CN115073854A - 一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料及其制备方法和应用，属于新材料技术领域。所述耐高温阻燃聚丙烯发泡材料采用耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒制备而成；所述耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒按重量份数计，包括如下成分：聚丙烯树脂：70~90份；硅酸盐：5~20份；阻燃剂：3~7份；相容助剂：3~5份；稳泡助剂：2~5份。本发明提供的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的发泡倍率为10‑30倍，其UL94阻燃测试达到V0级别，氧指数为27‑32%；且在110℃下的各方向的尺寸收缩率均小于0.2%，满足汽车顶棚、动力电池、隔热材料等领域的使用要求。

Description

一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯是一种结构规整的结晶性聚合物，系白色蜡状材料，外观透明而轻。化学式为(C3H6)n，密度为0.89～0.91g/cm3，易燃，熔点165℃，使用温度范围为-30～140℃。聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等优点，使得聚丙烯自问世以来，便迅速在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等众多领域得到广泛的开发应用。
发泡聚丙烯（Expanded polypropylene）是一种高性能发泡树脂，树脂经过物理、化学等方式发泡（膨胀）5倍～50倍，得到的发泡制品具有轻质省料、节能环保、抗冲吸能等优点，不仅可以节约大量的原料，减少地球资源的浪费，而且具有优异隔热性，被应用于建筑保温、汽车隔热等领域。
在通常情况下，发泡聚丙烯的阻燃性能较差，在用于高楼外墙保温层、汽车、家电、动力电池等领域时，存在安全隐患。因此，需要在发泡聚丙烯母粒的制备过程中添加阻燃剂，以起到阻燃的效果。但是，现有的阻燃发泡聚丙烯材料中，阻燃剂的添加量较大，通常达到20%以上。阻燃剂的添加量较大会导致聚丙烯母粒在后续发泡过程中出现发泡倍率不足、存在空洞塌陷等问题，严重限制的发泡聚丙烯材料的应用。同时，发泡聚丙烯在80℃以上的温度很容易发生尺寸变形，无法满足在80~110℃下尺寸变化应小于0.5%的使用要求。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的发泡聚丙烯材料耐高温和阻燃性能差，不能满足汽车顶棚、动力电池、隔热材料等领域的应用要求的问题，提供一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，该耐高温阻燃聚丙烯发泡材料具有良好的阻燃效果和耐高温性能，能够满足汽车顶棚、动力电池、隔热材料等领域的应用要求。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，采用耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒制备而成；所述耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒按重量份数计，包括如下成分：
聚丙烯树脂：70~90份；
硅酸盐：5~20份；
阻燃剂：3~7份；
相容助剂：3~5份；
稳泡助剂：2~5份；
所述聚丙烯树脂为具有共聚单体的聚丙烯树脂，其在230℃、负载2.16Kg条件下的熔体流动速率为2~10g/10min；
所述阻燃剂为磷氮类无卤阻燃剂。
作为优选，所述聚丙烯树脂包括中石化E02ES或巴塞尔RS1684。
作为优选，所述硅酸盐为蒙脱土、高岭土、莫斯科土、滑石粉、浮石粉和云母粉中的一种或多种，其粒径为800~4000目。
作为优选，所述磷氮类无卤阻燃剂包括羟基苯基磷酰酸、羧烷基苯基次磷酸或聚磷酸酯。
作为优选，所述相容助剂为PP-g-MAH。
作为优选，所述稳泡助剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、单硬脂酸甘油酯和双硬脂酸甘油酯中的一种或多种。
特别是，当相容助剂选择PP-g-MAH、稳泡助剂选择单硬脂酸甘油酯时，一方面能够增加无机硅酸盐粉末与基体聚丙烯树脂的相容性，进而提高分散效果；另一方面PP-g-MAH分子中的酸酐基团，参与小分子单硬脂酸甘油酯反应，能够减少小分子在后续工艺过程中的迁移，并在发泡时提高发泡倍率和闭孔率，使得发泡聚丙烯的耐温性能进一步提高。
作为优选，所述耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒的制备方法为，
S1.将聚丙烯树脂、硅酸盐、阻燃剂、相容助剂和稳泡助剂混合10~15分钟，得到混合物；
