一種連續(xù)玄武巖纖維增強阻燃型pp母粒的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料改性領域，涉及一種高纖維含量的、連續(xù)玄武巖纖維增強的、阻燃 型的PP母粒。
【背景技術(shù)】
[0002] 玄武巖纖維，是玄武巖石料在1450°C~1500°C熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板高 速拉制而成的連續(xù)纖維。類似于玻璃纖維，其性能介于高強度S玻璃纖維和無堿E玻璃纖 維之間，純天然玄武巖纖維的顏色一般為褐色，有些似金色。玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的 新型無機環(huán)保綠色高性能纖維材料，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦 等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過漏板快速拉制而成的。玄武巖連續(xù)纖維不 僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能。此外，玄武巖 纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無任 何危害，因而是一種名副其實的綠色、環(huán)保材料。
[0003] 玄武巖纖維與碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維（UHMffPE)等高技術(shù)纖維相 比，除了具有高技術(shù)纖維高強度、高模量的特點外，玄武巖纖維還具有耐高溫性佳、抗氧化、 抗輻射、絕熱隔音、過濾性好、抗壓縮強度和剪切強度高、適應于各種環(huán)境下使用等優(yōu)異性 能，且性價比好，是一種純天然的無機非金屬材料，也是一種可以滿足國民經(jīng)濟基礎產(chǎn)業(yè)發(fā) 展需求的新的基礎材料和高技術(shù)纖維。
[0004] 玄武巖纖維無捻粗紗，是用多股平行原絲或單股平行原絲在不加捻的狀態(tài)下并合 而成的玄武巖纖維制品，該粗紗表面經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理，對PP具有一定的親和能力。
[0005]PP(聚丙烯），是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂。按甲基排列位置分為等規(guī) 聚丙稀（isotacticpolyprolene)、無規(guī)聚丙稀（atacticpolypropylene)和間規(guī)聚丙稀 (syndiotacticpolypropylene)三種。
[0006] 聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內(nèi)。通常為半透明無色固體，無臭無毒。 由于結(jié)構(gòu)規(guī)整而高度結(jié)晶化，故熔點可高達167°c。耐熱、耐腐蝕，制品可用蒸汽消毒是其突 出優(yōu)點。密度小，是最輕的通用塑料。
[0007] 在材料改性中，短切玻纖、連續(xù)玻纖均可以增強PP并已經(jīng)有了成熟應用，其中長 玻纖增強PP比以往的額短玻纖增強PP，在力學性能方面有了很多提高，但是玻纖增強PP 仍然存在模量偏低、耐溫性偏低及阻燃效果不夠理想等情況，以至于在一些耐熱、模量、阻 燃要求高的場合，應用仍然受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種高纖維含量的連續(xù) 玄武巖纖維增強阻燃型PP母粒的制備方法。
[0009] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種高纖維含量的連續(xù)玄武巖纖 維增強阻燃型PP母粒的制備方法，其制備步驟如下：
[0010] a、按照質(zhì)量百分含量稱職以下組分：玄武巖纖維：55_60%、均聚PP:25_40%、馬 來酸酐接枝PP:2-6%、納米石墨烯：0. 1-1 %、磷酸鹽助劑：0. 1-1 %、鋁鋯偶聯(lián)劑：0. 1-2%、 氫氧化鋁：0.1-6%、分子篩：0.1-3%、黑色母：0.1-1% ;
[0011] b、然后將物料進入雙螺桿擠出機，考慮到物料嚙合的均勻性，此處應當設置一定 螺桿組合參數(shù)，螺桿組合參數(shù)的設置是為了提供適當?shù)募羟袕姸龋屛锪夏軌虺浞值幕旌希?物料通過螺桿的剪切作用成為熔融體，在螺桿的推送下，進入十字模頭系統(tǒng)；
[0012] C、連續(xù)玄武巖纖維以無捻粗紗的形式，被牽引設備牽引，從紗團中退解，在此過程 中，因為無捻粗紗退解后會產(chǎn)生捻度，會造成纖維開束困難，因此需要利用退解設備來消除 退解過程中的捻度，同時需要利用張力調(diào)整設備，對纖維進行初步的開束處理，讓無捻粗紗 能夠平整的，略有開束的進入十字模頭的浸漬池中；
