本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于各種電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)件、接插件及外殼的阻燃耐沖擊聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)各使用領(lǐng)域從安全的角度出發(fā)都要求材料要有一定阻燃性能，而聚丙烯極易燃燒，較高的燃燒熱也使得例如聚丙烯在內(nèi)的一大類聚丙烯的實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用受到了一定的限制。膨脹型阻燃體系(IFR)是一類以磷、氮為主要元素的膨脹阻燃劑，由于其不含有鹵素，通常具有高效阻燃、低煙、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，因此受到國(guó)內(nèi)外研究人員的極大關(guān)注。IFR與聚丙烯之間差的相容性會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的界面強(qiáng)度較差，尤其會(huì)導(dǎo)致沖擊韌性明顯的下降。橡膠(例如EPDM)具有較高的機(jī)械性能、良好的彈性、耐低溫性、耐熱、透氣、耐臭氧以及耐水、耐腐蝕、耐紫外等優(yōu)異性能，因此常被用作該體系的增韌改性材料；但是在引入橡膠相得到橡塑共混的同時(shí)，由于橡膠自身差的拉伸性能，有限的拉伸性能成為由此制得的熱塑性彈性體得到廣泛應(yīng)用的限制因素。對(duì)于采用納米氧化物溶液法改性橡膠來(lái)顯著提高聚丙烯膨脹阻燃體系沖擊強(qiáng)度，同時(shí)又不犧牲體系拉伸性能的專利還沒有提出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種阻燃耐沖擊的聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，得到的復(fù)合材料具有良好的阻燃性能，耐沖擊性能以及拉伸性能。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案具體闡述如下。

本發(fā)明提供一種阻燃耐沖擊的聚丙烯復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括如下以重量份計(jì)的組分：

其中，聚丙烯和改性橡膠的重量份數(shù)之和為100份；所述改性橡膠的制備方法如下：惰性氣氛下，將EPDM-g-MAH在60℃～100℃溫度下溶于二甲苯中，攪拌下加入納米氧化 物二甲苯溶液，加完后繼續(xù)攪拌0.5～1.5h，將油浴溫度降至40℃～60℃，再緩慢滴加丙酮至混合產(chǎn)物完全沉淀，之后進(jìn)行抽濾，濾渣室溫下真空干燥，即得改性橡膠，即EPDM-g-MAX混合產(chǎn)物；所述EPDM-g-MAH和納米氧化物的質(zhì)量比為10:1。

本發(fā)明中，所述聚丙烯的熔融指數(shù)為6～10g/min。其可以為上海石化產(chǎn)牌號(hào)為M700R的聚丙烯產(chǎn)品。

本發(fā)明中，所述膨脹阻燃劑選自二烷基次磷酸鋁與三聚氰胺磷酸鹽系列(op935:mpp＝4:1,op1240:mpp＝4:1),二烷基次磷酸鋁與三聚氰胺系列(op1240:mca＝4:1)，或APP與PER系列(APP:PER＝2：1)，或Exolit AP 750或Exolit AP 750(TP)。

本發(fā)明中，所述EPDM-g-MAH為馬來(lái)酸酐接枝三元乙丙橡膠或磺化三元乙丙橡膠；所述納米氧化物為納米SiO₂，納米CaO或納米ZnO中任一種。

本發(fā)明中，所述抗氧劑為抗氧劑168或抗氧劑1010。

本發(fā)明還提供一種上述阻燃耐沖擊的聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其包含如下步驟：

(1)制備改性橡膠：惰性氣氛下，將EPDM-g-MAH在60℃～100℃溫度下溶于二甲苯中，攪拌下加入納米氧化物二甲苯溶液，加完后繼續(xù)攪拌0.5～1.5h，將油浴溫度降至40℃～60℃，再緩慢滴加丙酮至混合產(chǎn)物完全沉淀，之后進(jìn)行抽濾，濾渣室溫下真空干燥，即得改性橡膠，即EPDM-g-MAX混合產(chǎn)物；所述EPDM-g-MAH和納米氧化物的質(zhì)量比為10:1；