S2.用双螺杆挤出机将混合物熔融共混后挤出拉条、水冷、切粒、干燥、分筛，得到所述耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒；
其中，将混合物熔融共混后挤出的参数包括：挤出机主喂料50kg/h；加料阶段温度为170~190℃；熔融段温度为190~220℃；计量段温度为190~220℃；挤出温度为170~220℃，挤出的螺杆转速为70~200rpm，挤出的口模压力为2~8MPa。
将双螺杆挤出温度设置在170-220℃之间是因为，低于170℃时聚丙烯无法融化，配方中的各种成分无法混合均匀，而温度高于220℃则会导致聚丙烯分解，降低最后材料的力学性能。螺杆转速与口模压力是根据加工生产过程中使用的设备以及对产量的要求来实时调整。当螺杆转速低于70rmp时，无法将各成分混合均匀，高于200rmp时，产生的摩擦热和过强的剪切会导致聚丙烯分解。而口模压力低于2MPa会导致难以拉条，高于8MPa则会影响机器寿命。
本发明的目的之二在于提供一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的制备方法。
所述耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的制备方法，包括以下步骤，
S1.将所述的耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒使用模压设备压成板材后，经过冷却定型得到厚度为10-50mm的聚丙烯预发泡板；其中，所述模压设备的参数设置为温度200-220℃、压力4-6MPa、时间10-15min；
S2.将聚丙烯预发泡板放入恒温T的模腔内，充入超临界流体进行渗透、溶胀，达到平衡状态，形成聚合物-超临界流体均相体系；
S3.以泄压速率10-80MPa/s泄压发泡，使体系内压力泄压至0，聚丙烯预发泡板发泡膨胀，得到发泡10-30倍的聚丙烯发泡板材，即为所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料。
制备聚丙烯预发泡板时，模压设备的参数设置在温度200-220℃，是因为温度低于200℃会导致聚丙烯母粒难以融化，而高于220℃则会导致聚丙烯母粒分解。设置压力在4-6MPa是为了排除母粒堆积之间的空气，防止预发泡板材中有空洞影响发泡以及性能，但高于6MPa熔体会溢料损失，浪费材料。模压时间10-15min是为了提供充分的时间让聚丙烯母粒充分熔融，内部晶体完全瓦解，并且让其中的空气被挤压出去。
其中，步骤S2中，所述的T低于聚丙烯的熔融温度Tm。采用的超临界流体为超临界N2和/或CO2，超临界流体压力7.2-20MPa，平衡时间1-5h。
模腔温度T低于聚丙烯熔点Tm即165℃，优选155℃-165℃，这是因为聚丙烯超临界发泡工艺需要足够的温度让聚丙烯分子链出现软化，让二氧化碳分子可以浸润到聚丙烯预发泡板之中，并在泄压之后让二氧化碳可以在聚丙烯预发泡板中形成孔洞，温度过低会导致发泡倍率过小或者不发泡，温度过高会导致聚丙烯发泡板完全融化，分子链无法包裹聚丙烯，无法发泡。超临界流体压力设置在7.2-20MPa时渗透效率高，低于7.2MPa通常渗透时间超过5h，生产效率低，而高于20MPa对设备的要求高，造价昂贵，生产成本高。设置保压时间1-5h是为了让二氧化碳在较高的压力下有充足的时间浸润整个聚丙烯预发泡板中，从而获得性能良好的聚丙烯发泡板材。
步骤S3中，所述泄压速率优选为20-50MPa/s，这是因为泄压速率低于20MPa/s泡孔粗大表观质量较差，高于50MPa/s发泡倍率率较低，可能达不到发泡要求。
本发明的目的之三在于提供一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的应用，将所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料用于汽车顶棚、动力电池和隔热领域。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒具有良好的阻燃效果，其UL94阻燃测试达到V0级别，氧指数为27-32%。这是因为：首先，采用的硅酸盐为层状硅酸盐，其片层结构对气体（特别是氧气）有显著的阻隔作用，同时能够减少产品在燃烧过程中的熔滴。其次，层状硅酸盐粉末能够与磷氮类无卤阻燃剂形成良好的协同作用，使硅酸盐粉末和阻燃剂中的N-P-Si协同膨胀起到阻燃的作用，无机硅化合物的加入使得在燃烧过程中，二氧化硅向表面迁移，从而使阻燃剂在材料着火时能迅速发挥其阻燃作用，使得膨胀性阻燃剂在阻燃过程中形成隔热隔氧碳层更加致密。由于存在上述复配作用，使得制备的发泡聚丙烯母粒虽然添加较少的阻燃剂仍然具有较好的发泡倍率，并且不会导致塌陷和空洞。
