一種無鹵阻燃長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料及制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無鹵阻燃長玻 纖增強(qiáng)聚丙烯材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 長玻纖增強(qiáng)聚丙烯LGFPP具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：良好的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng) 度、耐高溫、尺寸穩(wěn)定性好、優(yōu)異的耐疲勞性能等，在汽車、電器、航空等工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛 應(yīng)用。但是LGFPP存在"燈芯效應(yīng)"，極限氧指數(shù)值很低；是一種容易燃燒的材料，并且燃燒 過程發(fā)熱量大。LGFPP阻燃性能的達(dá)不到在某些領(lǐng)域的要求，因此需要對(duì)其進(jìn)行阻燃改性。 目前工業(yè)上用于LGFPP阻燃改性添加的阻燃劑較多的是鹵素阻燃劑，雖然鹵素阻燃劑的阻 燃效果非常不錯(cuò)的，但從環(huán)保角度上講，其燃燒時(shí)會(huì)放出有毒和腐蝕性氣體等，會(huì)造成二次 污染。因此，開發(fā)一個(gè)合適的無鹵阻燃玻纖增強(qiáng)聚丙烯體系，獲得具有優(yōu)良阻燃性能、較高 力學(xué)性能和性價(jià)比高的無鹵阻燃玻纖增強(qiáng)聚丙烯技術(shù)是很有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：提供一種無鹵阻燃長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料及其制備方 法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的LGFPP材料采用鹵素阻燃劑存在的燃燒時(shí)會(huì)放出有毒和腐蝕性氣體 等，會(huì)造成二次污染，力學(xué)性能和性價(jià)比低等技術(shù)問題。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案： 一種無鹵阻燃長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料，按質(zhì)量份計(jì)，該材料原料成分包括：聚丙烯 45-75份，長玻纖15-40份，相容劑6-13份，抗氧劑0.6-1. 4份，膨脹型阻燃劑8-25份和 協(xié)效劑2-15份，所述長玻纖為直徑5-20微米的連續(xù)玻璃纖維，相容劑馬來酸酐接枝PP 相容劑，抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯。
[0005] 所述膨脹型阻燃劑為以季戊四醇為基的籠狀磷酸酯或季戊四醇和三聚氰胺聚磷 酸鹽或三聚氰胺的混合物。
[0006] 所述以季戊四醇為基的籠狀磷酸酯或季戊四醇含量為6-18份；三聚氰胺聚磷酸 鹽或三聚氰胺含量為2-15份。
[0007] 所述的協(xié)效劑為呈塊狀、土狀或纖維狀集合體的海泡石，海泡石的結(jié)晶水、吸附水 和結(jié)構(gòu)水總含量在5-18%，采用濃度為0. 1-3. 2mol/L鹽酸進(jìn)行酸化處理。
[0008] 所述的無鹵阻燃長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的制備方法，它包括： 步驟1、按照原料成分質(zhì)量份比例：聚丙烯45-75份，長玻纖15-40份，相容劑6-13份 ，抗氧劑〇. 6-1. 4份，膨脹型阻燃劑8-25份和協(xié)效劑2-15份準(zhǔn)備好各種原料； 步驟2、取35-50份聚丙烯和2-7份相容劑通過干燥處理，干燥溫度70-90°C，干燥時(shí)間 6-10h ； 步驟3、將干燥后的聚丙烯和相容劑與0. 2-0. 5份抗氧劑混合均勻后投入到雙螺桿擠 出機(jī)中進(jìn)行共混擠出，雙螺桿擠出機(jī)溫度設(shè)定為160-215Γ ; 步驟4、將擠出后的熔體通過浸漬流道對(duì)15-40份玻璃纖維進(jìn)行浸漬，獲得玻璃纖維浸 漬料條； 步驟5、取10-40份聚丙烯、8-25份膨脹型阻燃劑和2-15份酸化處理后的海泡石及 4-11份相容劑經(jīng)過干燥處理； 步驟6、將步驟5中干燥后的各原料與0. 4-0. 9份抗氧劑進(jìn)行混合，將原料混合均勻后 加入擠出機(jī)中進(jìn)行共混擠出； 步驟7、將擠出后的混合原料包覆在步驟4所述的玻璃纖維浸漬料條上，冷卻后切粒成 10~14 mm的顆粒，獲得無鹵阻燃長纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料。