(2)按重量稱取聚丙烯、膨脹阻燃劑、改性橡膠和抗氧劑，然后加入高速混合機(jī)中混合10～30分鐘；

(3)將上述混合物投入雙螺桿擠出機(jī)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在42～50r/min，各段溫度在180℃～220℃，經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)充分塑化、熔融、復(fù)合、擠出、拉條、切粒和冷卻，制得阻燃耐沖擊的聚丙烯復(fù)合材料。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：

(1)納米氧化物在熔融狀態(tài)下使得EPDM-g-MAH形成有效交聯(lián)，使得EPDM-g-MAH自身的力學(xué)強(qiáng)度得到提高。同時(shí)，EPDM-g-MAX的存在能夠有效改善膨脹阻燃劑在聚丙烯中的分散問(wèn)題，并在基體與膨脹阻燃劑粒子之間形成有利于應(yīng)力吸收和轉(zhuǎn)移的結(jié)構(gòu)，因而EPDM-g-MAX的加入能達(dá)到很好的增韌效果。

(2)采用改性橡膠EPDM-g-MAX作為該合金體系的增韌改性劑，共混物中引入少量的離子能夠有效的消除聚丙烯和彈性體共混物中的應(yīng)力集中，并增加界面粘結(jié)，形成的離子交聯(lián)鍵增加了共混材料的拉伸強(qiáng)度，離子基團(tuán)能夠提高共混體系的低溫拉伸模量。該方法與傳統(tǒng)的增韌劑相比，能夠在增韌的同時(shí)保證體系拉伸強(qiáng)度不下降。

附圖說(shuō)明

圖1是不同實(shí)施例制得的復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度曲線圖。

圖2是不同實(shí)施例制得的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度曲線圖。

圖3是不同實(shí)施例制得的復(fù)合材料的掃描電鏡圖；a)對(duì)比例1；b)對(duì)比例2；c)對(duì)比例3；d)實(shí)施例2。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例中，聚丙烯的EPDM-g-MAH購(gòu)自吳江斯瑞達(dá)塑業(yè)有限公司，其接枝率為0.8％～1.2％；聚丙烯為上海石化產(chǎn)牌號(hào)為M700R的聚丙烯產(chǎn)品。

實(shí)施例1

其中，聚丙烯和EPDM-g-MASi的重量份數(shù)之和為100，制備EPDM-g-MASi時(shí)選用納米二氧化硅。

(1)在通風(fēng)櫥中，稱取一定量EPDM-g-MAH溶于二甲苯中，置于油浴鍋中，設(shè)置反應(yīng)溫度為60℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，中速攪拌30min至EPDM-g-MAH完全溶解。另稱按(EPDM-g-MAH：納米二氧化硅＝10:1的質(zhì)量例稱取一定量的納米二氧化硅，溶解于二甲苯中，高速攪拌狀態(tài)下，緩慢加入至溶解完全的EPDM-g-MAH二甲苯溶液中，繼續(xù)攪拌1h后，將油浴溫度降至40℃，緩慢滴加足量的丙酮至混合產(chǎn)物完全沉淀。待上述混合產(chǎn)物在通風(fēng)櫥中自然冷卻后，將混合產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，并將最終得到的沉淀在室溫下真空干燥24h，即得EPDM-g-MASi混合產(chǎn)物。

(2)配料和按重量稱取聚丙烯、APP與PER系列(APP:PER＝2：1)、EPDM-g-MASi、抗氧劑168，然后加入高速混合機(jī)中混合10分鐘。

(3)將上述混合物投入雙螺桿擠出機(jī)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在48r/min，各段溫度在180℃～220℃，經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)充分塑化、熔融、復(fù)合、擠出、拉條、切粒和冷卻，制得復(fù)合材料。