2、本发明提供的耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒在110℃下的各方向的尺寸收缩率均小于0.2%。其耐高温效果主要是具有共聚单体的聚丙烯树脂（即具有双熔融峰的聚丙烯树脂）和层状的硅酸盐粉末的相互作用带来的增益：一方面，硅酸盐粉末在聚丙烯的晶区，在异相成核的作用下形成更多、更小的结晶，提高了聚丙烯的结晶度，特别是提高了高温晶型的结晶度，从10%提高到16%，进而抑制在高温下由于结晶收缩带来的尺寸变化，表现为高温下的抗形变能力提高。另一方面，硅酸盐粉末在聚丙烯的非晶区，均匀分散并有序排列，这样在挤出拉条制备母粒过程中，层状结构沿挤出方向形成取向，在后续发泡的过程中，进一步抑制变形，提高耐温性能。层状的硅酸盐粉末能提高耐温性，并且跟聚丙烯树脂基体的相容性更好，从而能够进一步提高耐温效果。再通过相容助剂增加无机粉末与有机树脂的分散性和界面结合力，使得耐温性能进一步提高。因此，本发明提供的耐高温发泡聚丙烯母粒具有优异的耐高温性能，在110℃高温下在长宽高各方向的尺寸收缩率均小于0.2%，满足使用要求。
3、本发明提供的制备方法，采用常规的双螺杆挤出机即可制备耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒，对设备要求低，且制备方法简单，易于工业制造。
具体实施方式
实施例1
一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，所述耐高温阻燃聚丙烯发泡材料采用耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒制备而成。该耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒包括：中石化E02ES（230℃、负载2.16Kg条件下的熔体流动速率为2.5g/10min）70kg、4000目莫斯科土15kg、聚磷酸酯（MPOP，湖北成丰化工有限公司）10kg、PP-g-MAH （南通瑞诚高分子材料有限公司，P-606）3kg、单硬脂酸甘油酯（杭州富春食品添加剂有限公司，蒸馏单硬脂酸甘油酯）2kg。
将上述成分充分干燥后，通过高速混合机，混合物经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，加料段分四区加热温度依次为170-175-180-190℃、熔融段分四区加热温度依次为190-190-195-195℃、计量段至口模温度依次为200-200-210-220℃，挤出机主喂料50kg/h，螺杆转速70rpm；挤出加工自加料口至口模，温度从170℃逐步过渡至220℃，口模压力2MPa。熔融物料经挤出拉条、水冷、切粒、干燥、分筛，得到耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒A1。
所述耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的制备方法，包括以下步骤，
S1.耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒A1使用平板硫化机，模压工艺温度220℃、压力6MPa、时间15min，经过冷却定型得到厚度10mm的聚丙烯预发泡板材B1。
S2.将预发泡板材B1置于恒温155℃的模腔内。置换模腔内空气后，充入二氧化碳至超临界状态，控制压力在7.2MPa，保压渗透2h。
S3.通过调整气动球阀的通径大小和管路长短控制泄压速率为20MPa/s，将模腔内压力从7.2MPa泄压至0。最后打开模腔，制得耐高温阻燃发泡聚丙烯材料C1。
经测试，制备的耐高温阻燃发泡聚丙烯材料的密度为90kg/m³，相对于原物料膨胀了10倍。将耐高温阻燃发泡聚丙烯板材C1进行UL94阻燃测试，参见表1，板材C1达到V0级别，氧指数达到32%。将耐高温阻燃发泡聚丙烯板材C1在110℃下3h干烘后，参见表2，板材C1在110℃下的各方向的尺寸收缩率均小于0.2%。
实施例2
一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，所述耐高温阻燃聚丙烯发泡材料采用耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒制备而成。该耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒包括：巴塞尔RS1684（230℃、负载2.16Kg条件下的熔体流动速率为3g/10min）90kg、4000目浮石粉5kg、羧烷基苯基次磷酸（武汉普世达生物科技有限公司，阻燃剂3-HPP）3kg、PP-g-MAH （杜邦P613）1kg、单硬脂酸甘油酯（杭州富春食品添加剂有限公司，蒸馏单硬脂酸甘油酯）1kg。
将上述成分充分干燥后，通过高速混合机，混合物经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，加料段分四区加热温度依次为170-175-180-190℃、熔融段分四区加热温度依次为190-190-195-195℃、计量段至口模温度依次为200-200-210-220℃，挤出机主喂料50kg/h，螺杆转速70rpm；挤出加工自加料口至口模，温度从170℃逐步过渡至220℃，口模压力2MPa。熔融物料经挤出拉条、水冷、切粒、干燥、分筛，得到耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒A2。
