專利名稱：：一種無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高分子材料改性
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別設(shè)計一種膨脹型無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：長玻璃纖維增強熱塑性塑料具有高強度、高剛性、高尺寸穩(wěn)定性、低翹曲度、使用壽命長、耐蠕變性能優(yōu)良等顯著特點，并具備良好的成型加工性能，被廣泛應(yīng)用于包括汽車、通訊、電子電器、電動工具等在內(nèi)的工業(yè)和民用的多領(lǐng)域，特別是在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用更為廣泛。長玻璃纖維增強聚丙烯是長玻璃纖維增強熱塑性塑料中的一種，目前被人們大量用于制作轎車的發(fā)動機罩、儀表板骨架、蓄電池托架、座椅骨架、轎車前端模塊、保險杠、行李架、備胎盤、擋泥板、風(fēng)扇葉片、發(fā)動機底盤、車頂棚襯架等。但是，現(xiàn)有的長玻璃纖維增強聚丙烯的氧指數(shù)aoi)很低，非常容易燃燒且燃燒發(fā)熱量大，甚至在燃燒過程中會產(chǎn)生大量不飽和氣體進一步促進燃燒。這就使得長玻璃纖維增強聚丙烯不適合在對材料阻燃性能要求較高的場合上應(yīng)用，也就是說，人們需要對長玻璃纖維增強聚丙烯進行阻燃改性才能將其應(yīng)用到對材料阻燃性能要求較高的場合上。為了增強長玻璃纖維增強聚丙烯的阻燃性，人們采用含鹵素的阻燃劑對長玻璃纖維增強聚丙烯進行阻燃改性，但由于含鹵素的阻燃劑在燃燒過程中會產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，許多國家頒布法令控制長玻璃纖維增強聚丙烯所用阻燃劑中鹵素的含量。中國專利CN101418100A以長玻璃纖維增強聚丙烯母粒、無卣阻燃母粒、功能助劑母粒、聚丙烯樹脂為主要原料經(jīng)過注塑成型制備無鹵阻燃長玻璃纖維增強聚丙烯材料，解決了含鹵素的阻燃劑在燃燒過程中會產(chǎn)生大量有害物質(zhì)的問題。但該專利公開的技術(shù)方案工藝復(fù)雜、加工成本高，且該專利所公開的無鹵阻燃長玻璃纖維增強聚丙烯材料是幾種原料混合經(jīng)注塑成型的制品，存在嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，以致制品各部位性能不均勻并可能存在質(zhì)量缺陷和安全隱患。中國專利CN1807497A公開了制備阻燃玻璃纖維增強聚丙烯復(fù)合材料的又一方法，其采用聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇組成膨脹型阻燃劑與聚丙烯復(fù)合制備阻燃聚丙烯材料，該阻燃聚丙烯材料再與長玻璃纖維、玻璃纖維氈復(fù)合經(jīng)擠出機擠出制備阻燃玻璃纖維增強聚丙烯復(fù)合材料。此方法需要兩次加工工藝，同樣存在加工成本高的問題，且聚磷酸銨耐溫性較差，經(jīng)過兩次加工時部分聚磷酸銨已經(jīng)分解，這對阻燃效果影響很大。另外，由于此方法中所采用的三種阻燃劑都屬于與聚丙烯的相容性差的有機低分子物質(zhì)，容易向材料表面遷移產(chǎn)生"噴霜"現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡單、制作成本低、性能優(yōu)異的膨脹型無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，并進一步公開該材料的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)方案是一種膨脹型無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其組分按質(zhì)量百分比含量計算包括回收聚丙烯2555%，長玻璃纖維1540%，膨脹型無鹵阻燃劑2035%，抑煙劑0.53%，偶聯(lián)劑0.40.8%，相容劑38%，熔指改性劑0.10.3%，抗氧劑0.20.4%，潤滑劑14%，功能助劑13%。上述組分中所述回收聚丙烯包括粒狀、粉狀、塊狀的共聚或均聚聚丙烯，所述長玻璃纖維采用無堿連續(xù)無捻粗紗，纖維直徑為1220um，號數(shù)為12002400號。