CN109456532A - 一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，由均聚聚丙烯基体60‑80份，无捻玻纤10‑35份，偶联剂1‑2份，其他助剂0.2‑0.5份，相容剂5‑10份，润滑剂0.4‑0.8份，阻燃剂2‑8份在高速混料器内混炼均匀，直接造粒可得，其操作加工简单，所用材料均不会对环境造成影响，具有良好的刚性、耐热性、低收缩、密度低、机械性能优异、熔融指数高、材料加工方便、成本低廉，适合注塑各种复杂形状的产品，以解决现有技术聚丙烯复合材料阻燃和增强的高成本、力学性能与阻燃性能不能同时兼具的问题。

Description

一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯做为通用型热塑性塑料，由丙烯单体聚合而成，因其具有密度小、易加工、无毒具有良好的机械性能、耐疲劳屈服性、设计自由度高、成本低等优点，被广泛用于各个场合，并且可循环利用。但是但与其他高分子材料相比，其强度、耐热、收缩率大、易老化、遇火易燃，从而限定了聚丙烯材料在特殊领域的用途，因此为了扩大聚丙烯材料的使用领域范围，需要对聚丙烯材料进行改性处理。
常用的玻纤增强阻燃材料，成本高、难加工。而一些如碳纤维、镁盐晶须等价格高昂，难以应用在普通产品中。
目前对聚丙烯的改性已有大量的研究，例如无卤增强改性聚丙烯专利号201010613173.2、阻燃增强聚丙烯V2型等。通过以上研究发现聚丙烯复合材料阻燃和增强同时提升的效率不高，这主要是因为聚丙烯复合材料达到阻燃要求必须添加一定分量的阻燃剂，而阻燃剂的增加会降低聚丙烯复合材料的力学性能，阻燃性能和力学性能的提升相互矛盾，给玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料的研究带来了一定的难度。
专利号CN 105504505 A公开了一种超高阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，包括：聚丙烯PP40-75％，卤系阻燃剂10-30％，阻燃助剂4-10％，填充母粒10-30％。填充母粒为含有滑石粉的复合填充母粒，由以下重量百分比的组分制备：1250目滑石粉75％，聚烯烃弹性体25％。其所制备的超高阻燃聚丙烯复合材料，在保证了材料具有优异的力学、热性能的同时，其阻燃性能大幅提高，阻燃性能够提高到UL945VA等级，可广泛应用于汽车功能件、电子电器零部件等。上述方案通过在原料中增加填充母粒，达到了提高聚丙烯复合材料阻燃性能，但是该聚丙烯复合材料只能适用于汽车、电子电器零部件的生产注塑，不能更广泛的应用于生活其他领域，实用性不强，无法满足该材料对其他领域的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，通过无捻玻纤、偶联剂、其他助剂、相容剂、润滑剂、阻燃剂提炼出，以解决现有技术聚丙烯复合材料阻燃和增强的高成本、力学性能与阻燃性能不能同时兼具的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量份数配比的原料组成：均聚聚丙烯基体60-80份，无捻玻纤10-35份，偶联剂1-2份，其他助剂0.2-0.5份，相容剂5-10份，润滑剂0.4-0.8份，阻燃剂2-8份。
优选的，由原料均聚聚丙烯基体50份，无捻玻纤40份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份混炼而成。
优选的，由原料均聚聚丙烯基体60份，无捻玻纤30份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份混炼而成。
优选的，由原料均聚聚丙烯基体70份，无捻玻纤20份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份混炼而成。
优选的，由原料均聚聚丙烯基体80份，无捻玻纤10份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份混炼而成。
优选的，所述均聚聚丙烯基体熔融指数为18-25g/min。
优选的，所述无捻玻纤纤维直径为17微米。
优选的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
优选的，所述其他助剂为抗氧剂、UV耐候剂中的至少一种。优选的，所述相容剂为均聚聚丙烯为基材的PP-g-MAH。
优选的，所述润滑剂为芥酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸、硅酮粉、PE蜡、EBS中的至少一种。
优选的，所述阻燃剂为三聚氰胺0.5-1份、氢溴酸盐2-5份、联枯0.3-0.7份的混合物。
优选的，所述阻燃剂的粒径D50≤10μm，D90≤20μm。
本发明提供另一种技术方案为：一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：先按配方量称取均聚聚丙烯基体、其他助剂、相容剂、润滑剂、阻燃剂倒入高速混料器内再加入偶联剂混匀；
第二步：熔融挤出：将S1得到的混合物加入双螺杆挤出机主喂料；
第三步：通过侧喂料加入无捻玻纤，挤出温度控制在180-200℃之间。
优选的，所述S1中高速混合机的温度控制在80-100℃、转速控制在1700-1900r/min，混合时间控制在3-5min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，由均聚聚丙烯基体、无捻玻纤、偶联剂、其他助剂、相容剂、润滑剂和阻燃剂混炼均匀，直接造粒，其操作加工简单，所用材料均不会对环境造成影响，具有良好的刚性、耐热性、低收缩、密度低、机械性能优异、熔融指数高、材料加工方便、成本低廉，适合注塑各种复杂形状的产品，以解决现有技术聚丙烯复合材料阻燃和增强的高成本、力学性能与阻燃性能不能同时兼具的问题。
具体实施方式
