專利名稱：一種芳綸漿粕增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子復(fù)合材料的制備方法，特別是一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯(PP)具有良好的力學(xué)性能、加工性能、耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性和無(wú)毒輕質(zhì)等特點(diǎn)，是一種綜合性能優(yōu)良的通用塑料，廣泛應(yīng)用于家電、電子、建筑材料、汽車工業(yè)、紡織、裝飾等領(lǐng)域；由于聚丙烯易燃燒，如其氧指數(shù)僅為17-18，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熔滴，如果燃燒不充分會(huì)釋放出例如CO等有毒氣體，火災(zāi)危害性較大等，限制了其使用范圍；隨著聚丙烯在一些對(duì)產(chǎn)品阻燃性能有一定要求的領(lǐng)域如建筑、汽車工業(yè)的廣泛應(yīng)用，因此在保證聚丙烯力學(xué)性能達(dá)到制品要求的前提下如何提高聚丙烯的阻燃性能是一個(gè)十分重要的課題。膨脹型阻燃劑(IFR)被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N環(huán)保型阻燃劑，一般由酸源、氣源、炭源三部分組成。聚磷酸銨(APP)是最常用的酸源和氣源，季戊四醇類多羥基化合物是最常用的炭源；IFR的阻燃機(jī)理是加熱到一定溫度酸源釋放出無(wú)機(jī)酸與多元醇酯化脫水成炭，粘稠的炭化產(chǎn)物在氣源釋放的惰性氣體的作用下發(fā)生膨脹，形成彭松的炭層，這種炭層具有隔熱、隔氧、抑煙、防熔滴等作用；中國(guó)專利CN102134352A公開(kāi)了采用由多聚磷酸銨 (APP)與新型三嗪類成炭劑復(fù)配成的膨脹型阻燃劑，將30%膨脹型阻燃劑添加到聚丙烯中可以大大地提高材料的阻燃性能，同時(shí)這種復(fù)合材料具有無(wú)毒，低煙，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但是力學(xué)性能同時(shí)也會(huì)大幅度下降。采用填料增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯是目前研究的重點(diǎn)，郝冬梅在文獻(xiàn)(無(wú)鹵膨脹型阻燃劑ANTI-610阻燃玻纖增強(qiáng)聚丙烯的研究，全國(guó)阻燃學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2008，74-77)中報(bào)道了短玻纖增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料，但是采用短玻纖增強(qiáng)會(huì)使得材料的密度增加，沖擊強(qiáng)度下降；芳綸漿柏(PPTA-pulp)是芳綸纖維的原纖化產(chǎn)品，表面呈毛絨狀纖維叢生，毛羽豐富，粗糙，纖維軸向尾端原纖化成針狀，這些原纖沿著漿柏的軸向有規(guī)則的取向排列；芳綸纖維不僅機(jī)械性質(zhì)優(yōu)異，而且不會(huì)熔融，超過(guò)570°C才逐步分解碳化，180°C 下長(zhǎng)期使用，強(qiáng)度和模量不會(huì)變化；PPTA-pulp相比較碳纖維和玻璃纖維的顯著優(yōu)點(diǎn)在于 PPTA-pulp具有很好的韌性，因此不論在如何激烈的混合加工過(guò)程中都不會(huì)降低其長(zhǎng)徑比，同時(shí)密度更?。焕铄\春在文獻(xiàn)(芳綸漿柏增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能，化工學(xué)報(bào)， 2007,12(58) :3192-3196)中報(bào)道了采用芳綸漿柏對(duì)聚丙烯進(jìn)行增強(qiáng)改性，這類復(fù)合材料與玻纖增強(qiáng)的復(fù)合材料相比具有質(zhì)輕等特點(diǎn)，因此被應(yīng)用于汽車工業(yè)，建筑材料，紡織等領(lǐng)域，如何提高這類復(fù)合材料的阻燃性能已被高度關(guān)注，用芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用具有高強(qiáng)度的芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯，依靠其復(fù)合作用，利用纖維的高強(qiáng)度以承受應(yīng)力，利用基體樹(shù)脂的塑性流動(dòng)及其與纖維的粘結(jié)性以傳遞應(yīng)力，提供一種阻燃性能及力學(xué)性能均能達(dá)到產(chǎn)品要求的無(wú)鹵阻燃輕質(zhì)聚丙烯復(fù)合材料。本發(fā)明一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其組分以重量份計(jì)算為 聚丙烯100份；
