CN103980617A - 一种家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料，属改性聚丙烯塑料领域，包括以下按重量份数计量的原料组成：高抗冲共聚聚丙烯树脂、溴系阻燃剂、三氧化二锑、阻燃协效剂、无碱连续长玻璃纤维、相容剂、增韧剂、润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂。本发明赋予玻纤增强阻燃聚丙烯材料较高的拉伸强度、弯曲模量、硬度的同时，还使得其兼顾了冲击强度好、成型收缩率小、不易老化等特点，同时，该材料的热变形温度大，高温条件下抗氧化性良好，阻燃UL94V-2和通过灼热丝GWIT：700/3.0，成本低廉，重量轻，可代替金属材料或工程塑料用于制作一些需要阻燃和耐高温的家电产品。

Description

一种家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

    本发明涉及一种阻燃聚丙烯村料，尤其涉及一种家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料及其制备方法。 

背景技术

聚丙烯由于具有优良的综合性能、良好的化学稳定性、较好的加工成型性能和相对低廉的价格等特点，被广泛运用于家电和车用领域。然而未经改性的聚丙烯存在拉伸强度、弯曲模量、硬度低，耐热性差，成型收缩大，易老化，易燃等缺点，严重影响了聚丙烯的使用范围。 

增强聚丙烯是聚丙烯与玻璃纤维或无机填料的混合物，玻璃纤维或无机填料提高了聚丙烯的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，大幅度提高了聚丙烯的热变形温度，玻纤增强阻燃聚丙烯是其中比较普遍的应用。 

另外，聚丙烯本身极为易燃，添加了玻璃纤维之后，阻燃性更差，而用于家电产品的聚丙烯，不仅要达到一定的力学性能，对阻燃性能和高温条件下的工作的稳定性也有较高的要求，所以对玻纤增强阻燃聚丙烯的阻燃改性具有非常重要的应用价值。 

传统的阻燃剂一般都是使用溴锑协效阻燃，通过溴锑的协效阻燃，使制件火焰滴灭或成碳而达到阻燃的效果，溴锑阻燃剂的应用广，阻燃性能稳定。用玻纤增强阻燃聚丙烯代替阻燃ABS和阻燃PBT用于家电和车用领域时，产品成本大幅度降低，性能优异。 

发明内容

本发明需解决的问题是通过提供一种家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料，并使该材料具有较高的拉伸强度、弯曲模量、硬度且其冲击性能好，成型收缩率小，不易老化，及该材料的热变形温度大，阻燃性性能达标。 

根据上述需解决的问题本发明采用了以下技术方案： 

    一种家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料，由以下按重量份数计量的原料组成：

高抗冲共聚聚丙烯树脂40~60份、无碱连续长玻璃纤维20~25份、溴系阻燃剂6~15份、三氧化二锑3~6份、阻燃协效剂2~5份、相容剂3~8份、增韧剂0~5份、润滑剂0.5份、紫外线吸收剂0.2份、抗氧剂0.3份；其中，所述高抗冲共聚聚丙烯为熔融指数为3~15g/10min、悬臂梁缺口冲击强度大于400J/m的共聚聚丙烯。所述的溴系阻燃剂为四溴双酚A双（2,3-二溴丙基）醚、十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、三（2，3-二溴丙基）异三聚氰酸酯的任一种或几种的组合。所述的三氧化二锑为纯度大于99.5%的三氧化二锑。所述的阻燃协效剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、MCA阻燃剂、硅系阻燃剂的任一种或几种的组合。

    其他的助剂还有，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或丙烯酸接枝聚丙烯；所述增韧剂为POE、EVA、EPR、SEBS和SBS中的任一种或几种的组合；所述润滑剂为硬脂酸、EBS、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硅酮粉中的任一种或几种的组合；所述紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-234、紫外线吸收剂UV-328和紫外线吸收剂UV-531的任一种或几种的组合；所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂245和抗氧剂1076中的任一种或几种的组合。所述助剂均为市购产品且在本行业内为普通技术人员所熟知，因而在此就不一一列举。 

     本发明还提出了上述家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤： 

1）将溴系阻燃剂、三氧化二锑、阻燃协效剂、增韧剂、相容剂、润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂按配比配制好后，在低速搅拌机中预混合1min；

2）将高抗冲共聚聚丙烯加入低速搅拌机中，并在低速搅拌机中与经步骤1）之后的物料混合1min，然后将物料从主喂料系统喂入到双螺杆挤出机中；

3）将无碱连续长玻璃纤维从双螺杆挤出机的加纤口加入双螺杆挤出机中；

    4）将经步骤3）之后的物料通过螺杆直径为30~75mm、长径比为36~44:1的双螺杆挤出机中进行混炼，双螺杆挤出机温度第一区为120~135℃、第二区~第四区为180~185℃、第五区~第十区为185~195℃，机头温度为200℃，同时通过水冷却后拉条、切粒，经振动筛分离出粒子，混合均匀后包装，即得。