所述膨脹型無鹵阻燃劑選擇由磷酸酯、磷酸鹽、淀粉、季戊四醇、三聚氰胺、雙氰胺、聚磷酸銨中任幾種物質(zhì)組合而成的磷氮系阻燃劑。優(yōu)選是由其中幾種物質(zhì)在反應(yīng)釜內(nèi)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)復(fù)合而成的膨脹型阻燃劑。所述抑煙劑包括氧化鉬、八鉬酸銨、氧化鋅、硼酸鋅中的一種或幾種，所述偶聯(lián)劑為硅垸偶聯(lián)劑、酞酸酯偶聯(lián)劑中的一種或兩種，所述相容劑為熱塑性彈性體接枝物，熱塑性彈性體接枝物包括丙烯酸、馬來酸酐或丙烯酸縮水甘油酯接枝改性的三元乙丙橡膠EPDM或聚烯烴彈性體POE。所述熔指改性劑為包括過氧化二異丙苯(DCP)和過氧化苯甲酰中的一種或兩種的有機過氧化物，抗氧劑是指抗氧劑1010和抗氧劑168，潤滑劑包括聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸鈣、亞乙基雙硬脂酸胺(EBS)中的一種或幾種的混合物，所述功能助劑包括抗紫外線吸收劑、色粉或色母粒的一種或幾種。上述無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料的制備方法，包括以下步驟(1)將回收聚丙烯、阻燃劑、抑煙劑、偶聯(lián)劑、相容劑、熔指改性劑、抗氧劑、潤滑劑及功能助劑加入到高速攪拌機中攪拌均勻。(2)將攪拌均勻的物料加入到平行雙螺桿擠出機的料斗中，將擠出機從料斗到模頭分成六段，各段溫度分別為130140°C，140150°C，140150°C，150160°C，150160°C，160170°C，主機的螺桿轉(zhuǎn)速為250330r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為2435r/min，進而將物料共混熔融擠出，長玻璃纖維通過擠出機模頭處的模具加入并與熔體充分浸潤，然后經(jīng)拉伸牽引形成聚丙烯包覆的連續(xù)長玻璃纖維。(3)將步驟(2)制得的粒條經(jīng)過水槽冷卻，風(fēng)干后進入切粒機進行造粒，制得無鹵阻燃長玻纖增強回收聚丙烯粒料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點在于(l)采用來源豐富且成本低的回收聚丙烯做物料，實現(xiàn)變廢為寶、資源循環(huán)利用，大大降低成本。(2)本發(fā)明中膨脹型阻燃劑經(jīng)化學(xué)反應(yīng)復(fù)合，提高了分子量，有效解決傳統(tǒng)膨脹型阻燃劑的析出問題。(3)配方中加入抑煙劑有效地降低材料燃燒時的發(fā)煙量，提高阻燃效果。(4)本發(fā)明采用一步法制備阻燃長玻纖增強回收聚丙烯材料，有效解決阻燃劑經(jīng)多次加工后易受熱分解、阻燃效果降低的問題。(5)長玻璃纖維直接從擠出機模頭出的浸漬模具中加入，避免長玻纖維被螺桿剪切打斷，保證從模頭牽引出的粒條為聚丙烯包覆的連續(xù)長玻璃纖維、通過切粒機控制粒子的長度為550mm。(6)本發(fā)明采用回收聚丙烯做底料且加入膨脹型無鹵阻燃劑、抑煙劑改善阻燃性能，成本低、制作簡易且綜合性能佳，可應(yīng)用于家電、電器、汽車零配件等領(lǐng)域。具體實施例方式本發(fā)明公開的無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，按質(zhì)量百分比含量計算包括回收聚丙烯2555%，長玻璃纖維1540%，膨脹型無鹵阻燃劑2035%，抑煙劑O.53%，偶聯(lián)劑0.40.8%，相容劑38%，熔指改性劑O.10.3%，抗氧劑O.20.4%，潤滑劑14%，功能助劑13%。其中，膨脹型無鹵阻燃劑采用化學(xué)法直接復(fù)合而成，有效解決膨脹型阻燃劑添加到高聚物中容易發(fā)生析出現(xiàn)象的問題。本申請所選用的磷氮系阻燃劑不含任何鹵素，屬于新型環(huán)保材料，采用化學(xué)法直接復(fù)合進行制備，解決了膨脹型阻燃劑多年一直存在的析出問題，而且熱穩(wěn)定性高(〉270°C)，阻燃效果優(yōu)異，添加30wt呢時，可達到UL94(1.6腿)V-0級別。不含鉛、銻、鎘等有害重金屬成分，符合歐盟RoHS要求。本發(fā)明的膨脹型無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料中加入了適量抑煙劑，有助于降低材料燃燒時的發(fā)煙量，降低材料在火災(zāi)中產(chǎn)生大量毒煙而造成傷亡事故的可能性。