所述耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的制备方法，包括以下步骤，
S1.耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒A2使用平板硫化机，模压工艺温度200℃、压力4MPa、时间10min，经过冷却定型得到厚度10mm的聚丙烯预发泡板材B2。
S2.将预发泡板材B2置于恒温160℃的模腔内。置换模腔内空气后，充入二氧化碳至超临界状态，控制压力在10MPa，保压渗透2h。
S3.通过调整气动球阀的通径大小和管路长短控制泄压速率在30MPa/s，将模腔内压力从10MPa泄压至0。最后打开模腔，制得耐高温阻燃发泡聚丙烯材料C2。
经测试，制备的耐高温阻燃发泡聚丙烯材料的密度为64kg/m³，相对于原物料膨胀了14倍。将耐高温阻燃发泡聚丙烯板材C2进行UL94阻燃测试，参见表1，板材C2达到V0级别，氧指数达到27%。将耐高温阻燃发泡聚丙烯板材C2在110℃下3h干烘后，参见表2，板材C2在110℃下的各方向的尺寸收缩率均小于等于0.2%。
实施例3
一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，所述耐高温阻燃聚丙烯发泡材料采用耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒制备而成。该耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒包括：巴塞尔RS1684（230℃、负载2.16Kg条件下的熔体流动速率为3g/10min）80kg、800目云母粉10kg、羟基苯基磷酰酸（湖北摆渡化学有限公司，CEPPA）7kg、PP-g-MAH（杜邦P613）2kg、单硬脂酸甘油酯（杭州富春食品添加剂有限公司，蒸馏单硬脂酸甘油酯）1kg。
将上述成分充分干燥后，通过高速混合机，混合物经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，加料段分四区加热温度依次为170-175-180-190℃、熔融段分四区加热温度依次为190-190-195-195℃、计量段至口模温度依次为200-200-210-220℃，挤出机主喂料50kg/h，螺杆转速70rpm；挤出加工自加料口至口模，温度从170℃逐步过渡至220℃，口模压力2MPa。熔融物料经挤出拉条、水冷、切粒、干燥、分筛，得到耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒A3。
所述耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的制备方法，包括以下步骤，
S1.耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒A3使用平板硫化机，模压工艺温度220℃、压力4MPa、时间15min，经过冷却定型得到厚度25mm的聚丙烯预发泡板材B3。
S2.将预发泡板材B3置于恒温165℃的模腔内。置换模腔内空气后，充入二氧化碳至超临界状态，控制压力在16MPa，保压渗透3h。
S3.通过调整气动球阀的通径大小和管路长短控制泄压速率为50MPa/s，将模腔内压力从16MPa泄压至0。最后打开模腔，制得耐高温阻燃发泡聚丙烯材料C3。
经测试，制备的耐高温阻燃发泡聚丙烯材料的密度为30kg/m³，相对于原物料膨胀了30倍。将耐高温阻燃发泡聚丙烯板材C3进行UL94阻燃测试，参见表1，板材C3达到V0级别，氧指数达到29%。将耐高温阻燃发泡聚丙烯板材C3在110℃下3h干烘后，参见表2，板材在110℃下的各方向的尺寸收缩率均小于0.2%。
对比例1
对比例1的发泡聚丙烯板材包括：中石化E02ES（230℃、负载2.16Kg条件下的熔体流动速率为2.5g/10min）70kg、4000目莫斯科土25kg、PP-g-MAH（南通瑞诚高分子材料有限公司，P-606）3kg、单硬脂酸甘油酯（杭州富春食品添加剂有限公司，蒸馏单硬脂酸甘油酯）2kg。
其制备方法与实施例1相同。
经测试，对比例1制备的发泡聚丙烯板材的密度为125kg/m³，相对于原物料膨胀了7.2倍。参见表1，该发泡聚丙烯板材通过UL94阻燃测试达到V2级别，氧指数为24.5%，阻燃性能较差。
对比例2
对比例2中的发泡聚丙烯板材包括：中石化E02ES（230℃、负载2.16Kg条件下的熔体流动速率为2.5g/10min）70kg、聚磷酸酯（MPOP，湖北成丰化工有限公司）25kg、PP-g-MAH（南通瑞诚高分子材料有限公司，P-606）3kg、单硬脂酸甘油酯（杭州富春食品添加剂有限公司，蒸馏单硬脂酸甘油酯）2kg。
其制备方法与实施例1相同。