本发明选用高抗冲共聚聚丙烯作为树脂基材，赋予了材料本身的基本抗冲击性能，使改性之后的成品不致于太脆，适用于生产一些需要抗冲的家电产品制件；其中低流动性能，在能保证产品顺利注塑成型的前提下，收缩率稍小，弯曲模量稍高。所述共聚聚丙烯即无规共聚物，它的高分子链的基本结构通过加进不同种类的单体分子加以改性——乙烯是最常用的单体，它引起聚丙烯物理性质的改变。与PP均聚物相比，无规共聚物改进了光学性能（增加了透明度并减少了浊雾），提升了抗冲击性能，增加了挠性，降低了熔化温度，从而也降低了热熔接温度，且在化学稳定性、水蒸汽隔离性能和器官感觉性能（低气味和味道）方面与均聚物基本相同。 

本发明选用溴锑阻燃体系，溴锑阻燃剂是使用得最为普遍的阻燃剂，添加量少，阻燃效果好且稳定。通过利用溴锑阻燃剂的协同作用，在聚丙烯受到高温燃烧时，生成SbBr₃，SbBr₃等沸点较高的挥发性气体，这种气体相对密度较高，能长时间停留在燃烧区内稀释可燃性气体，隔绝空气，起到阻燃作用；这种气体还能捕获具有燃烧性的游离基H·，HO·，CH₃等，起到抑制火焰作用。另外，SbBr₃可在火焰的上空凝结成液滴式固体微粒，其壁效应散射大量热量，使燃烧速度减缓或停止。还有报道称SbCl₃可进一步还原成金属锑，锑与聚合物脱HBr后形成的不饱和化合物反应，形成交联聚合物，提高了材料的热稳定性。添加阻燃协效剂，替代部分价格昂贵的三氧化二锑，在燃烧过程中与溴锑阻燃剂发挥协效作用，提高了阻燃性能，降低了材料成本。 

本发明使用的相容剂自身带有反应型基团，可改善玻璃纤维与聚丙烯树脂之间的相容性，提高产品的拉伸强度、弯曲强度和表面光洁度。增韧剂的添加，可在原有的基础上，提高玻纤增强阻燃聚丙烯的悬臂梁缺口冲击强度，使注塑出来的制件能够满足整机跌落试验而不致破裂；增韧剂可根据需求确定加与不加，不加就是0，韧性会差点。 

此外，本发明润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂的添加，可以进一步改善玻纤增强阻燃聚丙烯材料的加工性能，提高产品的耐热性和耐老化性，降低制件受紫外线的破环，保持产品的物理性能。 

总之，本发明赋予玻纤增强阻燃聚丙烯材料较高的拉伸强度、弯曲模量、硬度的同时，还使得其兼顾了抗冲击强度好、成型收缩率小、不易老化等特点，同时，该材料的热变形温度大，高温条件下抗氧化性良好，阻燃性好，灼热丝达到GWIT：700/3.0，成本低廉，重量轻，可代替金属材料或工程塑料用于制作小家电产品。 

具体实施方式

    本发明的基础方案是提供了一种家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料，由以下按重量份数计量的原料组成： 

高抗冲共聚聚丙烯树脂40~60份、无碱连续长玻璃纤维20~25份、溴系阻燃剂6~15份、三氧化二锑3~6份、阻燃协效剂2~5份、相容剂3~8份、增韧剂0~5份、润滑剂0.5份、紫外线吸收剂0.2份、抗氧剂0.3份；其中，所述高抗冲共聚聚丙烯为熔融指数为3~15g/10min、悬臂梁缺口冲击强度大于400J/m的共聚聚丙烯。所述的溴系阻燃剂为四溴双酚A双（2,3-二溴丙基）醚、十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、三（2，3-二溴丙基）异三聚氰酸酯的任一种或几种的组合。所述的三氧化二锑为纯度大于99.5%的三氧化二锑。所述的阻燃协效剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、MCA阻燃剂、硅系阻燃剂的任一种或几种的组合。

    其他的助剂还有，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或丙烯酸接枝聚丙烯；所述增韧剂为POE、EVA、EPR、SEBS和SBS中的任一种或几种的组合；所述润滑剂为硬脂酸、EBS、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硅酮粉中的任一种或几种的组合；所述紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-234、紫外线吸收剂UV-328和紫外线吸收剂UV-531的任一种或几种的组合；所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂245和抗氧剂1076中的任一种或几种的组合。所述助剂均为市购产品且在本行业内为普通技术人员所熟知，因而仅于实施例中适当选用（即性能相同和相近的助剂可根据实际情况相互替换），在此就不一一列举。 