膨脹型阻燃劑25 30份；
芳綸漿柏I 10份;
聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐5 10份；
硅烷偶聯(lián)劑廣2份。本發(fā)明所使用的聚丙烯為均聚或共聚聚丙烯，熔融指數(shù)為2. 5^8. 5g/10min。本發(fā)明所使用的膨脹型阻燃劑為普塞呋(清遠(yuǎn))磷化學(xué)有限公司的EPFR-100D，其應(yīng)用于聚丙烯的擠出過(guò)程不會(huì)有水滑情況，這種阻燃劑含酸源、氣源、碳源，以成炭、膨脹機(jī)理起到阻燃作用。本發(fā)明所使用的芳綸漿柏的密度為I. 03-1. 04g/cm3。本發(fā)明所使用的聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐其接枝率為1%。本發(fā)明所使用的娃燒偶聯(lián)劑選自Y _氨丙基二乙氧基娃燒、Y _ (2，3_環(huán)氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一種。本發(fā)明所使用的有機(jī)溶劑為無(wú)水乙醇，甲醇或甲苯。本發(fā)明一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法為
(1)將芳綸漿柏，膨脹型阻燃劑加入到有機(jī)溶劑中，攪拌均勻后，加入硅烷偶聯(lián)劑攪拌均勻，抽濾后鼓風(fēng)烘干得到復(fù)合阻燃劑；每300mL有機(jī)溶劑中加入f IOg的芳綸漿柏、 25^30g的膨脹型阻燃劑和f2g硅烷偶聯(lián)劑；
(2)將聚丙烯，復(fù)合阻燃劑，聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐，混合均勻后在密煉機(jī)180°C^200oC 下，5(Γ200轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速下熔融共混5 10分鐘后取出得到芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料或在平行同向雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出造粒得到復(fù)合材料，其擠出工藝為一區(qū) 170 180°C，二區(qū) 180^2000C，三區(qū) 190^210°C，四區(qū) 190^200°C，螺桿轉(zhuǎn)速 200 300 r/min,喂料頻率18 25 Hz0所述的一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟(I)中將芳綸漿柏，膨脹型阻燃劑加入到有機(jī)溶劑中，攪拌槳以600r/min轉(zhuǎn)速攪拌3個(gè)小時(shí)，加入硅烷偶聯(lián)劑攪拌10分鐘，抽濾后80°C鼓風(fēng)烘干3個(gè)小時(shí)得到復(fù)合阻燃劑。本發(fā)明制得的芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料，可以使聚丙烯的氧指數(shù)從 18% (體積百分比)提高到28% (體積百分比)，同時(shí)拉伸強(qiáng)度達(dá)30.38MPa，沖擊強(qiáng)度達(dá) 56. 94 J/m ;而不加PPTA-pulp，僅使用30份膨脹型阻燃劑填充聚丙烯，復(fù)合材料氧指數(shù)雖然達(dá)到35但是拉伸強(qiáng)度僅為23. 09MPa，沖擊強(qiáng)度為45. 75 J/m。高強(qiáng)度的芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯，依靠其復(fù)合作用，利用纖維的高強(qiáng)度以承受應(yīng)力，利用基體樹(shù)脂的塑性流動(dòng)及其與纖維的粘結(jié)性以傳遞應(yīng)力，提供一種阻燃性能及力學(xué)性能均能達(dá)到產(chǎn)品要求的無(wú)鹵阻燃聚丙烯材料；與單純加膨脹型阻燃劑相比，本發(fā)明具有力學(xué)性能更好，阻燃性能略微下降，與短玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料相比，這種復(fù)合材料質(zhì)輕，且力學(xué)性能與阻燃性能都可以達(dá)到產(chǎn)品要求，可用于建筑材料、汽車工業(yè)，這些對(duì)于產(chǎn)品阻燃性能有要求的領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施實(shí)例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。以下實(shí)施例所采用的聚丙烯為揚(yáng)子石化的J540，熔融指數(shù)3. 