(4)利用注塑機(jī)注塑用于力學(xué)測(cè)試的樣條，注塑機(jī)各段溫度為200～220℃。

實(shí)施例2

其中，聚丙烯和EPDM-g-MAZn的重量份數(shù)之和為100，制備EPDM-g-MAZn時(shí)選用納米氧化鋅。

(1)在通風(fēng)櫥中，稱取一定量EPDM-g-MAH溶于二甲苯中，置于油浴鍋中，設(shè)置反應(yīng)溫度為100℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，中速攪拌30min至EPDM-g-MAH完全溶解。另稱按(EPDM-g-MAH：納米氧化鋅＝10:1的質(zhì)量比稱取一定量的納米氧化鋅，溶解于二甲苯中，高速攪拌狀態(tài)下，緩慢加入至溶解完全的EPDM-g-MAH二甲苯溶液中，繼續(xù)攪拌0.5h后，將油浴溫度降至60℃，緩慢滴加足量的丙酮至混合產(chǎn)物完全沉淀。待上述混合產(chǎn)物在通風(fēng)櫥中自然冷卻后，將混合產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，并將最終得到的沉淀在室溫下真空干燥24h，即得EPDM-g-MAZn混合產(chǎn)物。

(2)配料和按重量稱取聚丙烯、APP與PER系列(APP:PER＝2：1)、EPDM-g-MAZn、抗氧劑168，然后加入高速混合機(jī)中混合30分鐘。

(3)將上述混合物投入雙螺桿擠出機(jī)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在42r/min，各段溫度在180℃～220℃，經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)充分塑化、熔融、復(fù)合、擠出、拉條、切粒和冷卻，制得復(fù)合材料。

(4)利用注塑機(jī)注塑用于力學(xué)測(cè)試的樣條，注塑機(jī)各段溫度為200～220℃。

實(shí)施例3

其中，聚丙烯和EPDM-g-MACa的重量份數(shù)之和為100，制備EPDM-g-MACa時(shí)選用納米氧化鈣。

(1)在通風(fēng)櫥中，稱取一定量EPDM-g-MAH溶于二甲苯中，置于油浴鍋中，設(shè)置反應(yīng)溫度為80℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，中速攪拌30min至EPDM-g-MAH完全溶解。另稱按(EPDM-g-MAH：納米氧化鈣＝10:1)的質(zhì)量比稱取一定量的納米氧化鈣，溶解于二甲苯中，高速攪拌狀態(tài)下，緩慢加入至溶解完全的EPDM-g-MAH二甲苯溶液中，繼續(xù)攪拌1.5h后，將油浴溫度降至50℃，緩慢滴加足量的丙酮至混合產(chǎn)物完全沉淀。待上述混合產(chǎn)物在通風(fēng)櫥中自然冷卻后，將混合產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，并將最終得到的沉淀在室溫下真空干燥 24h，即得EPDM-g-MACa混合產(chǎn)物。

(2)配料和按重量稱取聚丙烯、APP與PER系列(APP:PER＝2：1)、EPDM-g-MACa、抗氧劑168，然后加入高速混合機(jī)中混合20分鐘。

(3)將上述混合物投入雙螺桿擠出機(jī)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在50/min，各段溫度在180℃～220℃，經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)充分塑化、熔融、復(fù)合、擠出、拉條、切粒和冷卻，制得所述復(fù)合材料。

(4)利用注塑機(jī)注塑用于力學(xué)測(cè)試的樣條，注塑機(jī)各段溫度為200～220℃。

對(duì)比例1

聚丙烯 100份；

膨脹阻燃劑 5份；

抗氧劑 0.5份。

(1)配料和按重量稱取聚丙烯、APP與PER系列(APP:PER＝2：1)、抗氧劑168，然后加入高速混合機(jī)中混合10～30分鐘。

(2)將上述混合物投入雙螺桿擠出機(jī)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在48r/min，各段溫度在180℃～220℃，經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)充分塑化、熔融、復(fù)合、擠出、拉條、切粒、冷卻，制得所述復(fù)合材料。

(3)利用注塑機(jī)注塑用于力學(xué)測(cè)試的樣條，注塑機(jī)各段溫度為200～220℃。

對(duì)比例2

其中，聚丙烯和EPDM的重量份數(shù)之和為100。

(1)配料和按重量稱取聚丙烯、APP與PER系列(APP:PER＝2：1)、EPDM、抗氧劑168，然后加入高速混合機(jī)中混合10～30分鐘。

(2)將上述混合物投入雙螺桿擠出機(jī)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在48r/min，各段溫度在180℃～220℃，經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)充分塑化、熔融、復(fù)合、擠出、拉條、切粒、冷卻，制得所述復(fù)合材料。

