本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體一種PP復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
長玻璃纖維增強粒料指的是纖維單向排布的粒料,其纖維長度與粒料長度相等,一般大于5mm。在國內(nèi)，長玻纖的研究仍處于起步階段，長玻纖一般用于改善高分子材料的力學(xué)性能。聚丙烯樹脂（PP）是一種用途廣泛的通用塑料，由丙烯單體聚合制得，聚丙烯樹脂的優(yōu)點在于密度低、價格便宜，并具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、較好的機械性能、突出的耐折疊性和良好的成型加工性能。作為典型的結(jié)晶型材料，其熔點在 165℃附近。
長玻纖增強 PP 材料是具有高強度，高抗沖擊性能，尺寸穩(wěn)定好，是一種“強而韌”的材料，PP在添加玻璃纖維增強后，大大提高其機械性能、耐熱型和尺寸穩(wěn)定性。在實際應(yīng)用中可以以塑代鋼和取代增強工程塑料，滿足輕武器包裝箱、汽車領(lǐng)域、家電等領(lǐng)域使用要求?，F(xiàn)有的 PP 聚合物通常阻燃性能較差，安全性低，限制了其在許多領(lǐng)域的應(yīng)用；例如在照明設(shè)備/汽車構(gòu)造中的應(yīng)用，PP聚合物必須滿足非?？量痰姆阑饦?biāo)準(zhǔn)，為此只能通過加入阻燃劑來增強產(chǎn)品的阻燃性能。同時，用長玻纖增強PP時，由于長玻纖的“燈芯效應(yīng)”，更是促進了 PP樹脂的燃燒?，F(xiàn)有的PP、長玻纖產(chǎn)品為了達(dá)到較好的阻燃效果，均在其原料中添加溴、氯等鹵素阻燃劑，雖然阻燃效果優(yōu)秀，但是燃燒時會產(chǎn)生煙霧大、毒性強的鹵化氫和其它含鹵有機物，且燃燒時會產(chǎn)生二噁英，對人體危害極大。眾所周知，鹵系阻燃劑阻燃的材料在燃燒時會產(chǎn)生大量有毒、有腐蝕性的煙霧，對環(huán)境、模具有污染、腐蝕作用，在許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)遭到禁用 ；大多數(shù)無鹵阻燃劑雖然效果不錯，但由于成本太高，使其很難在國內(nèi)推廣使用。此外，這些阻燃劑對長玻纖的“燈芯效應(yīng)”并無實質(zhì)的緩解效果，且對高溫不耐受，在高溫下容易分解而失效，無法從根本上解決長玻纖PP復(fù)合材料防火性能差的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明公開一種無鹵素、阻燃性能優(yōu)良的長玻纖PP復(fù)合材料。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種PP復(fù)合材料，其原料按重量計包括：
無堿長玻纖 15-25份；
PP 60-75份；
相容劑 2-7份；
抗氧劑 0.2-0.7份；
阻燃劑 0.13-1.09份
所述無堿連續(xù)玻纖長度為8-15mm，直徑為11-20μm；所述阻燃劑其原料按重量計包括對硝基芐醇2-5份、硼酸鋅3-7份、聚丙烯酸鉀0.02-0.06份。
所述PP可選用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。所述相容劑、抗氧劑均可選用任一種適合PP樹脂的現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。本發(fā)明特別設(shè)計一種阻燃劑，其包含適量的對硝基芐醇、硼酸鋅、聚丙烯酸鉀。對硝基芐醇，又名對硝基芐醇丙二酸單酯、4-硝基苯甲醇、對硝基苯甲醇，白色或淡黃色晶體。熔點 93~96℃，沸點185℃/1600Pa（12mmHg）。易溶于乙醇、乙醚，微溶于冷水，在25℃水中溶解度1%，100℃水中溶解度10%，常用于化工領(lǐng)域。硼酸鋅是一種環(huán)保型的非鹵素阻燃劑，無毒、低水溶性、高熱穩(wěn)定性、粒度小、比重小、分散性好等特點，作為一種高效阻燃劑被廣泛應(yīng)用在塑料、橡膠、涂料等領(lǐng)域。聚丙烯酸鉀為市售產(chǎn)品。發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，向長玻纖PP復(fù)合材料中添加聚丙烯酸鉀、對硝基芐醇、硼酸鋅時可以有效提高產(chǎn)品的阻燃性能，在高溫下復(fù)合材料仍不發(fā)生燃燒。尤其是，上述阻燃劑可以有效抑制復(fù)合材料在燃燒時滴落。所述無堿連續(xù)玻纖優(yōu)選長度為8-15mm，直徑為11-20μm。本發(fā)明的阻燃劑對上述規(guī)格的長玻纖效果最為明顯。