8g/10min ;聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐為上海日之升的CMG9801，接枝率為1% ;膨脹型阻燃劑為普塞呋(清遠(yuǎn))磷化學(xué)有限公司所產(chǎn)的EPFR-100D ;芳綸漿柏為上海蘭邦工業(yè)纖維有限公司的“金蜘蛛”DFP-103 ； 硅烷偶聯(lián)劑為南京經(jīng)天瑋化工有限公司的KH-550 ;有機(jī)溶劑為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司的無(wú)水乙醇，所用的密煉機(jī)為哈克Rheomix密煉機(jī)；所使用的雙螺桿擠出機(jī)為南京廣達(dá)橡塑機(jī)械廠的SHJ-35同向平行雙螺桿擠出機(jī)，長(zhǎng)徑比40/1。實(shí)施例1-5
(I)按照表I的配方，將芳綸漿柏與膨脹型阻燃劑以無(wú)水乙醇為有機(jī)溶劑，攪拌槳以 600r/min轉(zhuǎn)速攪拌3小時(shí)，加入硅烷偶聯(lián)劑KH-550攪拌10分鐘，抽濾后80°C鼓風(fēng)烘干3 個(gè)小時(shí)得到復(fù)合阻燃劑。(2)按照表I的配方，將聚丙烯、復(fù)合阻燃劑、聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐混合均勻后在密煉機(jī)中190°C下，lOOr/min，熔融共混10分鐘，得到芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料，所得材料性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)施例6:
復(fù)合阻燃劑的處理過(guò)程同實(shí)施例1-5。按照表I的配方，將聚丙烯、復(fù)合阻燃劑、聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐混合均勻后將混合物料加入平行同向雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出造粒得到阻燃聚丙烯材料，其擠出工藝為一區(qū) 1800C，二區(qū)190°C，三區(qū)200°C，四區(qū)195°C，螺桿轉(zhuǎn)速260 r/min,喂料頻率20 Hz，所得材料的性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2所示。對(duì)比例I :
僅采用膨脹型阻燃劑制備阻燃聚丙烯材料。按照表I的配方將各組分混合均勻后，在密煉機(jī)中于190 °C，100r/min,熔融共混 6分鐘后出料，得到阻燃聚丙烯材料，所得材料的性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2所示。對(duì)比例2
僅采用芳綸漿柏制備增強(qiáng)聚丙烯材料。芳綸漿柏的預(yù)處理過(guò)程同實(shí)施例1-5，只是不加膨脹型阻燃劑。按照表I的配方將各組分混合均勻后，在密煉機(jī)中于190 °C，100r/min,熔融共混 10分鐘后出料，得到芳綸漿柏增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，所得材料的性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2所示。從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著芳綸漿柏含量的不斷增加，復(fù)合材料的氧指數(shù)不斷減少，力學(xué)性能先增加后減少，當(dāng)漿柏含量為聚丙烯重量5%，IFR含量為聚丙烯重量30% 時(shí)，材料的力學(xué)性能最佳，此時(shí)阻燃性能略微下降，可以達(dá)到產(chǎn)品的要求；另外含5%漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯的復(fù)合材料的密度為1.04 g/cm3，然而30%短玻纖增強(qiáng)聚丙烯的密度為
1.6 g/cm3,明顯芳綸纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料輕質(zhì)；通過(guò)同樣配方不同加工方法的實(shí)施例2和實(shí)施例6對(duì)比可見(jiàn)，采用雙螺桿擠出機(jī)得到的復(fù)合材料的力學(xué)性能更好。表I漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料配方
權(quán)利要求
1.一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其組分以重量份計(jì)算為聚丙烯100份；膨脹型阻燃劑25 30份；芳綸漿柏I 10份;聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐5 10份；硅烷偶聯(lián)劑廣2份。