     本发明还提出了上述家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤： 

1）将溴系阻燃剂、三氧化二锑、阻燃协效剂、增韧剂、相容剂、润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂按配比配制好后，在低速搅拌机中预混合1min；

2）将高抗冲共聚聚丙烯加入低速搅拌机中，并在低速搅拌机中与经步骤1）之后的物料混合1min，然后将物料从主喂料系统喂入到双螺杆挤出机中；

3）将无碱连续长玻璃纤维从双螺杆挤出机的加纤口加入双螺杆挤出机中；

    4）将经步骤3）之后的物料通过螺杆直径为30~75mm、长径比为36~44:1的双螺杆挤出机中进行混炼，双螺杆挤出机温度第一区为120~135℃、第二区~第四区为180~185℃、第五区~第十区为185~195℃，机头温度为200℃，同时通过水冷却后拉条、切粒，经振动筛分离出粒子，混合均匀后包装，即得。

下面结合实施例对本发明作进一步详述。 

实施例1 

本实施例家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料由以下按重量份数计量的原料组成：

高抗冲共聚聚丙烯树脂40份、无碱连续长玻璃纤维20份、溴系阻燃剂6份、三氧化二锑3份、阻燃协效剂2份、相容剂3份、增韧剂0份、润滑剂0.5份、紫外线吸收剂0.2份、抗氧剂0.3份。

实施例2 

本实施例家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料由以下按重量份数计量的原料组成：

高抗冲共聚聚丙烯树脂43份、无碱连续长玻璃纤维21份、溴系阻燃剂8份、三氧化二锑2.7份、阻燃协效剂2.7份、相容剂4份、增韧剂1份、润滑剂0.5份、紫外线吸收剂0.2份、抗氧剂0.3份。

实施例3 

本实施例家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料由以下按重量份数计量的原料组成：

高抗冲共聚聚丙烯树脂47份、无碱连续长玻璃纤维22份、溴系阻燃剂10份、三氧化二锑3.5份、阻燃协效剂3.5份、相容剂5份、增韧剂2份、润滑剂0.5份、紫外线吸收剂0.2份、抗氧剂0.3份。

实施例4 

本实施例家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料由以下按重量份数计量的原料组成：

高抗冲共聚聚丙烯树脂53份、无碱连续长玻璃纤维23份、溴系阻燃剂12份、三氧化二锑4.2份、阻燃协效剂4份、相容剂6份、增韧剂4份、润滑剂0.5份、紫外线吸收剂0.2份、抗氧剂0.3份。

实施例5 

本实施例家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料由以下按重量份数计量的原料组成：

高抗冲共聚聚丙烯树脂60份、无碱连续长玻璃纤维25份、溴系阻燃剂15份、三氧化二锑6份、阻燃协效剂5份、相容剂8份、增韧剂5份、润滑剂0.5份、紫外线吸收剂0.2份、抗氧剂0.3份。

对比例是在实施例1的基础上去掉各阻燃剂成分，对比例2是在实施例1的基础上去掉玻璃纤维。实施例1~5和对比例1~2所得的家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料均是采用以下方法制备得到，该方法包括以下具体步骤： 

1）将溴系阻燃剂、三氧化二锑、阻燃协效剂、增韧剂、相容剂、润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂按配比配制好后，在低速搅拌机中预混合1min；

2）将高抗冲共聚聚丙烯加入低速搅拌机中，并在低速搅拌机中与经步骤1）之后的物料混合1min，然后将物料从主喂料系统喂入到双螺杆挤出机中；

3）将无碱连续长玻璃纤维从双螺杆挤出机的加纤口加入双螺杆挤出机中；

4）将经步骤3）之后的物料通过螺杆直径为30~75mm、长径比为36~44：1的双螺杆挤出机中进行混炼，双螺杆挤出机温度为：第一区为120~135℃，第二区~第四区为180~185℃，第五区~第十区为185~195℃，机头温度为200℃，同时通过水冷却后拉条、切粒，经振动筛分离出粒子，混合均匀后包装，得到一种家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料。

其中，双螺杆挤出机造粒工艺时各区的温度如表1所示： 

表1 双螺杆挤出机造粒工艺时各区的温度

对实施例1~5及对比例1~2所得的家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料的性能进行测试，并采用CG110E卧式注射机注射成型标准试样，成型工艺条件：注射温度（加料口）170/175/185/180℃（喷嘴）；注射压力60MPa，保压时间8s；冷却时间8s。各项性能的测试方法如下：