偶聯(lián)劑作為表面處理劑，與熱塑性彈性體接枝物協(xié)同使用做為相容劑可以很好地改善聚丙烯和玻璃纖維的界面粘結(jié)力，使材料的綜合物理性能得到改善。另外，熱塑性彈性體接枝物采用彈性體做為基體，大大提高材料的韌性，但是加入過多的彈性體接枝物將使材料的強度和剛性降低。材料中加入適量的熔指改性劑可以改善聚丙烯的熔融流動性，提高玻璃纖維的浸潤效果，但過量的熔指改性劑使材料的沖擊性能和伸長率大大降低，因此需控制其添加量。加入抗氧劑有效防止材禾斗在加工和使用過程中的氧化降解。加入合適的潤滑劑減少材料在加工過程中與設(shè)備的摩擦，降低能耗并提高其流動性和脫模性。其它顏料和紫外吸收劑等助劑根據(jù)需求選擇添加。下面通過實施例對本
發(fā)明內(nèi)容作進一步分析說明實施例l按以下質(zhì)量百分比組成進行配比回收聚丙烯粒料43.2%，膨脹型無卣阻燃劑30%，抑煙劑氧化鉬2%，用乙醇稀釋的硅垸偶聯(lián)劑KH5500.5%，馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體POE-g-MAH5%,用丙酮稀釋的過氧化二異丙苯DCP0.1%，抗氧劑1010和抗氧劑168各0.1%，聚乙烯蠟2%，硬脂酸1%,色母粒1%。制備步驟如下先將上述物料加入到高速攪拌機中攪拌均勻。再將混合物加入到雙螺桿擠出機的料斗中，擠出機從料斗到模頭分成六段，設(shè)置各段溫度分別為135°C，145°C，148°C，155°C，158°C，160°C,控制主機的螺桿轉(zhuǎn)速為280r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為33r/min。再將占總質(zhì)量百分比為15%的長玻璃纖維從擠出機模頭處的模具中加入，長玻璃纖維通過模具進入后與聚丙烯混合物的熔體充分浸潤，然后經(jīng)牽引拉條形成聚丙烯包覆的連續(xù)長玻璃纖維。然后冷卻、切粒，制得阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料。實施例2按以下質(zhì)量百分比組成進行配比回收聚丙烯粒料37.7%，膨脹型無卣阻燃劑30%,抑煙劑氧化鉬20%和氧化鋅0.5%，用乙醇稀釋的硅烷偶聯(lián)劑KH5600.5%，馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體POE-g-MAH5%，用丙酮稀釋的過氧化二異丙苯DCP0.1%，抗氧劑1010和抗氧劑168各0.1%，聚乙烯蠟2%,硬脂酸1%，色母粒1%。制備步驟如下先將上述物料加入到高速攪拌機中攪拌均勻。再將混合物加入到雙螺桿擠出機的料斗中，擠出機從料斗到模頭分成六段，設(shè)置各段溫度分別為138°C，140°C，150°C，155°C，155°C，160°C，控制主機的螺桿轉(zhuǎn)速為275r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為34r/min。再將占總質(zhì)量百分比為20%的長玻璃纖維從擠出機模頭處的模具中加入，長玻璃纖維通過模具進入后與聚丙烯混合物的熔體充分浸潤，然后經(jīng)牽引拉條形成聚丙烯包覆的連續(xù)長玻璃纖維。然后冷卻、切粒，制得阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料。實施例3按以下質(zhì)量百分比組成進行配比回收聚丙烯粒料31.3%，膨脹型無卣阻燃劑25%，抑煙劑氧化鉬1.5%，用乙醇稀釋的硅垸偶聯(lián)劑KH5600.8%，馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體POE-g-MAH6%，用丙酮稀釋的過氧化二異丙苯DCP0.2%，抗氧劑1010和抗氧劑168各0.1%，聚乙烯蠟2%,亞乙基雙硬脂酸胺1%，色母粒2%。制備步驟如下先將上述物料加入到高速攪拌機中攪拌均勻。再將混合物加入到雙螺桿擠出機的料斗中，擠出機從料斗到模頭分成六段，設(shè)置各段溫度分別為140°C，145°C，150°C，160°C，160°C，165°C，控制主機的螺桿轉(zhuǎn)速為265r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為35r/min。