CN112194845A - 一种有卤阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，包括如下重量份的成分：聚丙烯树脂30～60份、溴系阻燃剂15～23份、阻燃协效剂5～10份、玻璃纤维10～30份、球状填料3～20份和相容剂2～5份；所述球状填料包含沉淀硫酸钡、空心玻璃微珠中的至少一种。本发明通过添加球状的矿物填料，在较好的保持材料阻燃和增强综合性能的前提下，控制和降低了材料的翘曲变形度，满足市场对阻燃、高机械性能、低翘曲的高性能PP材料需求。本发明还公开一种有卤阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法。

Description

一种有卤阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料改性领域，尤其涉及一种有卤阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)作为应用最为广泛的通用塑料之一，具有低密度、耐化学性、良好的耐热性和电绝缘性等优良的综合性能。在实际应用中也是存在一些问题，如PP制品的成型收缩率较大，力学性能相对较低；氧指数仅为17-18％，极易燃烧，着火后不能自熄，这些均限制了其使用范围。
为保持其易加工性，阻燃增强聚丙烯大多采用环保含溴阻燃剂，溴系阻燃剂具有阻燃效率高、耐热性优异等特点。在此基础上，添加玻纤来提升其机械性能，但在制件成型冷却后，会有较大的翘曲，影响制品的外观功能和组装需求。
考虑到上述改性PP材料存在的翘曲问题，因此有必要研制一种低翘曲、高机械性能的有卤阻燃增强PP材料及产业化，满足市场对阻燃、高机械性能、低翘曲的高性能PP材料需求，有助于提升产品的亮点和竞争力。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有低翘曲、优良的阻燃性能和综合力学性能的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，包括如下重量份的成分：聚丙烯树脂30～60份、溴系阻燃剂15～23份、阻燃协效剂5～10份、玻璃纤维10～30份、球状填料3～20份和相容剂2～5份；所述球状填料包含沉淀硫酸钡、空心玻璃微珠中的至少一种。
优选地，当所述球状填料包含沉淀硫酸钡和空心玻璃微珠时，所述沉淀硫酸钡和空心玻璃微珠的重量比为：沉淀硫酸钡：空心玻璃微珠＝(2～6):1；当所述球状填料为空心玻璃微珠时，空心玻璃微珠的重量份为3～10份；当所述球状填料为沉淀硫酸钡时，沉淀硫酸钡的重量份为5～20份。
更优选地，当所述球状填料包含沉淀硫酸钡和空心玻璃微珠时，所述沉淀硫酸钡和空心玻璃微珠的重量比为：沉淀硫酸钡：空心玻璃微珠＝(3～5):1。
优选地，所述玻璃纤维为无碱短纤，所述玻璃纤维的长度为0.5～5mm，所述玻璃纤维的直径为5～13μm。
优选地，所述聚丙烯选自均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的一种或两种。
优选地，所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷或/和乙基-双(四溴苯邻二甲酰亚胺)；所述阻燃协效剂为含锑化合物。上述选择可以更好的保证耐热性和阻燃效率。
优选地，所述相容剂为PP-g-MAH或/和POE-g-MAH。
更优选地，所述相容剂为PP-g-MAH，此种相容剂更有利于保持玻纤增强PP材料更高的拉伸和弯曲强度。
优选地，所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，还包含以下重量份的成分：抗氧剂0.1～0.5份和润滑剂0.1～0.6份。
优选地，所述抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、二价硫类抗氧剂和受阻胺类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为酰胺类润滑剂、金属皂类润滑剂和低分子酯类润滑剂中的至少一种。
同时，本发明还提供一种所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，所述方法为：
(1)将聚丙烯树脂、溴系阻燃剂、阻燃协效剂、球状填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂经高速混合机混合均匀，得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得的混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，玻璃纤维通过双螺杆挤出机的侧喂料口喂入，经熔融挤出、造粒、干燥，得到有卤阻燃增强聚丙烯复合材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1)本发明通过添加球状的矿物填料，制备得到的低翘曲有卤阻燃增强聚丙烯组合物，在较好的保持材料阻燃和增强综合性能的前提下，控制和降低了材料的翘曲变形度，满足市场对阻燃、高机械性能、低翘曲的高性能PP材料需求。
2)本发明提供的有卤阻燃增强聚丙烯组合物中，原料皆为市售常用材料，无特殊化学品，其中球状矿物填料还具有一定的阻燃协效作用，有助于降低产品的生产成本，具有极佳的工业应用前景。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例只是本发明的典型例，本发明的保护范围并不局限于此。
实施例和对比例中用到的主要代表材料如下：
聚丙烯树脂：均聚聚丙烯：PP HP500N，中海壳牌；
聚丙烯树脂：共聚聚丙烯：PP EP300M，中海壳牌；
溴系阻燃剂：十溴二苯乙烷，以色列化工集团；
溴系阻燃剂：乙基-双(四溴苯邻二甲酰亚胺)，以色列化工集团；
溴系阻燃剂：溴化聚苯乙烯，雅宝公司；
阻燃协效剂：锑白，辰州锑业有限公司；
玻璃纤维：ECS13-4.5-T438H，长度为0.5～5mm，直径为5～13μm，泰山玻璃纤维有限公司；
玻璃纤维：EDR14-2000-988A，长度大于5mm，直径为5～13μm，巨石集团有限公司；
球状填料：沉淀硫酸钡，市售；
球状填料：空心玻璃微珠，市售；
碳酸钙：市售；
相容剂：PP-g-MAH，南海柏晨公司；
抗氧剂：1010和168，天津利安隆新材料股份有限公司；
润滑剂：EBS P400，中山华明泰化工股份有限公司。
相关性能的测试标准或方法如下：
拉伸强度：按照ISO 527标准，采用Ⅰ型样，拉伸速度10mm/min测试；
弯曲强度和弯曲模量：按照ISO 178标准测试；
悬臂梁缺口冲击：按照ISO 180标准进行测试；
垂直燃烧的测试方法：按照UL94标准，测试样条厚度为1.6mm；
翘曲性(平放)：试样尺寸(mm)100*100*3，测试四边平均翘曲尺寸。