经测试，对比例2制备的发泡聚丙烯板材的密度为119kg/m³，相对于原物料膨胀了7.6倍。参见表1，该发泡聚丙烯板通过UL94阻燃测试达到V1级别，氧指数为25.5%。但是对比例2制备的发泡聚丙烯板材在各方向的尺寸变化率均大于0.5%，具体参见表2，不满足较高温度场景下尺寸变化应小于0.5%的使用要求。
实施例1-3及对比例1-2制备的发泡聚丙烯材料的阻燃性能检测数据和尺寸稳定性检测数据分别如表1和表2所示。
表1 实施例1-3及对比例1-2中发泡聚丙烯材料的阻燃性能数据
Figure 393292DEST_PATH_IMAGE001
从表1可知，本发明提供的的耐高温阻燃聚丙烯模压发泡板材阻燃效果显著，硅酸盐粉末和磷氮类无卤阻燃剂协同阻燃效果明显，阻燃等级达到V0级，氧指数达到27-32%。
表2 实施例1-3及对比例1-2中发泡聚丙烯材料的尺寸稳定性数据
Figure 684333DEST_PATH_IMAGE002
从表2可知，本发明提供的耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒具有良好的耐高温性能，在110℃下的板材在长宽高各个方向的收缩率均小于0.2%。
综上，本发明提供的耐高温阻燃发泡聚丙烯材料的发泡倍率为10-30倍，且UL94阻燃测试达到V0级别，氧指数为27-32%，同时具有良好的耐温性能，在110℃下的各方向的尺寸收缩率均小于0.2%。该耐高温阻燃发泡聚丙烯材料满足在汽车顶棚、动力电池、隔热材料等领域的使用要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述耐高温阻燃聚丙烯发泡材料采用耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒制备而成；所述耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒按重量份数计，包括如下成分：
聚丙烯树脂：70~90份；
硅酸盐：5~20份；
阻燃剂：3~7份；
相容助剂：3~5份；
稳泡助剂：2~5份；
所述聚丙烯树脂为具有共聚单体的聚丙烯树脂，其在230℃、负载2.16Kg条件下的熔体流动速率为2~10g/10min；
所述阻燃剂为磷氮类无卤阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述硅酸盐为蒙脱土、高岭土、莫斯科土、滑石粉、浮石粉和云母粉中的一种或多种，其粒径为800~4000目。
3.根据权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述磷氮类无卤阻燃剂包括羟基苯基磷酰酸、羧烷基苯基次磷酸或聚磷酸酯。
4.根据权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述相容助剂为PP-g-MAH。
5.根据权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述稳泡助剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、单硬脂酸甘油酯和双硬脂酸甘油酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒的制备方法为，
S1.将聚丙烯树脂、硅酸盐、阻燃剂、相容助剂和稳泡助剂混合10~15分钟，得到混合物；
S2.用双螺杆挤出机将混合物熔融共混后挤出拉条、水冷、切粒、干燥、分筛，得到所述耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒；
其中，将混合物熔融共混后挤出的参数包括：挤出机主喂料50kg/h；加料阶段温度为170~190℃；熔融段温度为190~220℃；计量段温度为190~220℃；挤出温度为170~220℃，挤出的螺杆转速为70~200rpm，挤出的口模压力为2~8MPa。
7.一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1.将权利要求1所述的耐高温阻燃发泡聚丙烯母粒使用模压设备压成板材后，经过冷却定型得到厚度为10-50mm的聚丙烯预发泡板；其中，模压设备的参数设置为温度200-220℃、压力4-6MPa、时间10-15min；
S2.将聚丙烯预发泡板放入恒温T的模腔内，充入超临界流体进行渗透、溶胀，达到平衡状态，形成聚合物-超临界流体均相体系；
S3.以泄压速率10-80MPa/s泄压发泡，使体系内压力泄压至0，聚丙烯预发泡板发泡膨胀，得到发泡10-30倍的聚丙烯发泡板材，即为权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料。
8.根据权利要求7所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述的T低于聚丙烯的熔融温度Tm；采用的超临界流体为超临界N2和/或CO2，超临界流体压力7.2-20MPa，平衡时间1-5h。