再將占總質(zhì)量百分比為30%的長玻璃纖維從擠出機模頭處的模具中加入，長玻璃纖維通過模具進入后與聚丙烯混合物的熔體充分浸潤，然后經(jīng)牽引拉條形成聚丙烯包覆的連續(xù)長玻璃纖維。然后冷卻、切粒，制得阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料。實施例4按以下質(zhì)量百分比組成進行配比回收聚丙烯粒料52.1%，膨脹型無鹵阻燃劑20%，抑煙劑氧化鉬0.5%和硼酸鋅0.5%，用乙醇稀釋的硅垸偶聯(lián)劑KH5500.5%，馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體P0E-g-MAH5%，用丙酮稀釋的過氧化二異丙苯DCP0.2%，抗氧劑1010和抗氧劑168各0.1%，聚乙烯蠟3%，亞乙基雙硬脂酸胺1%，色母粒2%。制備步驟如下先將上述物料加入到高速攪拌機中攪拌均勻。再將混合物加入到雙螺桿擠出機的料斗中，擠出機從料斗到模頭分成六段，設(shè)置各段溫度分別為135°C，140°C，150°C，160°C,160°C，160°C，控制主機的螺桿轉(zhuǎn)速為278r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為33r/min。再將占總質(zhì)量百分比為15%的長玻璃纖維從擠出機模頭處的模具中加入，長玻璃纖維通過模具進入后與聚丙烯混合物的熔體充分浸潤，然后經(jīng)牽引拉條形成聚丙烯包覆的連續(xù)長玻璃纖維。然后冷卻、切粒，制得阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料。實施例5按以下質(zhì)量百分比組成進行配比回收聚丙烯粒料36.1%,膨脹型無鹵阻燃劑35%，抑煙劑氧化鉬2%和硼酸鋅1%，用乙醇稀釋的硅烷偶聯(lián)劑KH5600.5%，馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體P0E-g-MAH5%，用丙酮稀釋的過氧化二異丙苯DCP0.2%,抗氧劑1010和抗氧劑168各0.1%,聚乙烯蠟3%，亞乙基雙硬脂酸胺1%，色母粒1%。制備步驟如下先將上述物料加入到高速攪拌機中攪拌均勻。再將混合物加入到雙螺桿擠出機的料斗中，擠出機從料斗到模頭分成六段，設(shè)置各段溫度分別為135°C，138°C，145°C，160°C，160°C，165°C，控制主機的螺桿轉(zhuǎn)速為275r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為32r/min。再將占總質(zhì)量百分比為15%的長玻璃纖維從擠出機模頭處的模具中加入，與熔體充分浸漬后經(jīng)拉伸牽引形成聚丙烯包覆的長玻璃纖維，然后冷卻、切粒，制得阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料。上述實施例中所得膨脹型無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料的物理力學(xué)性能及阻燃性能如下表所示，從表中數(shù)據(jù)可以看出，當選擇實施例3中的物料配比制備時，制得的膨脹型無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料雖斷裂伸長率較低，但綜合性能較佳，為優(yōu)選的物料配比<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>上述僅為本發(fā)明優(yōu)選實施例，這些實施例僅僅用于解釋本發(fā)明而不能理解為對本發(fā)明的限制，在不背離本發(fā)明權(quán)利要求中所請求保護的范圍的情況下，可以對上述實施方案進行各種改進和變化。權(quán)利要求1、一種無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其特征在于其組分按質(zhì)量百分比含量計算包括回收聚丙烯25～55％，長玻璃纖維15～40％，膨脹型無鹵阻燃劑20～35％，抑煙劑0.5～3％，偶聯(lián)劑0.4～0.8％，相容劑3～8％，熔指改性劑0.1～0.3％，抗氧劑0.2～0.4％，潤滑劑1～4％，功能助劑1～3％。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其特征在于所述回收聚丙烯包括粒狀、粉狀、塊狀的共聚或均聚聚丙烯，所述長玻璃纖維采用無堿連續(xù)無捻粗紗，纖維直徑為1220um,號數(shù)為12002400號。