本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體一種無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)粒料指的是纖維單向排布的粒料,其纖維長(zhǎng)度與粒料長(zhǎng)度相等,一般大于5mm。在國(guó)內(nèi)，長(zhǎng)玻纖的研究仍處于起步階段，長(zhǎng)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(diǎn)在于密度低、價(jià)格便宜，并具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、較好的機(jī)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(diǎn)在 165℃附近。

長(zhǎng)玻纖增強(qiáng) PP 材料是具有高強(qiáng)度，高抗沖擊性能，尺寸穩(wěn)定好，是一種“強(qiáng)而韌”的材料，PP在添加玻璃纖維增強(qiáng)后，大大提高其機(jī)械性能、耐熱型和尺寸穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中可以以塑代鋼和取代增強(qiáng)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(guò)加入阻燃劑來(lái)增強(qiáng)產(chǎn)品的阻燃性能。同時(shí)，用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP時(shí)，由于長(zhǎng)玻纖的“燈芯效應(yīng)”，更是促進(jìn)了 PP樹脂的燃燒?，F(xiàn)有的PP、長(zhǎng)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(shí)會(huì)產(chǎn)生煙霧大、毒性強(qiáng)的鹵化氫和其它含鹵有機(jī)物，且燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生二噁英，對(duì)人體危害極大。眾所周知，鹵系阻燃劑阻燃的材料在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量有毒、有腐蝕性的煙霧，對(duì)環(huán)境、模具有污染、腐蝕作用，在許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)遭到禁用 ；大多數(shù)無(wú)鹵阻燃劑雖然效果不錯(cuò)，但由于成本太高，使其很難在國(guó)內(nèi)推廣使用。此外，這些阻燃劑對(duì)長(zhǎng)玻纖的“燈芯效應(yīng)”并無(wú)實(shí)質(zhì)的緩解效果，且對(duì)高溫不耐受，在高溫下容易分解而失效，無(wú)法從根本上解決長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料防火性能差的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明公開一種無(wú)鹵素、阻燃性能優(yōu)良、高韌性的長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無(wú)堿長(zhǎng)玻纖 22-31份；

PP 71-83份；

相容劑 6-11份；

抗氧劑 0.9-0.11份；

阻燃劑 0.13-1.18份

所述無(wú)堿連續(xù)玻纖長(zhǎng)度為6-12mm，直徑為3-9μm；所述阻燃劑其原料按重量計(jì)包括偏苯三酸三辛酯7-11份、丙三醇3-8份、二氧化硅0.01-0.07份；所述相容劑為聚乙烯吡咯烷酮。

所述聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)簡(jiǎn)稱PVP，是一種非離子型高分子化合物，是N-乙烯基酰胺類聚合物中最具特色，且被研究得最深、廣泛的精細(xì)化學(xué)品品種。聚乙烯吡咯烷酮極易溶于水及含鹵代烴類溶劑、醇類、胺類、硝基烷烴及低分子脂肪酸等,不溶于丙酮、乙醚、松節(jié)油、脂肪烴和脂環(huán)烴等少數(shù)溶劑。能與多數(shù)無(wú)機(jī)酸鹽、多種樹脂相容。所述相容劑能夠有效增強(qiáng)PP的表面吸附能力，使無(wú)堿長(zhǎng)玻纖更加均勻的分散與PP中，使無(wú)堿長(zhǎng)玻纖與PP的交聯(lián)復(fù)合作用顯著增強(qiáng)，有效提高復(fù)合材料的韌性。

所述PP可選用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。所述抗氧劑均可選用任一種適合PP樹脂的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明特別設(shè)計(jì)一種阻燃劑，其包含適量的偏苯三酸三辛酯、丙三醇、二氧化硅。偏苯三酸三辛酯，常用于有機(jī)合成的原料。丙三醇是甘油三酯分子的骨架成分，是常用的有機(jī)溶劑。二氧化硅為市售產(chǎn)品。發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，向長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料中添加二氧化硅、偏苯三酸三辛酯、丙三醇時(shí)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(shí)滴落。所述無(wú)堿連續(xù)玻纖優(yōu)選長(zhǎng)度為6-12mm，直徑為3-9μm。本發(fā)明的阻燃劑對(duì)上述規(guī)格的長(zhǎng)玻纖效果最為明顯。

進(jìn)一步的，所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。

上述抗氧劑為市售產(chǎn)品。

優(yōu)選的，所述無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)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(jì)1-3份的硫酸鈉、0.1-0.4份石蠟以及2-3份3wt%濃度的酒石酸。

長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料在注塑時(shí)，由于模具的低溫、PP和長(zhǎng)玻纖的流動(dòng)性、密度差異，長(zhǎng)玻纖容易與PP分離，導(dǎo)致成型的產(chǎn)品表面浮纖長(zhǎng)玻纖，影響產(chǎn)品外觀的同時(shí)，由于產(chǎn)品表面的長(zhǎng)玻纖聚集而硬脆、易碎，而產(chǎn)品內(nèi)部長(zhǎng)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(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料注塑時(shí)維持長(zhǎng)玻纖、PP混合體系的穩(wěn)定性，防止熔融狀態(tài)下長(zhǎng)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、石蠟和酒石酸協(xié)效產(chǎn)生。

本發(fā)明同時(shí)提供一種制備所述無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

a.制備阻燃劑：將偏苯三酸三辛酯、丙三醇、二氧化硅采用水浴加熱至65攝氏度，保溫85min；

b. 熱塑穩(wěn)定劑的制備：將所述硫酸鈉、石蠟和酒石酸混合，加熱至65℃并保持15min；

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(wú)堿長(zhǎng)玻纖，經(jīng)混煉、成型處理制得長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)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(shuō)明的技術(shù)特征，均可選用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明特別設(shè)計(jì)一種阻燃劑添加至長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料中，其包含適量的偏苯三酸三辛酯、丙三醇、二氧化硅，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(zhǎng)玻纖的“燈芯效應(yīng)”。本發(fā)明同時(shí)提供一種可進(jìn)一步提高長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)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(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無(wú)堿長(zhǎng)玻纖 25份；