以下将详细说明本发明实施例，然而，本发明实施例并不以此为限。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例中：一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量份数配比的原料组成：均聚聚丙烯基体60-80份，无捻玻纤10-35份，偶联剂1-2份，其他助剂0.2-0.5份，相容剂5-10份，润滑剂0.4-0.8份，阻燃剂2-8份，其中，均聚聚丙烯基体熔融指数为18-25g/min，无捻玻纤纤维直径为17微米，偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种，其他助剂为抗氧剂、UV耐候剂中的至少一种，相容剂为均聚聚丙烯为基材的PP-g-MAH，润滑剂为芥酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸、硅酮粉、PE蜡、EBS中的至少一种，阻燃剂为三聚氰胺0.5-1份、氢溴酸盐2-5份、联枯0.3-0.7份的混合物，阻燃剂的粒径D50≤10μm，D90≤20μm。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例一：
取原料均聚聚丙烯基体50份，无捻玻纤40份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份。
基于上述原料配比，提供一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，步骤如下：
第一步：先称取均聚聚丙烯基体50质量份，均聚聚丙烯基体熔融指数为18-25g/min；相容剂5质量份，相容剂为均聚聚丙烯为基材的PP-g-MAH；其他助剂0.5质量份，其他助剂为抗氧剂、UV耐候剂中的至少一种；润滑剂0.5质量份，润滑剂为芥酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸、硅酮粉、PE蜡、EBS中的至少一种；阻燃剂6质量份，阻燃剂的粒径D50≤10μm，D90≤20μm倒入高速混料器内，再加入偶联剂钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种；高速混合机的温度控制在80-100℃、转速控制在1700-1900r/min，混合时间控制在3-5min；
第二步：熔融挤出：将上步得到的混合物加入双螺杆挤出机主喂料；
第三步：通过侧喂料加入无捻玻纤40质量份，挤出温度控制在180-200℃之间。
实施例二：
取原料均聚聚丙烯基体60份，无捻玻纤30份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份混炼而成。
基于上述原料配比，提供一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，步骤如下：
第一步：先称取均聚聚丙烯基体60质量份，均聚聚丙烯基体熔融指数为18-25g/min；相容剂5质量份，相容剂为均聚聚丙烯为基材的PP-g-MAH；其他助剂0.5质量份，其他助剂为抗氧剂、UV耐候剂中的至少一种；润滑剂0.5质量份，润滑剂为芥酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸、硅酮粉、PE蜡、EBS中的至少一种；阻燃剂6质量份，阻燃剂的粒径D50≤10μm，D90≤20μm倒入高速混料器内，再加入偶联剂钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种；高速混合机的温度控制在80-100℃、转速控制在1700-1900r/min，混合时间控制在3-5min；
第二步：熔融挤出：将上步得到的混合物加入双螺杆挤出机主喂料；
第三步：通过侧喂料加入无捻玻纤30质量份，挤出温度控制在180-200℃之间。
实施例三：
取原料均聚聚丙烯基体70份，无捻玻纤20份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份。
基于上述原料配比，提供一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，步骤如下：
第一步：先称取均聚聚丙烯基体70质量份，均聚聚丙烯基体熔融指数为18-25g/min；相容剂5质量份，相容剂为均聚聚丙烯为基材的PP-g-MAH；其他助剂0.5质量份，其他助剂为抗氧剂、UV耐候剂中的至少一种；润滑剂0.5质量份，润滑剂为芥酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸、硅酮粉、PE蜡、EBS中的至少一种；阻燃剂6质量份，阻燃剂的粒径D50≤10μm，D90≤20μm倒入高速混料器内，再加入偶联剂钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种；高速混合机的温度控制在80-100℃、转速控制在1700-1900r/min，混合时间控制在3-5min；
第二步：熔融挤出：将上步得到的混合物加入双螺杆挤出机主喂料；
第三步：通过侧喂料加入无捻玻纤20质量份，挤出温度控制在180-200℃之间。
实施例四：
取原料均聚聚丙烯基体80份，无捻玻纤10份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份。
基于上述原料配比，提供一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，步骤如下：
第一步：先称取均聚聚丙烯基体80质量份，均聚聚丙烯基体熔融指数为18-25g/min；相容剂5质量份，相容剂为均聚聚丙烯为基材的PP-g-MAH；其他助剂0.5质量份，其他助剂为抗氧剂、UV耐候剂中的至少一种；润滑剂0.5质量份，润滑剂为芥酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸、硅酮粉、PE蜡、EBS中的至少一种；阻燃剂6质量份，阻燃剂的粒径D50≤10μm，D90≤20μm倒入高速混料器内，再加入偶联剂钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种；高速混合机的温度控制在80-100℃、转速控制在1700-1900r/min，混合时间控制在3-5min；