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其特征在于所述膨脹型無鹵阻燃劑選擇由磷酸酯、磷酸鹽、淀粉、季戊四醇、三聚氰胺、雙氰胺、聚磷酸銨中任幾種物質(zhì)組合而成的磷氮系阻燃劑。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其特征在于所述膨脹型無鹵阻燃劑選擇由磷酸酯、磷酸鹽、淀粉、季戊四醇、三聚氰胺、雙氰胺、聚磷酸銨中任幾種物質(zhì)在反應(yīng)釜內(nèi)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)復(fù)合而成的膨脹型磷氮系阻燃劑。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其特征在于所述抑煙劑選擇是氧化鉬、八鉬酸銨、氧化鋅、硼酸鋅中的一種或幾種。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其特征在于所述偶聯(lián)劑為硅垸偶聯(lián)劑、酞酸酯偶聯(lián)劑中的一種或兩種。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其特征在于所述相容劑為熱塑性彈性體接枝物，熱塑性彈性體接枝物包括丙烯酸、馬來酸酐或丙烯酸縮水甘油酯接枝改性的三元乙丙橡膠EPDM或聚烯烴彈性體P0E。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其特征在于所述熔指改性劑為有機過氧化物，選擇過氧化二異丙苯(DCP)和過氧化苯甲酰中的一種或兩種。9、根據(jù)權(quán)利要求l所述的無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其特征在于抗氧劑是指抗氧劑1010和抗氧劑168，潤滑劑包括聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸鈣、亞乙基雙硬脂酸胺(EBS)中的一種或幾種的混合物，所述功能助劑包括抗紫外線吸收劑、色粉或色母粒的一種或幾種。10、根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料的制備方法，包括以下步驟(1)將回收聚丙烯、阻燃劑、抑煙劑、偶聯(lián)劑、相容劑、熔指改性劑、抗氧劑、潤滑劑及功能助劑加入到高速攪拌機中攪拌均勻。(2)將攪拌均勻的物料加入到平行雙螺桿擠出機的料斗中，將擠出機從料斗到模頭分成六段，各段溫度分別為130140°C，140150°C，140150°C,150160°C，150160°C,160170°C,主機的螺桿轉(zhuǎn)速為250330r/min，料斗進料螺桿的轉(zhuǎn)速為2435r/min，進而將物料共混熔融擠出，長玻璃纖維通過擠出機模頭處的模具加入并與熔體充分浸潤，然后經(jīng)拉伸牽引形成聚丙烯包覆的連續(xù)長玻璃纖維。(3)將步驟(2)制得的粒條經(jīng)過水槽冷卻，風(fēng)干后進入切粒機進行造粒，制得阻燃長玻纖增強回收聚丙烯粒料。全文摘要本發(fā)明公開了一種無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料，其組分按質(zhì)量百分比含量計算包括回收聚丙烯25～55％，長玻璃纖維15～40％，膨脹型無鹵阻燃劑20～35％，抑煙劑0.5～3％，偶聯(lián)劑0.4～0.8％，相容劑3～8％，熔指改性劑0.1～0.3％，抗氧劑0.2～0.4％，潤滑劑1～4％，功能助劑1～3％。制備所述材料時將除長玻璃纖維外的組分加入到高速攪拌機中攪拌均勻后加入到分段設(shè)置好溫度的平行雙螺桿擠出機中，再加入長玻璃纖維混合擠出冷卻風(fēng)干后造粒。本發(fā)明采用回收聚丙烯做底料且加入膨脹型無鹵阻燃劑、抑煙劑改善阻燃性能，成本低、制作簡易且綜合性能佳，可應(yīng)用于家電、電器、汽車零配件等領(lǐng)域。文檔編號C08L23/00GK101654535SQ20091019231公開日2010年2月24日申請日期2009年9月10日優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日發(fā)明者王玉梅,袁海兵申請人:惠東美化塑膠實業(yè)有限公司