拉伸强度：按照ASTM D-638标准进行测试；

弯曲强度和弯曲模量：按照ASTM D-790标准进行测试；

缺口冲击性能：按照ASTM D-256标准进行测试；

热变形温度：按ASTM D-648标准进行测试；

阻燃测试：按UL 94标准进行测试；

灼热丝测试：按IEC 60695-2-12/IEC 60695-2-13标准进行测试；

测试结果如表2所示：

表2：玻纤增强阻燃聚丙烯塑料的性能

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1	对比例2
								高抗冲共聚聚丙烯树脂	40	43	47	53	60	69	73
无碱连续长玻璃纤维	20	21	22	23	25	20	0
								溴系阻燃剂	6	8	10	12	15	0	10
三氧化二锑	3	2.7	3.5	4.2	6	0	3
								阻燃协效剂	2	2.7	3.5	4	5	0	3
相容剂	3	4	5	5	8	5	5
								增韧剂	0	1	2	4	5	5	5
润滑剂	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
								紫外线吸收剂	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
抗氧剂	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
								拉伸强度（MPa）	52	61	53	63	52	50	32
弯曲强度（MPa）	70	81	75	84	72	67	35
								弯曲模量（MPa）	3123	3574	3356	3711	3256	3205	1236
悬臂梁缺口冲击强度（J/m）	132	126	88	96	135	148	181
								热变形温度（0.46MPa）/℃	151	163	154	164	153	147	95
UL 94 V-2（0.8mm）	合格	合格	合格	合格	合格	不合格	合格
								UL 94 V-2（3.2mm）	合格	不合格	合格	不合格	合格	不合格	合格
灼热丝（GWIT:700/3.0）	合格	合格	合格	合格	合格	不合格	不合格
								灼热丝（GWFI:850/3.0）	合格	合格	合格	合格	合格	不合格	合格

由表2可知，本发明家电产品用的玻纤增强阻燃聚丙烯材料的拉伸强度比聚丙烯树脂提高1～3倍，弯曲模量提高2～4倍，添加增韧剂之后，冲击强度提高0.5～1.5倍，热变形温度也大幅度上升，而且还赋予了增强聚丙烯的阻燃性。另外，产品的尺寸稳定性，耐挠曲性好，可代替金属材料或工程塑料在家电产品等电器产品领域的材料中应用。

根据以上说明书中的阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1. 一种家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料，由以下按重量份数计量的原料组成：

高抗冲共聚聚丙烯树脂40~60份、无碱连续长玻璃纤维20~25份、溴系阻燃剂6~15份、三氧化二锑3~6份、阻燃协效剂2~5份、相容剂3~8份、增韧剂0~5份、润滑剂0.5份、紫外线吸收剂0.2份、抗氧剂0.3份；

其中，所述高抗冲共聚聚丙烯为熔融指数为3~15g/10min、悬臂梁缺口冲击强度大于400J/m的共聚聚丙烯。

2. 根据权利要求1所述的家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的溴系阻燃剂为四溴双酚A双（2,3-二溴丙基）醚、十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、三（2，3-二溴丙基）异三聚氰酸酯的任一种或几种的组合。

3. 根据权利要求1所述的家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的三氧化二锑为纯度大于99.5%的三氧化二锑。

4. 根据权利要求1所述的家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的阻燃协效剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、MCA阻燃剂、硅系阻燃剂的任一种或几种的组合。

5. 根据权利要求1所述的家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或丙烯酸接枝聚丙烯；

所述增韧剂为POE、EVA、EPR、SEBS和SBS中的任一种或几种的组合；

所述润滑剂为硬脂酸、EBS、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硅酮粉中的任一种或几种的组合；

所述紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-234、紫外线吸收剂UV-328和紫外线吸收剂UV-531的任一种或几种的组合；

所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂245和抗氧剂1076中的任一种或几种的组合。

6. 一种根据权利要求1至5中任一项所述的家电产品用玻纤增强阻燃聚丙烯材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1）将溴系阻燃剂、三氧化二锑、阻燃协效剂、增韧剂、相容剂、润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂按配比配制好后，在低速搅拌机中预混合1min；

2）将高抗冲共聚聚丙烯加入低速搅拌机中，并在低速搅拌机中与经步骤1）之后的物料混合1min，然后将物料从主喂料系统喂入到双螺杆挤出机中；

3）将无碱连续长玻璃纤维从双螺杆挤出机的加纤口加入双螺杆挤出机中；

    4）将经步骤3）之后的物料通过螺杆直径为30~75mm、长径比为36~44:1的双螺杆挤出机中进行混炼，双螺杆挤出机温度第一区为120~135℃、第二区~第四区为180~185℃、第五区~第十区为185~195℃，机头温度为200℃，同时通过水冷却后拉条、切粒，经振动筛分离出粒子，混合均匀后包装，即得。