CN103289193B - 连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料及其制备方法，材料主要由40~75wt.%连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和25~40%阻燃母粒掺混而成；其中连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒主要由40~55wt.%连续玄武岩纤维、40~54 wt.%聚丙烯树脂和2~5 wt.%极性单体接枝聚合物型相容剂组成；阻燃母粒主要由15~39 wt.%聚烯烃树脂、45~63wt.%阻燃剂和14~21 wt.%阻燃协效剂组成；其中阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴联苯醚和十溴联苯中的至少一种，阻燃协效剂为锑白。本发明所得产品不仅具有良好的阻燃性能，力学性能优良，且制备工艺简单、成本低廉、环境友好，符合工业化生产及对绿色环保的要求，有广阔的市场应用前景。

Description

连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维增强聚合物材料及其制备方法，尤其涉及一种连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料及其制备方法，属于改性聚丙烯复合材料技术领域。

背景技术

玄武岩作为一种火山岩，它是在地球深处经过高温高压和漫长的历史演变而成的。玄武岩通过浇铸工艺制成瓦及板用于建筑市场已有多年历史，浇铸的玄武岩钢管内衬有很高的耐磨性，广泛应用于工业生产中，此外玄武岩在粉碎状态下还可以用作混凝土的集料。

采用天然耐火玄武岩挤出的连续纤维，在几乎所有的用途方面都可以用来替代石棉纤维。近十年来，玄武岩纤维已成为增强复合材料的竞争性材料，其与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维的高强度和高模量的特点外，还具有耐高温性佳、抗氧化好、抗辐射好、绝热隔音效果佳、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新型基础材料和高技术纤维。

聚丙烯(PP)作为一种通用塑料，进入了日常生活的各个角落，其中经过E玻璃纤维改性的PP材料凭借其良好的刚性，在部分应用上取代了工程塑料。而玄武岩纤维的出现，进一步提升了聚丙烯材料性能的提升空间，同时玄武岩纤维具有更多的表面活性位点，可以在更大程度上提高材料的综合性能。随着连续玄武岩纤维的研究日益深化，应用也向工程塑料靠近，其阻燃性能将成为一个重要的指标要求。因此，研究阻燃的连续玄武岩纤维增强的聚合物材料具有重大的现实意义及必要性。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料及其制备方法，该方法采用混合法生产出的材料综合力学性能有优异、环保可靠，且方法高效简便、成本低廉、易于控制。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料，主要由40～75wt.％连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和25～40％阻燃母粒掺混而成；其中所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒主要由40～55wt.％连续玄武岩纤维、40～54wt.％聚丙烯树脂和2～5wt.％极性单体接枝聚合物型相容剂组成；所述阻燃母粒主要由15～39wt.％聚烯烃树脂、45～63wt.％阻燃剂和14～21wt.％阻燃协效剂组成；其中所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴联苯醚和十溴联苯中的至少一种，所述阻燃协效剂为锑白。

其进一步的技术方案为：

所述阻燃剂优选为十溴二苯乙烷。

所述连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料还包括可调节量的聚丙烯树脂。

所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和所述阻燃母粒均还包括适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂。

所述阻燃母粒中的聚烯烃树脂为在2.16kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚丙烯、在1.90kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚乙烯和分子量分布曲线呈现不少于两峰的聚乙烯中的至少一种。

所述极性单体接枝聚合物型相容剂中的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物中的至少一种，优选为聚丙烯；所述极性单体为马来酸酐、丙烯酸和丙烯酸酯中的至少一种，优选为马来酸酐。所述极性单体接枝聚合物型相容剂优选为马来酸酐接枝聚丙烯。

本发明还提供了一种连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：将40～54％聚丙烯树脂、2～5wt.％极性单体接枝聚合物型相容剂、适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂从双螺杆挤出机的喂料口加入，进行充分熔融并混合均匀，然后将40～55wt.％连续玄武岩纤维从专用模头中拉出后，依次经过冷水却、切粒机造粒，得到长度为5～12mm的连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒；