進一步的，所述相容劑為ABS相容劑、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。
上述相容劑和抗氧劑均為市售產(chǎn)品。
優(yōu)選的，所述PP復(fù)合材料還包括按重量計0.2-0.3份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計2-3份的硫酸鈉、0.1-0.3份磷酸氫二鈉以及2-3份3wt%濃度的鹽酸。
長玻纖PP復(fù)合材料在注塑時，由于模具的低溫、PP和長玻纖的流動性、密度差異，長玻纖容易與PP分離，導(dǎo)致成型的產(chǎn)品表面浮纖長玻纖，影響產(chǎn)品外觀的同時，由于產(chǎn)品表面的長玻纖聚集而硬脆、易碎，而產(chǎn)品內(nèi)部長玻纖濃度低而容易受力變形。因此本發(fā)明特別添加熱塑穩(wěn)定劑，在本發(fā)明長玻纖PP復(fù)合材料注塑時維持長玻纖、PP混合體系的穩(wěn)定性，防止熔融狀態(tài)下長玻纖與PP分層，確保注塑產(chǎn)品的外觀光滑和具備良好的力學(xué)性能。以上效果有硫酸鈉、磷酸氫二鈉和鹽酸協(xié)效產(chǎn)生。
本發(fā)明同時提供一種制備所述PP復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：
a.制備阻燃劑：將對硝基芐醇、硼酸鋅、聚丙烯酸鉀采用水浴加熱至80攝氏度，保溫120min；
b. 熱塑穩(wěn)定劑的制備：將所述硫酸鈉、磷酸氫二鈉和鹽酸混合，加熱至50℃并保持20min；
c. 按設(shè)定重量份將PP、阻燃劑、相容劑、抗氧劑、熱塑穩(wěn)定劑加入高速混合器混合均勻后加熱至 100 ～ 110℃后冷卻至 35 ～ 40℃，然后加入設(shè)定重量份的無堿長玻纖，經(jīng)混煉、成型處理制得長玻纖增強PP復(fù)合材料。
以上阻燃劑、熱塑穩(wěn)定劑的制備方法，有利于提高相容劑、熱塑穩(wěn)定劑效用的發(fā)揮。本發(fā)明未詳細(xì)說明的技術(shù)特征，均可選用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。
本發(fā)明特別設(shè)計一種阻燃劑添加至長玻纖PP復(fù)合材料中，其包含適量的對硝基芐醇、硼酸鋅、聚丙烯酸鉀，可以有效提高產(chǎn)品的阻燃性能，在高溫下復(fù)合材料仍不發(fā)生燃燒、滴落，有效消除長玻纖的“燈芯效應(yīng)”。本發(fā)明同時提供一種可進一步提高長玻纖PP復(fù)合材料阻燃性能的制備方法。由于具備優(yōu)秀的力學(xué)性能和阻燃性能，本發(fā)明提供的長玻纖PP復(fù)合材料尤其適用于制備汽車零部件、電子產(chǎn)品原件等。
具體實施方式
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述：
實施例1
本實施例提供一種PP復(fù)合材料，其原料按重量計包括：
無堿長玻纖 22份；
PP 69份；
相容劑 4份；
抗氧劑 0.5份；
阻燃劑 0.89份；
所述無堿連續(xù)玻纖長度為12mm，直徑為16μm；所述阻燃劑其原料按重量計包括對硝基芐醇4份、硼酸鋅3份、聚丙烯酸鉀0.05份。
進一步的，所述相容劑為ABS相容劑、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。
更進一步的，所述PP復(fù)合材料還包括按重量計0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計2份的硫酸鈉、0.2份磷酸氫二鈉以及2份3wt%濃度的鹽酸。
本實施例同時提供一種制備如上述PP復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：
a.制備阻燃劑：將對硝基芐醇、硼酸鋅、聚丙烯酸鉀采用水浴加熱至80攝氏度，保溫120min；
b. 熱塑穩(wěn)定劑的制備：將所述硫酸鈉、磷酸氫二鈉和鹽酸混合，加熱至50℃并保持20min；
c. 按設(shè)定重量份將PP、阻燃劑、相容劑、抗氧劑、熱塑穩(wěn)定劑加入高速混合器混合均勻后加熱至 110℃后冷卻至 35℃，然后加入設(shè)定重量份的無堿長玻纖，經(jīng)混煉、成型處理制得長玻纖增強PP復(fù)合材料。
實施例2
本實施例提供一種PP復(fù)合材料，其原料按重量計包括：
無堿長玻纖 15份；
PP 75份；
相容劑 2份；
抗氧劑 0.7份；
阻燃劑 1.09份；
所述無堿連續(xù)玻纖長度為8mm，直徑為20μm；所述阻燃劑其原料按重量計包括對硝基芐醇2份、硼酸鋅7份、聚丙烯酸鉀0.02份。
進一步的，所述相容劑為ABS相容劑、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。