PP 76份；

相容劑 8份；

抗氧劑 1.0份；

阻燃劑 0.15份；

所述無(wú)堿連續(xù)玻纖長(zhǎng)度為10mm，直徑為7μm；所述阻燃劑其原料按重量計(jì)包括偏苯三酸三辛酯9份、丙三醇5份、二氧化硅0.05份。

進(jìn)一步的，所述相容劑為聚乙烯吡咯烷酮、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。

更進(jìn)一步的，所述無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)2份的硫酸鈉、0.3份石蠟以及3份3wt%濃度的酒石酸。

本實(shí)施例同時(shí)提供一種制備如上述無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

a.制備阻燃劑：將偏苯三酸三辛酯、丙三醇、二氧化硅采用水浴加熱至65攝氏度，保溫85min；

b. 熱塑穩(wěn)定劑的制備：將所述硫酸鈉、石蠟和酒石酸混合，加熱至65℃并保持15min；

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(wú)堿長(zhǎng)玻纖，經(jīng)混煉、成型處理制得長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無(wú)堿長(zhǎng)玻纖 22份；

PP 71份；

相容劑 6份；

抗氧劑 0.11份；

阻燃劑 0.18份；

所述無(wú)堿連續(xù)玻纖長(zhǎng)度為10mm，直徑為7μm；所述阻燃劑其原料按重量計(jì)包括偏苯三酸三辛酯9份、丙三醇5份、二氧化硅0.05份。

進(jìn)一步的，所述相容劑為聚乙烯吡咯烷酮、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。

更進(jìn)一步的，所述無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)2份的硫酸鈉、0.3份石蠟以及3份3wt%濃度的酒石酸。

本實(shí)施例采用實(shí)施例1的方法制得。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無(wú)堿長(zhǎng)玻纖 31份；

PP 83份；

相容劑 11份；

抗氧劑 0.9份；

阻燃劑 0.13份；

所述無(wú)堿連續(xù)玻纖長(zhǎng)度為6mm，直徑為3μm；所述阻燃劑其原料按重量計(jì)包括偏苯三酸三辛酯7份、丙三醇3份、二氧化硅0.01份。

進(jìn)一步的，所述相容劑為聚乙烯吡咯烷酮、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。

更進(jìn)一步的，所述無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.3份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)1份的硫酸鈉、0.4份石蠟以及2份3wt%濃度的酒石酸。

本實(shí)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(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無(wú)堿長(zhǎng)玻纖 25份；

PP 78份；

相容劑 9份；

抗氧劑 0.1份；

阻燃劑 0.14份；

所述無(wú)堿連續(xù)玻纖長(zhǎng)度為10mm，直徑為9μm；所述阻燃劑其原料按重量計(jì)包括偏苯三酸三辛酯11份、丙三醇8份、二氧化硅0.07份。

進(jìn)一步的，所述相容劑為聚乙烯吡咯烷酮、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。

本實(shí)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(duì)比例1

本實(shí)施例提供一種無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無(wú)堿長(zhǎng)玻纖 25份；

PP 76份；

相容劑 8份；

抗氧劑 1.0份；

阻燃劑 0.15份；

所述無(wú)堿連續(xù)玻纖長(zhǎng)度為10mm，直徑為7μm；所述阻燃劑其原料按重量計(jì)包括偏苯三酸三辛酯9份、二氧化硅0.05份。

進(jìn)一步的，所述相容劑為聚乙烯吡咯烷酮、所述抗氧劑為抗氧劑1010或抗氧劑168。

更進(jìn)一步的，所述無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)2份的硫酸鈉、3份3wt%濃度的酒石酸。

對(duì)比例2

本實(shí)施例提供一種無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無(wú)堿長(zhǎng)玻纖 25份；

PP 76份；

相容劑 8份；

抗氧劑 1.0份；

阻燃劑 0.15份；

所述無(wú)堿連續(xù)玻纖長(zhǎng)度為10mm，直徑為7μm；所述阻燃劑其原料按重量計(jì)包括偏苯三酸三辛酯9份、丙三醇5份、二氧化硅0.05份。

進(jìn)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(jìn)一步的，所述無(wú)鹵阻燃長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)2份的硫酸鈉、0.3份石蠟以及3份3wt%濃度的酒石酸。

復(fù)合材料的力學(xué)性能通過(guò)測(cè)試所得的拉伸強(qiáng)度判斷，材料的抗沖擊性通過(guò)兩種方法表征，一種是通過(guò)測(cè)試材料的缺口沖擊強(qiáng)度和無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度表征，另一種是通過(guò)把材料制成150mm*150mm*3mm的方板，把方板通過(guò)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(guò)在表面進(jìn)行拋光處理的模具上把材料制成方板，通過(guò)二次原相儀對(duì)表面進(jìn)行觀察。

對(duì)實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-2進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、沖擊性能和表面浮纖情況進(jìn)行測(cè)定，其測(cè)試結(jié)果見表1。

表1

注塑測(cè)試。

將長(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)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(gè)表面切割出30cm×30cm×2cm的表皮，并獲得一切去表皮的小方塊；測(cè)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(zhǎng)玻纖PP復(fù)合材料制備為長(zhǎng)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(diǎn)燃棉花。

結(jié)果如表3。

表3

以上為本發(fā)明的其中具體實(shí)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(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(jìn)，這些顯而易見的替換形式均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。