一種無鹵阻燃玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無鹵阻燃玻纖增強聚丙烯復(fù)合材 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙烯（PP)作為四大通用塑料之一，具有良好的力學(xué)性能和耐化學(xué)試劑的特性， 易于加工成型且價格便宜，應(yīng)用較為廣泛。但是在制作某些工程部件和應(yīng)用于高性能材料 領(lǐng)域時，聚丙烯的力學(xué)性能難以達(dá)到要求，故通常的做法是在聚丙烯基體中添加玻璃纖維， 經(jīng)共混擠出對其進(jìn)行增強處理，獲得玻纖增強聚丙烯材料。另外，聚丙烯的氧指數(shù)（LOI)只 有17. 5左右，屬易燃材料且燃燒易滴落，一旦著火則容易引燃其他可燃物甚至造成火災(zāi)， 因此必須對聚丙烯材料進(jìn)行阻燃處理。
[0003] 聚丙烯的阻燃主要通過添加阻燃劑共混改性方法，在燃燒時阻燃劑本身以及阻燃 劑與基體之間發(fā)生系列物理化學(xué)反應(yīng)達(dá)到阻燃的目的。目前常用的添加型阻燃劑有鹵系阻 燃劑，但鹵系阻燃劑在燃燒時會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，嚴(yán)重危害人們的健康。隨著人們對健康 認(rèn)識的提高和環(huán)保意識的增強，以歐盟為代表的一些國家和地區(qū)已經(jīng)明確頒布法令限制該 類阻燃劑及其阻燃產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。鑒于此，無鹵阻燃劑的開發(fā)受到了人們的重視和關(guān) 注。常見無鹵阻燃劑有膨脹型阻燃劑、金屬氫氧化物阻燃劑、有機硅系阻燃劑等。金屬氫氧 化物作為一種無機阻燃劑，因其價廉、無毒而有一定應(yīng)用，但金屬氫氧化物作為阻燃劑存在 添加量大，與樹脂基體相容性差，對聚合物機械性能損害大等缺點，應(yīng)用受到較大限制；有 機硅系阻燃劑因其價格貴，阻燃材料成本高而較少使用。膨脹型阻燃劑因添加量相對較少、 毒害性小、與基體相容性好、對基體機械性能影響小等優(yōu)點而備受市場關(guān)注。然而傳統(tǒng)膨脹 型阻燃劑用于玻纖增強PP時也存在缺陷，如阻燃效率不高且因含聚磷酸銨（APP)，在擠出 加工時存在很嚴(yán)重的水滑問題，拉條時帶水量大，使獲得的粒子含水量大，對最終材料性能 有一定影響，并且這也導(dǎo)致粒子后續(xù)烘干時間長，使生產(chǎn)周期延長，增加了加工成本。另外， APP的熱穩(wěn)定性不夠高，加工時有大量的氨氣釋放，影響車間、設(shè)備環(huán)境以及操作人員的健 康。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中玻纖增強PP材料阻燃性能差、傳統(tǒng)APP型膨脹阻燃體 系加工水滑現(xiàn)象嚴(yán)重、伴隨大量氨氣釋放的問題，提供一種改進(jìn)的無鹵阻燃玻纖增強聚丙 稀復(fù)合材料。
[0005] 本發(fā)明的另一個目的是提供上述無鹵阻燃玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料的制備方法。