更進一步的，所述PP復(fù)合材料還包括按重量計0.3份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計2份的硫酸鈉、0.3份磷酸氫二鈉以及2份3wt%濃度的鹽酸。
本實施例采用實施例1的方法制得。
實施例3
本實施例提供一種PP復(fù)合材料，其原料按重量計包括：
無堿長玻纖 25份；
PP 60份；
相容劑 7份；
抗氧劑 0.2份；
阻燃劑 1.09份；
所述無堿連續(xù)玻纖長度為8mm，直徑為20μm；所述阻燃劑其原料按重量計包括對硝基芐醇2份、硼酸鋅7份、聚丙烯酸鉀0.02份。
進一步的，所述相容劑為ABS相容劑、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。
更進一步的，所述PP復(fù)合材料還包括按重量計0.3份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計2份的硫酸鈉、0.3份磷酸氫二鈉以及2份3wt%濃度的鹽酸。
本實施例采用現(xiàn)有技術(shù)的共混法，將各種原料混合后混煉制得。
實施例4
本實施例提供一種PP復(fù)合材料，其原料按重量計包括：
無堿長玻纖 19份；
PP 69份；
相容劑 5份；
抗氧劑 0.5份；
阻燃劑 0.8份；
所述無堿連續(xù)玻纖長度為12mm，直徑為15μm；所述阻燃劑其原料按重量計包括對硝基芐醇3份、硼酸鋅5份、聚丙烯酸鉀0.04份。
進一步的，所述相容劑為ABS相容劑、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。
本實施例采用現(xiàn)有技術(shù)的共混法，將各種原料混合后混煉制得。
對比例1
本對比例提供PP復(fù)合材料，其原料按重量計包括：
無堿長玻纖 22份；
PP 69份；
相容劑 4份；
抗氧劑 0.5份；
阻燃劑 0.89份；
所述無堿連續(xù)玻纖長度為12mm，直徑為16μm；所述阻燃劑其原料按重量計包括對硝基芐醇4份。
進一步的，所述相容劑為ABS相容劑、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。
更進一步的，所述PP復(fù)合材料還包括按重量計0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計2份的硫酸鈉、2份3wt%濃度的鹽酸。
對比例2
本實施例提供一種PP復(fù)合材料，其原料按重量計包括：
無堿長玻纖 22份；
PP 69份；
相容劑 4份；
抗氧劑 0.5份；
阻燃劑 0.89份；
所述無堿連續(xù)玻纖長度為10mm，直徑為15μm；所述阻燃劑其原料按重量計包括硼酸鋅4份、聚丙烯酸鉀0.04份。
進一步的，所述相容劑為ABS相容劑、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。
更進一步的，所述PP復(fù)合材料還包括按重量計0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計0.2份磷酸氫二鈉以及2份3wt%濃度的鹽酸。
復(fù)合材料的力學(xué)性能通過測試所得的拉伸強度判斷，材料的抗沖擊性通過兩種方法表征，一種是通過測試材料的缺口沖擊強度和無缺口沖擊強度表征，另一種是通過把材料制成150mm*150mm*3mm的方板，把方板通過支撐物架住，用0.5KG的圓球從不同的高度自由落體撞擊到方板上，觀察方板在多少高度出現(xiàn)裂紋。復(fù)合材料的浮纖情況是通過在表面進行拋光處理的模具上把材料制成方板，通過二次原相儀對表面進行觀察。
對實施例1-4和對比例1-2進行拉伸強度、沖擊性能和表面浮纖情況進行測定，其測試結(jié)果見表1。
表1.
注塑測試。
將長玻纖PP復(fù)合材料采用現(xiàn)有技術(shù)進行注塑，成型為30cm×30cm×30cm的方塊，觀察其表面浮纖情況。在方塊的6個表面切割出30cm×30cm×2cm的表皮，并獲得一切去表皮的小方塊；測試表皮和小方塊的密度差率。密度差率ρ=（ρ表皮-ρ小方塊）×100%。其結(jié)果如表2所示。
表2.
將長玻纖PP復(fù)合材料制備為長徑比為 10:0.9 的條狀體，采用酒精噴燈將上述條狀體加熱到不同溫度，觀察燃燒情況。當(dāng)條狀體燃燒后，在其下方放置干燥的全脂棉花，觀察低落的物質(zhì)能否點燃棉花。
結(jié)果如表3。
表3.
以上為本發(fā)明的其中具體實現(xiàn)方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些顯而易見的替換形式均屬于本發(fā)明的保護范圍。