定性越好。

表2

表3

从表中可知，本发明各实施例产品可实现较宽范围的水平燃烧速率，同时各产品均匀性和稳定性高，各实施例产品均匀性测试时的F值＜2且在进行稳定性测试时的t值＜2。相比之下，现有技术中常采用热塑性弹性体SEBS搭配聚丙烯树脂制备阻燃聚丙烯复合材料，然而由于热塑性弹性体SEBS粘度较高，往往需要加入较多含量的分散剂才能保证产品可在制备过程中顺利挤出成型，如对比例1产品所示，然而这种现有产品其均匀性和稳定性均难以达到制备标准样品的标准。根据实施例2和实施例5产品可知，当产品组分中添加适量的热塑性弹性体POE后，其熔体流动速率高于0.8g/10min时，产品的F值和t值更小，均匀性和稳定性更好。根据实施例1和对比例2～4可明显看出，本发明所述聚丙烯基材燃烧标准样品中采用的填料的种类和粒径对产品的收缩特性具有较大影响，只有在采用优选D50为3.5～6.5μm的滑石粉作为填料后制备的产品才能具有稳定的燃烧速率和高度均匀性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种聚丙烯基材燃烧标准样品，其特征在于，包括以下组分：

聚丙烯树脂70～88份、填料5～10份、阻燃剂0.1～5份、抗滴落剂0.1～1份、热塑性弹性体POE 8～20份以及加工助剂0.8～4.5份；

所述填料为滑石粉，其粒径D50为3.5～6.5μm。

2.如权利要求1所述聚丙烯基材燃烧标准样品，其特征在于，所述热塑性弹性体POE在190℃，2.16kg负荷下的熔体流动速率≥0.8g/10min。

3.如权利要求1所述聚丙烯基材燃烧标准样品，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种；所述聚丙烯树脂在230℃，2.16kg负荷下的熔体流动速率为2～35g/10min。

4.如权利要求1所述聚丙烯基材燃烧标准样品，其特征在于，所述抗滴落剂为粉体类抗滴落剂。

5.如权利要求1所述聚丙烯基材燃烧标准样品，其特征在于，所述加工助剂为抗氧剂、光稳定剂、分散剂、着色剂中的至少一种。

6.如权利要求1～5任一项所述聚丙烯基材燃烧标准样品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将各组分按配比混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融混炼挤出，再经注塑加工，即得所述聚丙烯基材燃烧标准样品。

7.如权利要求6所述聚丙烯基材燃烧标准样品的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机在熔融混炼挤出时的温度设置为：一区温度80～100℃，二区温度160～180℃，三区温度180～200℃，四区温度180～200℃，五区温度180～200℃，六区温度180～200℃，七区温度180～200℃，八区温度180～200℃，九区温度180～200℃，十区温度180～200℃，十一区温度180～200℃，十二区温度180～200℃；主机的转速设置为300～400rpm；所述双螺杆挤出机中螺杆的长径比为40：1。

8.如权利要求6所述聚丙烯基材燃烧标准样品的制备方法，其特征在于，所述注塑加工时的温度设置为190～210℃，射胶速度为30～40％，射胶压力为30～50bar，保压压力为30～40bar，保压时间为5～8s，冷却时间为5～10s。

9.如权利要求1～5任一项所述聚丙烯基材燃烧标准样品在校准汽车内饰燃烧测试设备以及验证汽车内饰燃烧测试结果中的应用。