(2)阻燃母粒的制备：将15～39wt.％聚烯烃树脂、45～63wt.％阻燃剂、14～21wt.％阻燃协效剂、适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂加入密炼机的密炼室中混合均匀并熔融造粒，得阻燃母粒；

(3)将(1)中所得连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒、(2)中所得阻燃母粒、调节量的聚丙烯树脂按比例混合均匀后得到连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料，其中连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒占连续玄武岩纤维增强阻燃尼龙材料的40～75wt.％，阻燃母粒占连续玄武岩纤维增强阻燃尼龙材料的25～40wt.％，且连续玄武岩纤维占连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的20～37.5wt.％。

本发明的有益技术效果是：本发明将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和阻燃母粒按比例掺混而成，同时可加入聚丙烯树脂以调节玄武岩纤维与阻燃剂的含量，所得产品不仅具有良好的阻燃性能，力学性能优良，且制备工艺简单、成本低廉、环境友好，符合工业化生产及对绿色环保的要求，有广阔的市场应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，下述实施例仅用于说明本发明，并不限制本发明。

实施例1

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

将45％的聚丙烯树脂HJ4045(熔融指数45g/10min)、4％的极性单体接枝聚合物型相容剂CA100(马来酸酐接枝聚丙烯)、1％热稳定剂(硫代二丙酸二月桂酯与4-羟基十八烷酰替苯胺按1:1混合)混合均匀后，采用浸渍模头，将连续玄武岩纤维拉过浸渍模头，制备成连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒，连续玄武岩纤维的含量为50％。

阻燃母粒的制备：

将15％聚丙烯PP 320粉(熔融指数37g/10min)、63％十溴二苯乙烷、21％锑白和1％热稳定剂(4-羟基十八烷酰替苯胺与亚磷酸三苯酯按1:1混合)混合均匀，在密炼机中熔融造粒，得到所需的阻燃母粒。

连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒、阻燃母粒和聚丙烯树脂K1011按2:2:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为44％，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为1.6％，连续玄武岩纤维含量为20％，热稳定剂含量为0.8％，阻燃剂十溴二苯乙烷含量为25.2％，阻燃协效剂锑白含量为8.4％，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例2

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

同实施例1；

阻燃母粒的制备：

将39％双峰聚乙烯FB2230、45％十溴二苯乙烷、15％锑白和1％热稳定剂(4-羟基十八烷酰替苯胺与亚磷酸三苯酯按1:1混合)混合均匀，在密炼机中熔融造粒，得到所需的阻燃母粒。

连续玄武岩纤维增强阻燃尼龙材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒与阻燃母粒按1:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为22.5％，双峰聚乙烯含量19.5％，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为2％，连续玄武岩纤维含量为25％，热稳定剂含量为1％，阻燃剂十溴二苯乙烷含量为22.5％，阻燃协效剂锑白含量为7.5％，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例3

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

同实施例1；

阻燃母粒的制备：

同实施例1；

连续玄武岩纤维增强阻燃尼龙材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒与阻燃母粒按3:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为37.5％，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为3％，连续玄武岩纤维含量为37.5％，热稳定剂含量为1％，阻燃剂十溴二苯乙烷含量为15.75％，阻燃协效剂锑白含量为5.25％，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例4

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

将54％的聚丙烯树脂K7760(熔融指数60g/10min)、5％的极性单体接枝聚合物型相容剂CA100(马来酸酐接枝聚丙烯)、1％热稳定剂(亚磷酸三苯酯与4-羟基十八烷酰替苯胺按3:1混合)混合均匀后，采用浸渍模头，将连续玄武岩纤维拉过浸渍模头，制备成连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒，连续玄武岩纤维的含量为40％。

阻燃母粒的制备：

同实施例2；

连续玄武岩纤维增强阻燃尼龙材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒与阻燃母粒按3:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为40.5％，双峰聚乙烯含量9.75％，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为3.75％，连续玄武岩纤维含量为30％，热稳定剂含量为1％，阻燃剂十溴二苯乙烷含量为11.25％，阻燃协效剂锑白含量为3.75％，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例5

