CN111269490A - 一种高刚性阻燃聚丙烯合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高刚性阻燃聚丙烯合金材料及其制备方法,组分包括聚丙烯、聚酰胺、玻璃纤维、无卤阻燃剂、相容剂、微交联剂、改性无机纳米填料、偶联剂、流动改性剂和其他助剂。本发明兼具高强度、高模量、环保阻燃、低吸水率等优点,满足电子电气材料高性能化微型化以及环保的要求,加工工艺简便,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于合金材料领域,特别涉及一种高刚性阻燃聚丙烯合金材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)具有低密度、低成本、优异的加工性能与物理性能等优势,广泛用于家电、汽车、园林工具等各行各业,阻燃改性聚丙烯材料也凭借其在CTI、球压温度等方面的优势,在建筑电工、电源周边等领域的应用逐步扩大。目前,随着行业的发展,电子电气相关设备逐渐向高性能化微型化方向发展,对材料的综合性能也提出了越来越高要求。因此,如何制备兼具阻燃与高强度高模量特性的改性聚丙烯材料是目前行业内的重要研究方向之一。
聚酰胺(PA)作为一种重要的工程塑料,具有优异的力学性能和耐热稳定性,PP/PA6合金材料可综合两种材料的优点,但是PP与PA为典型的热力学不相容体系,相界面张力高,相界面粘附力小,常规的PP接枝马来酸酐、PP接枝马来酸二丁酯等有机相容剂对复合体系具有一定的增容作用,但是效果仍不够理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高刚性阻燃聚丙烯合金材料及其制备方法,在聚丙烯合金材料满足阻燃要求的前提下,进一步提高了强度模量,实现高性能化。
本发明提供了一种高刚性阻燃聚丙烯合金材料,按重量份数,包括如下组分:
所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种,测试条件为230℃/2.16kg时,其熔体流动速率介于1-60g/10min之间。
所述聚酰胺为PA6、PA66、PA1010中的一种或几种。优选PA6。
所述玻璃纤维为长玻纤、短玻纤、连续玻纤、低介电玻纤、扁平玻纤中的一种或几种。
所述无卤阻燃剂为磷氮系膨胀型阻燃剂,具体为聚磷酸盐、偏磷酸铵、三嗪类成炭剂、胶囊化三聚氰胺氰尿酸盐中的两种或三种的混合物。
所述相容剂为PP接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐、PP接枝马来酸二丁酯中的一种或几种。
所述微交联剂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯中的一种或几种。
所述改性无机纳米填料为有机胺改性的纳米蒙脱土、改性硅灰石、有机改性纳米二氧化硅中的一种或几种。
所述偶联剂为氨基硅烷偶联剂、铝钛酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。
所述流动改性剂为端羟基“超支化”聚酯、端羧基“超支化”聚酯中的一种或两种。
所述其他助剂包括润滑剂和/或抗氧剂。
所述润滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺、EBS酰胺类、PE蜡、硬脂酸盐中的一种或几种。
所述抗氧剂为抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂168(三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)、抗氧剂1790(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)、抗氧剂412S(季戊四醇四3-月桂基硫代丙酸酯)中的一种或几种。
本发明提供了一种高刚性阻燃聚丙烯合金材料的制备方法,包括如下步骤:
原料按配比称量并混合均匀,其中玻璃纤维选择侧喂,将混合物经双螺杆挤出机挤出拉条切粒得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。
有益效果
(1)本发明采用改性无机纳米填料,不仅能有效改善PP/PA合金的相容性问题,还能显著提升复合体系的力学性能;另一方面,在复合体系中添加微交联剂,可在界面处形成交联网络,两相相互贯穿,使界面结构稳定,起到增容增强作用;此外,蒙脱土在无卤阻燃体系中具有显著的协效阻燃作用;
(2)本发明具有优异的力学性能与阻燃性能,拉伸强度可达110-160MPa,弯曲强度160-200MPa,悬臂梁缺口冲击强度11-18KJ/m2,阻燃等级为V-0(UL94,1.6mm);
(3)本发明通过工艺调节,PP/PA形成双连续相,PP的阻隔作用有效降低了PA的吸水率,保证了材料在湿热环境下的稳定使用性;
(4)本发明兼具高强度、高模量、环保阻燃、低吸水率等优点,满足电子电气材料高性能化微型化以及环保的要求,加工工艺简便,具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
聚丙烯:均聚聚丙烯,测试条件为230℃/2.16kg时,其熔体流动速率介于1-60g/10min之间。
聚酰胺:PA6树脂。
玻璃纤维:短切玻璃纤维。
无卤阻燃剂:质量比为4:1的偏磷酸铵和三嗪类成炭剂。
相容剂:PP-g-MAH。
微交联剂:环氧树脂。
改性无机纳米填料:有机胺改性的纳米蒙脱土。
偶联剂:氨基硅烷偶联剂。
流动改性剂:Hyper C100。
抗氧剂:抗氧化剂1010;
抗氧化剂168。
润滑剂:芥酸酰胺。(以上原料均为市售产品)
实施例1
将22份聚丙烯树脂、20份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、1份微交联剂、0.5份有机胺改性纳米蒙脱土、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
实施例2
将21份聚丙烯树脂、20份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、2份微交联剂、0.5份有机胺改性纳米蒙脱土、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
实施例3
将20份聚丙烯树脂、20份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、3份微交联剂、0.5份有机胺改性纳米蒙脱土、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
实施例4