[0006] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是： 一種無鹵阻燃玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料，按重量計，包括以下組份： 聚丙烯樹脂 33%~59% 復(fù)配阻燃劑 15%~35% 玻璃纖維 20%~30% 相容劑 3%~10% 偶聯(lián)劑 0. 4%~2. 5% 熱穩(wěn)定劑 1%~3% 抗氧劑 0? 3%~0? 9% 潤滑劑 0. 3%~1% 分散劑 0. 3%~0. 5% 其中，所述復(fù)配阻燃劑由主阻燃劑和副阻燃劑按質(zhì)量配比41~79 :21~59經(jīng)過混合 復(fù)配而得，所述主阻燃劑為三聚氰胺聚磷酸鹽（MPP)、三聚氰胺磷酸鹽（MP)、三聚氰胺氰尿 酸鹽（MCA)中的一種或幾種的組合，所述副阻燃劑為無機次磷酸鹽、二乙基次膦酸鹽、二苯 基次膦酸鹽中的一種或幾種的組合。所述次磷(膦)酸鹽可選用鋁鹽、鎂鹽、鈣鹽、鈉鹽、鋅鹽 和/或質(zhì)子化的氨堿，常用為鋁鹽。
[0007] 優(yōu)選地，所述玻璃纖維為無堿長玻纖。
[0008] 優(yōu)選地，所述聚丙稀樹脂的恪融指數(shù)在20~40g/10min之間。
[0009] 優(yōu)選地，所述相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯、乙烯丙烯酸甲酯共聚物、甲基丙烯酸 縮水甘油酯、POE接枝馬來酸酐（即乙烯辛烯共聚彈性體接枝馬來酸酐)、EPDM接枝馬來酸酐 (即三元乙丙橡膠接枝馬來酸酐)、EVA接枝馬來酸酐（即乙烯醋酸乙烯共聚彈性體接枝馬來 酸酐）中的一種或幾種的組合。
[0010] 優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，如KH550、KH560和KH570等。
[0011] 優(yōu)選地，所述熱穩(wěn)定劑為二月桂酸二丁基錫、三（4-壬苯基）亞磷酸酯、水滑石、活 性氧化鎂、氧化鋅和滑石粉中的一種或幾種的組合。
[0012] 優(yōu)選地，所述抗氧劑為抗氧劑168、抗氧劑628、抗氧劑1010和抗氧劑1098中的一 種或幾種的組合。
[0013] 優(yōu)選地，所述潤滑劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、硬脂酸鋅、聚乙烯蠟、酰胺蠟、硬脂酰 胺類潤滑劑和季戊四醇酯類潤滑劑中的一種或幾種的組合。
[0014] 優(yōu)選地，所述分散劑為硅酮粉。
[0015] 上述無鹵阻燃玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 、按配方比例稱取主阻燃劑和副阻燃劑，加入高混機中混勻，得到復(fù)配阻燃劑； (2) 、按配方量稱取聚丙烯樹脂、步驟（1)所得的復(fù)配阻燃劑、相容劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定 劑、抗氧劑、潤滑劑和分散劑，將上述原料加入高混機中混合均勻； (3) 、將經(jīng)過步驟（2)混勻的原料從加料口加入雙螺桿擠出機中，配方量的玻纖從雙螺 桿擠出機的玻纖喂料孔送入，經(jīng)過熔融混合、擠出造粒，得到所述的無鹵阻燃玻纖增強聚丙 稀復(fù)合材料； 所述雙螺桿擠出機從加料口至機頭分為五個溫控區(qū)間，加工工藝條件為： 一區(qū)溫度：170°C~190°C、二區(qū)溫度：180°C~200°C、三區(qū)溫度：180°C~200°C、四區(qū)溫 度：170°C~190°C、五區(qū)溫度 170°C~190°C;機頭溫度：180°C~200°C;螺桿轉(zhuǎn)速：220~260r/ min;熔體壓力：4. 75~6.OOMPa;真空度：-0? 〇3~-〇. 〇6MPa。