[0009] 本發(fā)明有益效果： 本發(fā)明采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明采用聚丙烯作為基體樹脂，以馬 來酸酐接枝PP作為相容劑，該相容劑增強(qiáng)了玻璃纖維和聚丙烯樹脂的界面結(jié)合力，且采用 一步法制備無鹵阻燃長纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，即將連續(xù)的纖維通過浸漬模具完成基體 樹脂對(duì)纖維的浸漬，最后在包覆模具中完成帶有無鹵阻燃劑的基體熔體在浸漬料條上的包 覆；玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料中加入無鹵阻燃劑不僅得到了很好的阻燃效果，有效地減緩了玻 纖的"燈芯效應(yīng)"，而且避免使用鹵系阻燃劑所帶來的環(huán)境污染問題；本發(fā)明無鹵阻燃長玻 纖增強(qiáng)聚丙烯材料具有較好的機(jī)械性能、阻燃性能優(yōu)良，且降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)品的競(jìng)爭力得 到提升，解決了現(xiàn)有技術(shù)的LGFPP材料采用鹵素阻燃劑存在的燃燒時(shí)會(huì)放出有毒和腐蝕性 氣體等，會(huì)造成二次污染，力學(xué)性能和性價(jià)比低等技術(shù)問題。
【具體實(shí)施方式】
[0010] -種無鹵阻燃長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料，按質(zhì)量份計(jì)，該材料原料成分包括：聚丙烯 45-75份，長玻纖15-40份，相容劑6-13份，抗氧劑0.6-1. 4份，膨脹型阻燃劑8-25份 和協(xié)效劑2-15份，所述長玻纖為直徑5-20微米的連續(xù)玻璃纖維，相容劑馬來酸酐接枝 PP相容劑。增加 PP與玻璃纖維的相容性，使復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著提高），抗氧劑為四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯。它具有低毒，無味，優(yōu)良的相容性； 能夠延緩或者阻止復(fù)合材料氧化或自動(dòng)氧化過程，從而延長材料的使用壽命。
[0011] 所述聚丙烯為熔體流動(dòng)速率為200°C下100g/10 min。優(yōu)勢(shì)：流動(dòng)性好，易于成型 加工。
[0012] 所述膨脹型阻燃劑包括：以季戊四醇為基的籠狀磷酸酯或季戊四醇6-18份和三 聚氰胺聚磷酸鹽或三聚氰胺2-15份。本發(fā)明采用季戊四醇為基的籠狀磷酸酯含有季戊四 醇作為骨架，具有優(yōu)良的成炭性；由于三聚氰胺聚磷酸鹽和季戊四醇為基的籠狀磷酸酯中 都含有磷酸酯，酸源和碳源分解生成較大濃度的聚偏磷酸和致密的炭層覆蓋在材料表面， 起到阻礙聚合物與熱源之間的熱傳導(dǎo)以及氧氣的擴(kuò)散；并且三聚氰胺聚磷酸鹽能夠分解釋 放不可燃?xì)怏w三聚氰胺，有效的稀釋了材料周圍氧氣的濃度，起到氣相阻燃的效果。當(dāng)三聚 氰胺聚磷酸鹽的含量很低時(shí)，盡管材料中炭量增加，但是由于缺乏足夠的氣源和酸源使材 料膨脹成炭；當(dāng)三聚氰胺聚磷酸鹽的含量較高時(shí)，由于玻纖容易破壞炭層的連續(xù)性，導(dǎo)致形 成的炭層相對(duì)比較脆弱，當(dāng)三聚氰胺聚磷酸鹽產(chǎn)生較多的氣體時(shí)，會(huì)影響炭層結(jié)構(gòu)。
[0013] 所述的協(xié)效劑為呈塊狀、土狀或纖維狀集合體的海泡石，海泡石的結(jié)晶水、吸附水 和結(jié)構(gòu)水總含量在5-18%，采用濃度為0. 1-3. 2mol/L鹽酸進(jìn)行酸化處理。
[0014] 本發(fā)明選用海泡石作為協(xié)效劑其優(yōu)點(diǎn)有：1、海泡石具有較高的長徑比，比表面積 理論值高達(dá)900 m2/g，熱穩(wěn)定性好，可作為催化劑載體可用于聚合物的改性；海泡石的一 些表面性質(zhì)，如表面弱酸性（Si-OH)等，使其本身可以催化某些反應(yīng)；2、結(jié)晶水、吸附水 和結(jié)構(gòu)水總含量是其重要參數(shù)，在燃燒過程中使海泡石脫去結(jié)晶水、吸附水和結(jié)構(gòu)水，使其 吸收大量的熱量，起到吸熱冷卻的阻燃效果；3、經(jīng)過酸處理后的海泡石可以減少海泡石中 雜質(zhì)的含量，同時(shí)海泡石表面的部分Mg2+被H+取代，可以增加海泡石表面活潑的Si-OH數(shù) 量。同時(shí)在升溫過程中以季戊四醇為基的籠狀磷酸酯開環(huán)降解形成的焦磷酸鹽與海泡石表 面活潑的Si-OH生成含Si-O-P鍵穩(wěn)定的交聯(lián)炭層，Si-O-P鍵的形成能夠抑制了焦聚磷酸 鹽的熱降解，使更多的磷參與酯化反應(yīng)，提高炭層的含量，增強(qiáng)炭層的強(qiáng)度，從而提高膨脹 炭層的穩(wěn)定性，從而起到良好阻燃效果。
[0015] 所述的無鹵阻燃長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的制備方法，它包括： 步驟1、按照原料成分質(zhì)量份比例：聚丙烯45-75份，長玻纖15-40份，相容劑6-13 份，抗氧劑〇. 6-1. 4份，膨脹型阻燃劑8-25份和協(xié)效劑2-15份準(zhǔn)備好各種原料； 步驟2、取35-50份聚丙烯和2-7份相容劑通過干燥處理，干燥溫度70-90°C，干燥時(shí)間 6-10h ； 步驟3、將干燥后的聚丙烯和相容劑與0. 2-0. 5份抗氧劑混合均勻后投入到雙螺桿擠 出機(jī)中進(jìn)行共混擠出，雙螺桿擠出機(jī)溫度設(shè)定為160-215