第二步：熔融挤出：将上步得到的混合物加入双螺杆挤出机主喂料；
第三步：通过侧喂料加入无捻玻纤10质量份，挤出温度控制在180-200℃之间。
对比例一：本对比例与实施例二对比，随着无捻玻纤的含量改变材料的成型收缩率有明显改变，弯曲模量变小，阻燃等级不变。
对比例二：
本对比例与实施例三对比，随着无捻玻纤的含量改变材料的成型收缩率有明显改变，弯曲模量变大，阻燃等级不变。
对实施案例1和2比较3-4，比较所得的玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，性能进行测试，采用卧式注塑机注塑成型标准试样，成型加工条件注塑温度为180-190-190(喷嘴)，注塑压力30MPa，保压时间10s，冷却时间15s，样条的测试方式如下：
熔融指数：按照ASTM-D-1238标准进行测试；
热变形温度：按照ASTM-D-648标准进行测试；
密度：按照ASTM-D-792标准进行测试；
弯曲模量：按照ASTM-D-790标准进行测试；
拉伸强度：按照ASTM-D-638标准进行测试；
断裂伸长率：按照ASTM-D-638标准进行测试；
成型收视率：按照GB/T15585-1995标准进行测试；
Izod缺口冲击性能：按照ASTM-D-256标准进行测试；
阻燃性：按照UL94标准进行测试；
表一测试性能如下：
综上：由表一所示结果可知，本发明玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料具有良好的刚性、耐热性、低收缩、密度低、机械性能优异、熔融指数高、材料加工方便、成本低廉适合注塑各种复杂形状的产品。
由实施案例1对实施案例4对比可知随着无捻玻纤含量的增加改变使得弯曲模量增加、拉伸强度增强、缺口冲击增加、耐热性能增强、阻燃性能不变，材料的机械性能会随着无捻玻纤的含量增加或减少而改变。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料组成：均聚聚丙烯基体60-80份，无捻玻纤10-35份，偶联剂1-2份，其他助剂0.2-0.5份，相容剂5-10份，润滑剂0.4-0.8份，阻燃剂2-8份。
2.根据权利要求1所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，由原料均聚聚丙烯基体50份，无捻玻纤40份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份混炼而成。
3.根据权利要求1所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，由原料均聚聚丙烯基体60份，无捻玻纤30份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份混炼而成。
4.根据权利要求1所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，由原料均聚聚丙烯基体70份，无捻玻纤20份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份混炼而成。
5.根据权利要求1所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，由原料均聚聚丙烯基体80份，无捻玻纤10份，偶联剂2份，其他助剂0.5份，相容剂5份，润滑剂0.5份，阻燃剂6份混炼而成。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述均聚聚丙烯基体熔融指数为18-25g/min。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无捻玻纤纤维直径为17微米。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述其他助剂为抗氧剂、UV耐候剂中的至少一种。
10.根据权利要求1-5任意一项所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为均聚聚丙烯为基材的PP-g-MAH。
11.根据权利要求1-5任意一项所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为芥酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸、硅酮粉、PE蜡、EBS中的至少一种。
12.根据权利要求1-5任意一项所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为三聚氰胺0.5-1份、氢溴酸盐2-5份、联枯0.3-0.7份的混合物。
13.根据权利要求1-5任意一项所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂的粒径D50≤10μm，D90≤20μm。
14.一种根据权利要求1所述的玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先按配方量称取均聚聚丙烯基体、其他助剂、相容剂、润滑剂、阻燃剂倒入高速混料器内再加入偶联剂混匀；
S2：熔融挤出：将S1得到的混合物加入双螺杆挤出机主喂料；
S3：通过侧喂料加入无捻玻纤，挤出温度控制在180-200℃之间。
15.根据权利要求14所述的一种玻纤增强阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中高速混合机的温度控制在80-100℃、转速控制在1700-1900r/min，混合时间控制在3-5min。
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