2.如權(quán)利要求I所述的一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述聚丙纟布為均聚或共聚聚丙纟布，溶融指數(shù)為2. 5 8. 5g/10min。
3.如權(quán)利要求I所述的一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述芳綸漿柏的密度為I. 03-1. 04g/cm3。
4.如權(quán)利要求I所述的一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐其接枝率為1%。
5.如權(quán)利要求I所述的一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述娃燒偶聯(lián)劑選自Y _氨丙基二乙氧基娃燒、Y _ (2，3-環(huán)氧丙氧)丙基二甲氧基硅烷、Υ_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一種。
6.如權(quán)利要求I所述的一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下(1)將芳綸漿柏，膨脹型阻燃劑加入到有機(jī)溶劑中，攪拌均勻后，加入硅烷偶聯(lián)劑攪拌均勻，抽濾后鼓風(fēng)烘干得到復(fù)合阻燃劑；每300mL有機(jī)溶劑中加入f IOg的芳綸漿柏、 25^30g的膨脹型阻燃劑和f2g硅烷偶聯(lián)劑；(2)將聚丙烯，復(fù)合阻燃劑，聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐，混合均勻后在密煉機(jī)180°C^200oC 下，5(Γ200轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速下熔融共混5 10分鐘后取出得到芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料或在平行同向雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出造粒得到復(fù)合材料，其擠出工藝為一區(qū) 170 180°C，二區(qū) 18(T200°C，三區(qū) 190 210°C，四區(qū) 19(T200°C，螺桿轉(zhuǎn)速 200 300 r/min，喂料頻率18 25 Hz0
7.如權(quán)利要求6所述的一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中將芳綸漿柏，膨脹型阻燃劑加入到有機(jī)溶劑中，攪拌槳以600r/min 轉(zhuǎn)速攪拌3個(gè)小時(shí)，加入硅烷偶聯(lián)劑攪拌10分鐘，抽濾后80°C鼓風(fēng)烘干3個(gè)小時(shí)得到復(fù)合阻燃劑。
8.如權(quán)利要求7所述的一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑為無(wú)水乙醇，甲醇或甲苯。
9.如權(quán)利要求6所述的一種芳綸漿柏增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于步驟(2)中將聚丙烯，復(fù)合阻燃劑，聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐，混合均勻后在平行同向雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出造粒得到復(fù)合材料，其擠出工藝為一區(qū)17(T180°C，二區(qū) 18(T200°C，三區(qū) 19(T210°C，四區(qū) 19(T200°C，螺桿轉(zhuǎn)速 200 300 r/min，喂料頻率 18 25 Hz0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高分子復(fù)合材料的制備方法，特別是一種芳綸漿粕增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明利用具有高強(qiáng)度的芳綸漿粕增強(qiáng)膨脹阻燃聚丙烯，依靠其復(fù)合作用，利用纖維的高強(qiáng)度以承受應(yīng)力，利用基體樹(shù)脂的塑性流動(dòng)及其與纖維的粘結(jié)性以傳遞應(yīng)力，提供一種阻燃性能及力學(xué)性能均能達(dá)到產(chǎn)品要求的無(wú)鹵阻燃輕質(zhì)聚丙烯復(fù)合材料。
文檔編號(hào)B29C47/92GK102604212SQ20121004743
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者任強(qiáng), 劉石, 李錦春 申請(qǐng)人:常州大學(xué)