CN102942737A - 一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯材料及其制备方法，具体涉及一种使用溴类化合物作为阻燃剂、玄武岩纤维作为增强介质的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，它包含以下按重量百分数计的原料：聚丙烯30％-60％，玄武岩纤维10％-40％，热稳定剂0.5％-1％，加工助剂0.5％-1％，相容剂2％-20％，增韧剂1％-9％，溴系阻燃剂，15％-27％，阻燃协效剂5％-12％。以玄武岩纤维作为聚丙烯复合材料的增强纤维，增强了聚丙烯产品的力学性能，如弯曲强度、拉伸强度及拉伸模量等都大幅度提升，拓宽了聚丙烯材料的应用领域，特别是可以应用在一些对材料要求比较高的领域。

Description

一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯材料及其制备方法，具体涉及一种使用溴类化合物作为阻燃剂、玄武岩纤维作为增强介质的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

背景技术

聚丙烯是最重要的通用塑料之一，其塑料制品已经触及到我们日常生活中的方方面面，如家电外壳、汽车零部件、冷热水管等。但随着人们安全意识的逐渐提高，防火性能也成了改性聚丙烯的一个重要的发展方向。在目前所使用的几种阻燃技术中，应用最广泛的是溴系阻燃剂，因为溴类阻燃剂的阻燃效果好，效率高，使用方便，与树脂相溶性最好且便于加工。用其阻燃的聚丙烯复合材料的力学性能好，且性价比高，技术成熟。其次为无卤膨胀型阻燃剂，再其次为无机填充阻燃剂。

玄武岩作为一种火山岩，它是在地球深处经过高温高压和漫长的历史演变而成。玄武岩纤维,是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的纤维。玄武岩纤维具有非人工合成的纯天然性，加之生产过程无害，且产品寿命长，是一种低成本﹑高性能﹑洁净程度理想的新型绿色主动环保材料。由于玄武岩熔化过程中没有硼和其他碱金属氧化物排出，使玄武岩纤维制造过程的池炉排放烟尘中无有害物质析出，不向大气排放有害气体，无工业垃圾及有毒物质污染环境。玄武岩纤维在很大程度上可代替玻璃纤维，被广泛用于航天航空、石油化工、汽车、建筑等多领域。

玄武岩纤维的优点在于：具有高的弹性模量和抗拉强度。玄武岩纤维的弹性模量为：9100kg/mm2～11000kg/mm2，高于无碱玻纤、石棉、芳纶纤维、聚丙稀纤维和硅纤维。玄武岩纤维的抗拉强度为3800～4800MPa，比大丝束碳纤维、芳纶、PBI纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维都要高，与S玻璃纤维相当。所以玄武岩纤维作为聚丙烯的增强介质，可以大大增强聚丙烯材料的刚性和柔性，提高其力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，在聚丙烯复合材料制备过程中加入了玄武岩纤维，提高了复合材料的力学性能，如拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量等都显著提高，使得该聚丙烯复合材料的应用范围更加宽广。

本发明的另一个目的是为了提供这种环保阻燃聚丙烯复合材料的制备方法

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：包含以下按重量百分数计的原料：

所述热稳定剂选自酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、杯芳烃类和硫代二丙酸二月桂酯热稳定剂中的一种或两种以上的混合物。

其中，所述的酚类热稳定剂为双酚A、双酚C以及2,6-二叔丁基对甲酚中的一种或两种以上的混合物；所述的胺类热稳定剂为苯基对苯二胺、二苯基对苯二胺、4-羟基十二烷酰替苯胺和4-羟基十八烷酰替苯胺中的一种或两种以上的混合物;所述的亚磷酸酯类热稳定剂为亚磷酸三壬基苯酯、亚磷酸三苯酯和亚磷酸辛二苯酯中的一种或两种以上的混合物；所述的半受阻酚类热稳定剂为1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5-二叔丁基-4-羟基苄基）苯、三甲基苯和2,2’-甲撑双（4-乙基-6-叔丁基苯酚）中的一种或两种以上的混合物；所述的杯环烃类热稳定剂为对叔丁基杯[4]芳烃、对叔丁基杯[6]芳烃和对叔丁基杯[8]芳烃中的一种或两种以上的混合物合物；

所述加工助剂选自低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类的一种或两种以上的混合物。

其中，所述的低分子酯类加工助剂为硬脂酸丁脂、硬脂酸单甘油酯和三硬脂酸甘油酯中的一种或两种以上的混合物；所述的金属皂类加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁中的一种或两种以上的混合物；所述的硬脂酸复合酯类加工助剂为三聚甘油单硬脂酸酯、聚甘油单硬脂酸酯和山梨醇酐单硬脂酸酯中的一种或两种以上的混合物；所述的酰胺类加工助剂为油酯酰胺、硬脂酰胺和乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种以上的混合物。

所述的溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、四溴双酚A或溴化环氧中的一种或两种以上的组合物。

所述协效阻燃剂为三氧化二锑、多聚磷酸铵、锑酸盐、硼酸盐、偏硼酸盐、氧化钼、聚四氟乙烯、亚磷酸酯类中的一种两种以上混合物。

所述相容剂为极性单体接枝聚合物，选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或几种的混合物；

所述的极性单体为马来酸酐及其衍生物，丙烯酸及其酯类衍生物一种或几种的混合物。

所述增韧剂为烯烃-α烯烃-辛烯三元共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物、乙烯与丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物、三元乙丙胶或聚氨酯的一种或几种的混合物。