将22份聚丙烯树脂、20份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、1份微交联剂、1份有机胺改性纳米蒙脱土、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
实施例5
将22份聚丙烯树脂、20份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、1份微交联剂、3份有机胺改性纳米蒙脱土、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
实施例6
将23份聚丙烯树脂、22份PA6树脂、19份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、1份微交联剂、3份有机胺改性纳米蒙脱土、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
实施例7
将32份聚丙烯树脂、20份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、1份微交联剂、0.5份有机胺改性纳米蒙脱土、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,20份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
对比例1
将42份聚丙烯树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、1份微交联剂、0.5份有机胺改性纳米蒙脱土、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
对比例2
将23份聚丙烯树脂、20份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、0.5份有机胺改性纳米蒙脱土、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
对比例3
将23份聚丙烯树脂、20份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
对比例4
将22份聚丙烯树脂、20份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、1份微交联剂、0.2份硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
对比例5
将43份PA6树脂、22份无卤阻燃剂(偏磷酸铵:三嗪类成炭剂=4:1)、5份PP-g-MAH、0.2份氨基硅烷偶联剂、0.2份流动改性剂、0.1份抗氧化剂1010、0.2份抗氧化剂168和0.3份芥酸酰胺混合均匀后,加入双螺杆挤出机的主喂料口,30份短切玻璃纤维倒入双螺杆挤出机后端的侧喂料口,挤出机温度控制在220-240℃之间,经拉条、冷却后切粒,得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。该材料在220-250℃范围内注塑成制品,产品相关性能测试结果见表1。
表1 实施例和对比例性能测试结果
由表1可知,本发明设计的高刚性阻燃聚丙烯合金,具有优异的力学性能和阻燃性能。通过实施例1和对比例1的数据对比可以看出,在阻燃增强聚丙烯体系中引入聚酰胺后,拉伸强度提高了30%以上,达到128MPa,弯曲模量提高了接近1000MPa,1.6mm样条的阻燃等级保持为V-0的影响。进一步与对比例5对比,可以发现与增强聚酰胺相比,PP/PA合金材料的吸水率大幅度降低,保证了材料在湿热环境的稳定使用。通过实施例1-3和对比例2-3的数据对比可以看出,添加微交联剂后,体系的综合力学性能有显著提升,交联体系在界面处形成交联网络,两相相互贯穿,使界面结构稳定,起到增容增强作用。通过实施例3-5和对比例3-4的数据对比可以看出,纳米蒙脱土的添加具有增强增韧的作用,复合材料的拉伸和抗冲性能均有所提高,其中,拉伸强度提高了30MPa,模量提高接近1000MPa。通过实施例6的数据可以看出,纳米蒙脱土的添加,可以适当降低阻燃剂的用量,仍保证实现V-0阻燃等级。
因此,综合以上实施例,可以看到通过在阻燃增强的聚丙烯体系中引入聚酰胺,可有效提升复合材料的力学性能,并实现1.6mm样条的V-0,同时吸水率显著降低,保证材料在湿热环境下的使用稳定性。微交联剂和有机改性的无机纳米填料的添加,通过界面作用增强,进一步提高复合体系的综合性能,两者具有良好的协同作用。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的合金材料,其特征在于:所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种,测试条件为230℃/2.16kg时,其熔体流动速率介于1-60g/10min之间。
3.根据权利要求1所述的合金材料,其特征在于:所述聚酰胺为PA6、PA66、PA1010中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的合金材料,其特征在于:所述玻璃纤维为长玻纤、短玻纤、连续玻纤、低介电玻纤、扁平玻纤中的一种或几种;所述无卤阻燃剂为磷氮系膨胀型阻燃剂。
5.根据权利要求1所述的合金材料,其特征在于:所述相容剂为PP接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐、PP接枝马来酸二丁酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的合金材料,其特征在于:所述微交联剂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的合金材料,其特征在于:所述改性无机纳米填料为有机胺改性的纳米蒙脱土、改性硅灰石、有机改性纳米二氧化硅中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的合金材料,其特征在于:所述偶联剂为氨基硅烷偶联剂、铝钛酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种;所述流动改性剂为端羟基“超支化”聚酯、端羧基“超支化”聚酯中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的合金材料,其特征在于:所述其他助剂包括润滑剂和/或抗氧剂。
10.一种如权利要求1所述的高刚性阻燃聚丙烯合金材料的制备方法,包括如下步骤:
原料按配比称量并混合均匀,其中玻璃纤维选择侧喂,将混合物经双螺杆挤出机挤出拉条切粒得到高刚性阻燃聚丙烯合金材料。
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