[0016] 由于以上技術(shù)方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點： 本發(fā)明產(chǎn)品阻燃效率高且不包含聚磷酸銨組分，具有加工不水滑、帶水量小等優(yōu)點，擠 出造粒后粒子干燥時間可大大縮短，降低了能耗和成本；且由于不包含聚磷酸銨組分，加工 時沒有大量具有腐蝕性的氨氣放出，樣品長久放置表面不會發(fā)粘，阻燃性不會下降；垂直燃 燒試驗結(jié)果表明，按UL-94標(biāo)準(zhǔn)本產(chǎn)品可達(dá)1. 6mmV0級別。此外，本發(fā)明采用硅烷偶聯(lián)劑改 性，使玻纖分散性好，與基體結(jié)合力更強，因而產(chǎn)品具有良好的機械性能。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合對比例和實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但不限于這些實施 例。
[0018] 對比例1 (1) 制備膨脹型阻燃劑I:按質(zhì)量百分比稱取50%聚磷酸銨、25%季戊四醇、25%三聚氰 胺氰尿酸鹽，倒入高速混合機中混合均勻，得到膨脹型阻燃劑I; (2) 原料預(yù)混：按質(zhì)量百分比，稱取33%PP樹脂、25%步驟（1)所制得的膨脹型阻燃劑 I、7%馬來酸酐接枝PP、2%氧化鋅、1. 5%偶聯(lián)劑KH550、0. 4%抗氧劑168、0. 2%抗氧劑1010、 〇. 6%硬脂酸鈣、0. 3%娃酮粉，將上述稱取的各原料在高速混合機中充分混勻； (3 )將步驟（2 )混好的原料從加料口加入雙螺桿擠出機中，玻纖從玻纖喂料孔送入，通 過設(shè)置主機轉(zhuǎn)速和喂料頻率使得玻纖的送入量正好為30%，熔融混合、擠出造粒，得到本例 中的聚丙烯復(fù)合材料。具體加工工藝為： 一區(qū)溫度為：170~190°C;二區(qū)溫度為180~200°C;三區(qū)溫度為180~200°C;四區(qū)溫度為 170~190°C，五區(qū)溫度為170~190°C;機頭溫度為180~200°C;轉(zhuǎn)速220~260r/min;熔體壓力 4. 75~6.OOMPa;真空度-0? 03~-0. 06MPa。
[0019] 對比例2 (1)制備膨脹型阻燃劑II:按質(zhì)量百分比稱取58%聚磷酸銨、31%三嗪成炭劑、8%三聚 氰胺氰尿酸鹽和3%協(xié)效劑，加入高速混合機中混合均勻，得到膨脹型阻燃劑II;所述協(xié)效 劑有機蒙脫土。
[0020] (2)原料預(yù)混：按質(zhì)量百分比，稱取33%PP樹脂、25%步驟（1)所制得的膨脹型阻 燃劑II、7%P0E接枝馬來酸酐、2%氧化鋅、1. 5%偶聯(lián)劑KH550、0. 4%抗氧劑168、0. 2%抗氧劑 10KK0. 6%硬脂酸鈣、0. 3%娃酮粉，將上述稱取的各原料在高速混合機中充分混勻； (3 )將步驟（2 )混好的原料從加料口加入雙螺桿擠出機中，玻纖從玻纖喂料孔送入，通 過設(shè)置主機轉(zhuǎn)速和喂料頻率使得玻纖的送入量正好為30%，熔融混合、擠出造粒，得到本例 中的聚丙烯復(fù)合材料。具體加工工藝為： 一區(qū)溫度為：170~190°C;二區(qū)溫度為180~200°C;三區(qū)溫度為180~200°C;四區(qū)溫度為 170~190°C，五區(qū)溫度為170~190°C;機頭溫度為180~200°C;轉(zhuǎn)速220~260r/min;熔體壓力 4. 75~6.OOMPa;真空度-0? 03~-0. 06MPa。
[0021] 實施例1 (1) 制備復(fù)配阻燃劑：按質(zhì)量配比79:21稱取MPP和二乙基次膦酸鋁，加入高速混合機 中混合均勻，得到復(fù)配阻燃劑；也可在混合時加入少量偶聯(lián)劑使兩者混合效果更好； (2) 原料預(yù)混：按質(zhì)量百分比，稱取33%PP樹脂、25%步驟（1)所制得的復(fù)配阻燃劑、7% 馬來酸酐接枝PP、2%氧化鋅、1. 5%偶聯(lián)劑KH550、0. 4%抗氧劑168、0. 2%抗氧劑1010、0. 6% 硬脂酸鈣、