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

同实施例4；

阻燃母粒的制备：

将27％线性低密度聚乙烯M500026(熔融指数40g/10min)、54％十溴二苯乙烷、18％锑白和1％热稳定剂(4-羟基十八烷酰替苯胺与亚磷酸三苯酯按1:1混合)混合均匀，在密炼机中熔融造粒，得到所需的阻燃母粒。

连续玄武岩纤维增强阻燃尼龙材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒与阻燃母粒按2:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为36％，聚乙烯含量9％，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为3.3％，连续玄武岩纤维含量为26.7％，热稳定剂含量为1％，阻燃剂十溴二苯乙烷含量为18％，阻燃协效剂锑白含量为6％，以上所述百分含量均为重量百分比。

实施例6

连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：

将40％的聚丙烯树脂HJ4045(熔融指数45g/10min)、2％的极性单体接枝聚合物型相容剂CA100(马来酸酐接枝聚丙烯)、1.5％热稳定剂(硫代二丙酸二月桂酯与4-羟基十八烷酰替苯胺按1:1混合)和1.5％润滑剂混合均匀后，采用浸渍模头，将55％连续玄武岩纤维拉过浸渍模头，制备成连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒，连续玄武岩纤维的含量为55％。

阻燃母粒的制备：

将35％聚丙烯PP 320粉(熔融指数37g/10min)、50％十溴二苯乙烷、14％锑白、0.5％热稳定剂(4-羟基十八烷酰替苯胺与亚磷酸三苯酯按1:1混合)和0.5％润滑剂混合均匀，在密炼机中熔融造粒，得到所需的阻燃母粒。

连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的制备：

将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒、阻燃母粒和聚丙烯树脂K1011按2:2:1混合，制得所需要的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料。在最终的复合材料中，聚丙烯含量为50％，极性单体接枝聚合物型相容剂含量为0.8％，连续玄武岩纤维含量为22％，热稳定剂含量为0.8％，阻燃剂十溴二苯乙烷含量为20％，阻燃协效剂锑白含量为5.6％，以上所述百分含量均为重量百分比。

上述各实施例所得材料的性能检测数据如表1所示，其中力学测试项目按照ISO标准进行，分别为：拉伸强度ISO 527-2，弯曲强度和弯曲模量ISO 178，缺口冲击强度ISO180/1A，阻燃性能UL94标准，且上述各实施例中所用热稳定剂和润滑剂均为本领域常用产品。

上述各实施例中未提及的操作方法及工艺条件等均为本领域技术人员所熟知的技术内容，本发明中不再赘述。

表1

Claims (6)

1.一种连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的制备：按连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒的总重量百分比计，将40～54wt.%聚丙烯树脂、2～5wt.%极性单体接枝聚合物型相容剂、适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂从双螺杆挤出机的喂料口加入，进行充分熔融并混合均匀，然后将40～55wt.%连续玄武岩纤维从专用模头中拉出后，依次经过水冷却、切粒机造粒，得到长度为5～12mm的连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒；

（2）阻燃母粒的制备：按阻燃母粒的总重量百分比计，将15～39wt.%聚烯烃树脂、45～63wt.%阻燃剂、14～21wt.%阻燃协效剂、适用量的热稳定剂和适用量的润滑剂加入密炼机的密炼室中混合均匀并熔融造粒，得阻燃母粒；

（3）将（1）中所得连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒、（2）中所得阻燃母粒、调解量的聚丙烯树脂按比例混合均匀后得到连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料，其中连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒占连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的40～75wt.%，阻燃母粒占连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的25～40wt.%，且连续玄武岩纤维占连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的20～37.5wt.%。

2.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述极性单体接枝聚合物型相容剂中的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物中的至少一种，所述极性单体为马来酸酐、丙烯酸和丙烯酸酯中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述极性单体接枝聚合物型相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。

4.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴联苯醚和十溴联苯中的至少一种，所述阻燃协效剂为锑白。

5.根据权利要求4所述的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述阻燃剂为十溴二苯乙烷。

6.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述阻燃母粒中的聚烯烃树脂为在2.16kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚丙烯、在1.90kg/230℃测试条件下熔融指数大于20g/10min的聚乙烯和分子量分布曲线呈现不少于两峰的聚乙烯中的至少一种。