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)将聚丙烯树脂、溴系阻燃剂、阻燃协效剂、球状填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂经高速混合机混合均匀，得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得的混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，玻璃纤维通过双螺杆挤出机的侧喂料口喂入，经220℃熔融挤出、造粒、干燥，得到有卤阻燃增强聚丙烯复合材料。
本申请设置实施例1～12及对比例1～2，实施例1～8及对比例1～2的各成分含量、性能数据如表1所示；实施例9～12中的各成分含量、性能数据如表2所示；其中，本申请实施例及对比例中的相容剂均为PP-g-MAH；实施例10中的溴系阻燃剂为乙基-双(四溴苯邻二甲酰亚胺)，实施例11中的溴系阻燃剂为溴化聚苯乙烯，其他实施例中的溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷，阻燃协效剂为三氧化二锑；除实施例12外，其他实施例及对比例中的玻璃纤维均为ECS13-4.5-T438H，实施例12中除玻璃纤维的选择不同外，其他均与实施例9相同，实施例12中的玻璃纤维为EDR14-2000-988A。
表1实施例1～8和对比例1～2中的成分、含量、性能数据
Figure BDA0002673079050000041
Figure BDA0002673079050000051
表2实施例9～12中的成分、含量、性能数据
Figure BDA0002673079050000052
从表1中可知，将实施例1与对比例1相比，对比例1中不含有本申请球状填料，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度、翘曲性都差于实施例1；将实施例1与实施例3对比可知，实施例3中的填料含量高于实施例1时，能保证其[email protected]不变，其阻燃剂、协效阻燃剂及聚丙烯的含量降低；这说明，本申请填料不仅可以提高聚丙烯复合材料的综合性能，而且能通过降低阻燃剂及协效阻燃剂的含量，来降低成本；将实施例2与对比例2对比可知，实施例2中的填料为碳酸钙，其阻燃性能、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度、翘曲性都差于实施例2。
将实施例1与实施例2对比可知，实施例1中的沉淀硫酸钡不在5～20份这一范围，实施例2中的硫酸钡在5～20份这一范围，实施例1中的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、翘曲性都差于实施例2；将实施例4与实施例5对比可知，实施例4中的空心玻璃微珠的重量份在3～10份这一范围内，而实施例5中的空心玻璃微珠的重量份不在3～10份这一范围内，实施例5的综合力学性能要明显差于实施例4；将实施例6与实施例7对比可知，实施例7中的沉淀硫酸钡：空心玻璃微珠＝4:1，实施例6中沉淀硫酸钡：空心玻璃微珠＝2:1；实施例6中的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度、翘曲性都差于实施例7；将实施例8与实施例6、7对比可知，实施例8中的沉淀硫酸钡：空心玻璃微珠＝1:1，其综合力学性能和翘曲性都差于实施例6、7。
在溴系阻燃剂应用效果方面，将实施例11与实施例10、实施例9对比可知，实施例11中除溴系阻燃剂为溴化聚苯乙烯外，其他均与实施例9相同，实施例11阻燃性能无法做到1.6mm@V-0，拉伸强度、悬臂梁缺口冲击也不如实施例10、9。
将实施例9与实施例12对比可知，实施例12中玻璃纤维的长度大于5mm，其翘曲性能明显不如实施例9。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量份的成分：聚丙烯树脂30～60份、溴系阻燃剂15～23份、阻燃协效剂5～10份、玻璃纤维10～30份、球状填料3～20份和相容剂2～5份；所述球状填料包含沉淀硫酸钡、空心玻璃微珠中的至少一种。
2.如权利要求1所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，当所述球状填料包含沉淀硫酸钡和空心玻璃微珠时，所述沉淀硫酸钡和空心玻璃微珠的重量比为：沉淀硫酸钡：空心玻璃微珠＝(2～6):1；当所述球状填料为空心玻璃微珠时，空心玻璃微珠的重量份为3～10份；当所述球状填料为沉淀硫酸钡时，沉淀硫酸钡的重量份为5～20份。
3.如权利要求2所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，当所述球状填料包含沉淀硫酸钡和空心玻璃微珠时，所述沉淀硫酸钡和空心玻璃微珠的重量比为：沉淀硫酸钡：空心玻璃微珠＝(3～5):1。
4.如权利要求1所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱短纤，所述玻璃纤维的长度为0.5～5mm，所述玻璃纤维的直径为5～13μm。
5.如权利要求1所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂选自均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷或/和乙基-双(四溴苯邻二甲酰亚胺)；所述阻燃协效剂为含锑化合物。
7.如权利要求1所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为PP-g-MAH。
8.如权利要求1～7任一项所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，还包含以下重量份的成分：抗氧剂0.1～0.5份和润滑剂0.1～0.6份。
9.如权利要求7所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、二价硫类抗氧剂和受阻胺类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为酰胺类润滑剂、金属皂类润滑剂和低分子酯类润滑剂中的至少一种。
10.一种如权利要求8～9任一项所述的有卤阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法为：
(1)将聚丙烯树脂、溴系阻燃剂、阻燃协效剂、球状填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂经高速混合机混合均匀，得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得的混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，玻璃纤维通过双螺杆挤出机的侧喂料口喂入，经熔融挤出、造粒、干燥，得到有卤阻燃增强聚丙烯复合材料。
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