9.根据权利要求7所述的改性聚丙烯耐热发泡材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述泄压速率优选为20-50MPa/s。
10.一种耐高温阻燃聚丙烯发泡材料的应用，其特征在于，将权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯发泡材料用于汽车顶棚、动力电池和隔热领域。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117087192A (zh) * 2023-09-20 2023-11-21 西华大学 一种同时具有取向泡孔和有序β型片晶的微发泡PP的制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1711313A (zh) * 2002-11-04 2005-12-21 西巴特殊化学品控股有限公司 阻燃剂组合物
CN103160025A (zh) * 2013-02-27 2013-06-19 广东聚石化学股份有限公司 一种高灼热丝耐浸水不析出无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法
CN105175888A (zh) * 2015-08-07 2015-12-23 余姚市中发工程塑料有限公司 一种无卤阻燃聚丙烯板材料及制备方法
CN110317399A (zh) * 2019-06-29 2019-10-11 浙江大学 膨胀阻燃聚丙烯轻量化材料及其连续挤出发泡制备方法
CN110483829A (zh) * 2019-08-22 2019-11-22 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种低辐照强度制备高强度聚丙烯发泡珠粒(epp)的制备方法
CN111234373A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法
CN112851997A (zh) * 2021-01-12 2021-05-28 东莞海博斯新材料科技有限公司 一种高发泡效率的聚丙烯板材制备方法
CN114085455A (zh) * 2021-11-20 2022-02-25 南京聚隆科技股份有限公司 一种低密度阻燃聚丙烯发泡材料及其制备方法
CN114854077A (zh) * 2022-04-27 2022-08-05 惠州市长园特发科技有限公司 一种低烟无卤阻燃聚丙烯发泡材料及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1711313A (zh) * 2002-11-04 2005-12-21 西巴特殊化学品控股有限公司 阻燃剂组合物
CN103160025A (zh) * 2013-02-27 2013-06-19 广东聚石化学股份有限公司 一种高灼热丝耐浸水不析出无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法
CN105175888A (zh) * 2015-08-07 2015-12-23 余姚市中发工程塑料有限公司 一种无卤阻燃聚丙烯板材料及制备方法
CN111234373A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法
CN110317399A (zh) * 2019-06-29 2019-10-11 浙江大学 膨胀阻燃聚丙烯轻量化材料及其连续挤出发泡制备方法
CN110483829A (zh) * 2019-08-22 2019-11-22 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种低辐照强度制备高强度聚丙烯发泡珠粒(epp)的制备方法
CN112851997A (zh) * 2021-01-12 2021-05-28 东莞海博斯新材料科技有限公司 一种高发泡效率的聚丙烯板材制备方法
CN114085455A (zh) * 2021-11-20 2022-02-25 南京聚隆科技股份有限公司 一种低密度阻燃聚丙烯发泡材料及其制备方法
CN114854077A (zh) * 2022-04-27 2022-08-05 惠州市长园特发科技有限公司 一种低烟无卤阻燃聚丙烯发泡材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王琛 等: "《聚合物改性方法与技术》", 30 April 2020, 中国纺织出版社 *
高平强 著: "《无机纳米硼酸盐复合阻燃材料制备技术》", 31 March 2019, 吉林大学出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117087192A (zh) * 2023-09-20 2023-11-21 西华大学 一种同时具有取向泡孔和有序β型片晶的微发泡PP的制备方法

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