[0013]d、在浸漬池中，無捻粗紗接觸到經(jīng)過雙螺桿嚙合、混合并推送的熔體，同時利用浸 漬池中的若干根不同位置的張力棒，繼續(xù)進行開束，最終，單絲化的連續(xù)纖維和熔體物料形 成浸潤；隨著牽引設備的牽引，熔體和纖維混合在一起，通過十字模頭末端經(jīng)過設計的銅嘴 離開浸漬池，以截面為圓形長條的形式在牽引設備的帶動下運動；之后，經(jīng)過水冷，進入造 粒設備，在造粒設備中被切刀切割成長度12毫米左右的粒子，得到成品。
[0014] 進一步地，所述玄武巖纖維是經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的2400TEX連續(xù)玄武巖纖維。
[0015] 進一步地，所述玄武巖纖維的單絲直徑9微米。
[0016] 進一步地，所述均聚PP的MI為60-80。
[0017] 玄武巖纖維表面有較多的硅氧鍵，類似玻璃纖維，是極性界面，而PP表面為非極 性界面，因此如果需要達到良好的界面結(jié)合效果，玄武巖咸味兒在成型時就需要經(jīng)過相關(guān) 的表面處理，目前能夠獲得的連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)品，表面一般都經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑的處理；但 是自與PP進行增強改性的過程中，仍然需要添加相關(guān)的表面活性劑進一步增強表面結(jié)合 能力，已達到增強效果，表面活性劑可以包括硅烷類、鋁鋯類、馬來酸酐接枝PP等等。
[0018]PP本身阻燃效果并不好，但是玄武巖纖維本身不可燃燒，一定添加量的玄武巖纖 維能夠提升改性后PP的阻燃效果，但未必能夠達到本發(fā)明期望的VO級效果。為了達到期 望的阻燃效果，可以考慮在配方體系中添加高性能的阻燃組分，包括不限于石墨烯、含鹵素 阻燃成分、磷酸鹽、水合氫氧化物等等；
[0019] 本發(fā)明是需要得到"長玄武巖纖維增強PP"粒子，類似于長玻纖增強PP粒子，經(jīng)過 擠出、造粒后，粒子長度12毫米左右，纖維長度也是12毫米，因此在工藝路線上，應該使用 類似于長玻纖增強PP的工藝及相關(guān)設備，在造粒之前，不可以破壞連續(xù)纖維的長度。
[0020] 有益效果：本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)而言具備以下優(yōu)點：
[0021] 1)本發(fā)明提供的改性PP母粒，該粒子經(jīng)過連續(xù)玄武巖纖維增強，形成長纖維增強 結(jié)構(gòu)，經(jīng)過塑料加工后，纖維保留較高的長徑比，從而獲得更高的強度；利用玄武巖耐高溫、 高模量的特性，賦予改性材料比長玻纖增強PP更高的模量及耐熱性能；通過合理配方，給 予材料阻燃性能；在增強過程中，玄武巖纖維的重量比盡可能的高，以獲得高纖維含量的粒 子，該粒子作為功能性母粒，可以與PP粒子以任意比例混合，得到需要的低纖維含量的改 性粒子，以降低生產(chǎn)加工成本。
[0022] 2)該材料采用連續(xù)玄武巖纖維增強，切粒長度12毫米，纖維長度與粒子長度相 等，以保證在加工后，纖維仍具有較高的長徑比；
[0023] 3)本發(fā)明提供的材料具有較高的阻燃性能，能夠達到UL94-V0級阻燃；
[0024] 4)將該材料作為功能性母粒，于PP以1:1的重量比混合后，得到纖維含量30%的 長玄武巖纖維增強PP材料，以30%纖維含量作為參照，注塑成型后，拉伸模量、彎曲模量比 現(xiàn)有長玻纖增強PP提升20%以上，耐溫性能提升10%以上。
[0025] 5)本發(fā)明提供的玄武巖纖維的表面處理及與PP具有良好的界面結(jié)合效果，玄武 巖纖維與PP能夠形成增強效果，玄武巖重量含量達到55-60%，具有較高的纖維含量，使該 材料可以和PP產(chǎn)品以任意比例混合以達到需要的纖維含量。
【具體實施方式】
[0026] 下面對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0027] 以下實施例制備均是按以下步驟制備：
[0028] a、均聚PP(MI60_80)、馬來酸酐接枝PP、納米石墨烯、磷酸鹽助劑、鋁鋯偶聯(lián)劑、 氫氧化鋁、分子篩等物質(zhì)，通過失重秤的計量，進入雙螺桿擠出機，考慮到物料嚙合的均勻 性，此處應當設置一定螺桿組合參數(shù)，螺桿組合參數(shù)的設置是為了提供適當?shù)募羟袕姸龋?物料能夠充分的混合；物料通過螺桿的剪切作用成為熔融體，在螺桿的推送下，進入特別設 計的十字模頭系統(tǒng)；
[0029] b、連續(xù)玄武巖纖維以無捻粗紗的形式，被牽引設備牽引，從紗團中退解，在此過程 中，因為無捻粗紗退解后