所述玄武岩纤维为短切纤维或连续纤维。选短的，玄武岩纤维为短切纤维。

一种制备上述玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料的方法,包括如下步骤：

（1）按配比称量各种原料；

（2）将聚丙烯、玄武岩纤维、热稳定剂、加工助剂、相容剂、增韧剂、溴系阻燃剂和阻燃协效剂加入长径比为36～45:1的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为200℃-250℃，玄武岩纤维从侧喂料口处加入。

本发明的有益效果是：因为玄武岩纤维本身具有优异的力学性能，稳定的化学性能，突出的耐高温特性和良好的介电性能，故以玄武岩纤维作为聚丙烯复合材料的增强纤维，增强了聚丙烯产品的力学性能，如弯曲强度、拉伸强度及拉伸模量等都大幅度提升，拓宽了聚丙烯材料的应用领域，特别是可以应用在一些对材料要求比较高的领域，如石油化工、航空航天等。因为溴类阻燃剂具有良好的热稳定性，不易水解，同时采用了其他类的阻燃协效剂，因而所得聚丙烯产品具有良好的阻燃效果，可以满足一般性的安全需要，而且性价比非常高。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明：

实施例1

将35公斤聚丙烯PP M2600R(上海石化)、3公斤烯烃-α烯烃-辛烯三元共聚物、27公斤十溴二苯乙烷、9公斤三氧化二锑、15公斤相容剂马来酸酐接枝聚丙烯、0.5公斤热稳定剂2,6-二叔丁基对甲酚、0.5公斤加工助剂油酯酰胺混合，在长径比为36～45:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散,玄武岩短切纤维10公斤从侧喂口加入，在220℃-250℃条件下挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，检测数据见下面表格。

实施例2

将40公斤聚丙烯PP M2600R、6公斤烯烃-α烯烃-辛烯三元共聚物、24公斤十溴二苯乙烷及四溴双酚A混合物、8公斤三氧化二锑及多聚磷酸盐混合物、3公斤相容剂马来酸酐接枝聚乙烯、0.5公斤热稳定剂1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5-二叔丁基-4-羟基苄基）苯、0.5公斤加工助剂硬脂酸钙、1公斤加工助剂乙撑双硬脂酰胺混合，在长径比为36～45:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散,玄武岩短切纤维20公斤从侧喂口加入，在220℃-250℃挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，具体数据见下面表格。

实施例3

将35公斤聚丙烯PP M2600R、1公斤乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、21公斤十溴二苯乙烷、7公斤三氧化二锑及多聚磷酸盐混合物、5公斤相容剂马来酸酐接枝聚乙烯、0.5公斤热稳定剂二苯基对苯二胺、0.5公斤加工助剂硬脂酸镁混合，在长径比为36～45:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散,玄武岩短切纤维30公斤从侧喂口加入，在220℃-250℃挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，结果见下面表格。

实施例4

将30公斤聚丙烯PP M2600R、15公斤十溴二苯乙烷和溴化环氧混合物、5公斤锑酸盐、4公斤相容剂马来酸酐接枝乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物、0.2公斤热稳定剂对苯二胺、0.3公斤热稳定剂亚磷酸辛二苯酯、0.5公斤加工助剂三硬脂酸甘油酯混合，在长径比为36～45:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散,玄武岩短切纤维40公斤从侧喂口加入，在220℃-250℃挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，结果见下面表格。

对比例

将35公斤聚丙烯PP M2600R、1公斤乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、21公斤十溴二苯乙烷、7公斤三氧化二锑及多聚磷酸盐混合物、5公斤相容剂马来酸酐接枝聚乙烯、0.5公斤热稳定剂2,2’-甲撑双（4-乙基-6-叔丁基苯酚）、0.5公斤加工助剂硬脂酸丁脂混合，在长径比为36～45:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散,短切玻璃纤维30公斤从侧喂口加入，在220℃-250℃挤出造粒，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，结果见下面表格。

性能检测数据

通过上述表格中的对比测试数据可知，随着玄武岩纤维的逐量增加，聚丙烯材料的力学性能也随之提升。在其他配方不变的情况下，用玄武岩纤维替代等量的玻璃纤维，所得到的聚丙烯材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度等明显提高，尤其是弯曲模量，提高了36.5％。

Claims (9)

1.一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：包含以下按重量百分数计的原料：

2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述热稳定剂选自酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、杯芳烃类和硫代二丙酸二月桂酯热稳定剂中的一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述加工助剂选自低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、四溴双酚A或溴化环氧中的一种或两种以上的组合物。

5.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：协效阻燃剂为三氧化二锑、多聚磷酸铵、锑酸盐、硼酸盐、偏硼酸盐、氧化钼、聚四氟乙烯、亚磷酸酯类中的一种两种以上混合物。

6.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂为极性单体接枝聚合物，选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或几种的混合物；

所述的极性单体为马来酸酐及其衍生物，丙烯酸及其酯类衍生物中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为烯烃-α烯烃-辛烯三元共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物、乙烯与丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物、三元乙丙胶或聚氨酯的一种或几种的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述玄武岩纤维为短切纤维或连续纤维。

9.一种制备权利要求1所述的玄武岩纤维增强环保阻燃聚丙烯复合材料的方法,包括如下步骤：

（1）按配比称量各种原料；

（2）将聚丙烯、玄武岩纤维、热稳定剂、加工助剂、相容剂、增韧剂、溴系阻燃剂和阻燃协效剂加入长径比为36～45:1的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为200℃-250℃，玄武岩纤维从侧喂料口处加入。