(3)利用注塑機(jī)注塑用于力學(xué)測(cè)試的樣條，注塑機(jī)各段溫度為200～220℃。

對(duì)比例3

其中，聚丙烯和EPDM-g-MAH的重量份數(shù)之和為100。

(1)配料和按重量稱取聚丙烯、APP與PER系列(APP:PER＝2：1)、EPDM-g-MAH、抗氧劑168，然后加入高速混合機(jī)中混合10～30分鐘。

(2)將上述混合物投入雙螺桿擠出機(jī)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在48r/min，各段溫度在180℃～220℃，經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)充分塑化、熔融、復(fù)合、擠出、拉條、切粒、冷卻，制得所述復(fù)合材料。

(3)利用注塑機(jī)注塑用于力學(xué)測(cè)試的樣條，注塑機(jī)各段溫度為200～220℃。

實(shí)施例4力學(xué)性能測(cè)試

將對(duì)比例1、2、3及實(shí)施例1、2、3得到的注塑樣條根據(jù)國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行力學(xué)測(cè)試。

按照GB/T1843-2008，懸臂梁缺口沖擊試驗(yàn)的測(cè)試方法為由已知能量的擺錘一次沖擊支撐成垂直懸臂粱的試樣，測(cè)量試樣破壞時(shí)所吸收的能量，再按照試樣的初始橫截面積來(lái)計(jì)算沖擊強(qiáng)度。沖擊線到試樣夾具為固定距離，對(duì)于缺口試樣，沖擊線到缺口中心線為固定距離。試樣尺寸為80mm×10mm×4mm，選擇A型缺口。

按照GB/T 1040.1-2006，材料拉伸性能的測(cè)試方法為首先設(shè)定實(shí)驗(yàn)的拉伸速度，沿試樣的縱向主軸方向恒速拉伸試樣，直至斷裂或材料的應(yīng)力(負(fù)荷)或者應(yīng)變(伸長(zhǎng))達(dá)到所設(shè)定的預(yù)定值，測(cè)量在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中拉伸試樣承受的應(yīng)力及其伸長(zhǎng)。試驗(yàn)速度為50mm/min。

所有樣品在測(cè)試前，在25℃恒溫條件下恒溫24小時(shí)。測(cè)試溫度為25℃。測(cè)試結(jié)果如圖1和圖2所示。從圖1～圖2可以看出，實(shí)施例1、2、3制備的復(fù)合材料跟對(duì)比例1、2、3制得的復(fù)合材料相比，沖擊強(qiáng)度明顯比較高，說(shuō)明本發(fā)明提供的復(fù)合材料具有優(yōu)異的沖擊性能。拉伸強(qiáng)度也明顯比較高，說(shuō)明發(fā)明提供的復(fù)合材料具有優(yōu)異的拉伸性能。

將對(duì)比例1、2、3與實(shí)例2得到的樣品用液氮脆斷噴金后用掃面電鏡觀察不同的斷裂面特征，結(jié)果參見圖3。從圖3可以看出，EPDM、EPDM-g-MAH、EPDM-g-MAZn三種性質(zhì)不同的彈性體都能通過(guò)細(xì)化膨脹阻燃劑粒子團(tuán)聚體粒徑或者增強(qiáng)與彈性體間相容性等方式一定程度上改善膨脹阻燃劑粒子的團(tuán)聚問(wèn)題。同時(shí)，EPDM、EPDM-g-MAH、EPDM-g-MAZn與基體的相互作用力依次增強(qiáng)，彈性體形成相疇較小的均勻分散相的趨勢(shì)逐漸增大。較小尺寸的分散相疇有利于界面間應(yīng)力的轉(zhuǎn)移和消除，有利于體系得到增韌改性的同時(shí)仍保留就好的拉伸強(qiáng)度。