一种连续玄武岩纤维增强阻燃型pp母粒的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料改性领域，涉及一种高纤维含量的、连续玄武岩纤维增强的、阻燃 型的PP母粒。
【背景技术】
[0002] 玄武岩纤维，是玄武岩石料在1450°C~1500°C熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高 速拉制而成的连续纤维。类似于玻璃纤维，其性能介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤 维之间，纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色，有些似金色。玄武岩纤维是一种新出现的 新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛 等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过漏板快速拉制而成的。玄武岩连续纤维不 仅稳定性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩 纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任 何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。
[0003] 玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维（UHMffPE)等高技术纤维相 比，除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外，玄武岩纤维还具有耐高温性佳、抗氧化、 抗辐射、绝热隔音、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 展需求的新的基础材料和高技术纤维。
[0004] 玄武岩纤维无捻粗纱，是用多股平行原丝或单股平行原丝在不加捻的状态下并合 而成的玄武岩纤维制品，该粗纱表面经过硅烷偶联剂处理，对PP具有一定的亲和能力。
[0005]PP(聚丙烯），是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。按甲基排列位置分为等规 聚丙稀（isotacticpolyprolene)、无规聚丙稀（atacticpolypropylene)和间规聚丙稀 (syndiotacticpolypropylene)三种。
[0006] 聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。 由于结构规整而高度结晶化，故熔点可高达167°c。耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突 出优点。密度小，是最轻的通用塑料。
[0007] 在材料改性中，短切玻纤、连续玻纤均可以增强PP并已经有了成熟应用，其中长 玻纤增强PP比以往的额短玻纤增强PP，在力学性能方面有了很多提高，但是玻纤增强PP 仍然存在模量偏低、耐温性偏低及阻燃效果不够理想等情况，以至于在一些耐热、模量、阻 燃要求高的场合，应用仍然受到限制。
【发明内容】
[0008] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高纤维含量的连续 玄武岩纤维增强阻燃型PP母粒的制备方法。
[0009] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种高纤维含量的连续玄武岩纤 维增强阻燃型PP母粒的制备方法，其制备步骤如下：
[0010] a、按照质量百分含量称职以下组分：玄武岩纤维：55_60%、均聚PP:25_40%、马 来酸酐接枝PP:2-6%、纳米石墨烯：0. 1-1 %、磷酸盐助剂：0. 1-1 %、铝锆偶联剂：0. 1-2%、 氢氧化铝：0.1-6%、分子筛：0.1-3%、黑色母：0.1-1% ;
[0011] b、然后将物料进入双螺杆挤出机，考虑到物料啮合的均匀性，此处应当设置一定 螺杆组合参数，螺杆组合参数的设置是为了提供适当的剪切强度，让物料能够充分的混合； 物料通过螺杆的剪切作用成为熔融体，在螺杆的推送下，进入十字模头系统；
[0012] C、连续玄武岩纤维以无捻粗纱的形式，被牵引设备牵引，从纱团中退解，在此过程 中，因为无捻粗纱退解后会产生捻度，会造成纤维开束困难，因此需要利用退解设备来消除 退解过程中的捻度，同时需要利用张力调整设备，对纤维进行初步的开束处理，让无捻粗纱 能够平整的，略有开束的进入十字模头的浸渍池中；
[0013]d、在浸渍池中，无捻粗纱接触到经过双螺杆啮合、混合并推送的熔体，同时利用浸 渍池中的若干根不同位置的张力棒，继续进行开束，最终，单丝化的连续纤维和熔体物料形 成浸润；随着牵引设备的牵引，熔体和纤维混合在一起，通过十字模头末端经过设计的铜嘴 离开浸渍池，以截面为圆形长条的形式在牵引设备的带动下运动；之后，经过水冷，进入造 粒设备，在造粒设备中被切刀切割成长度12毫米左右的粒子，得到成品。
[0014] 进一步地，所述玄武岩纤维是经过偶联剂处理的2400TEX连续玄武岩纤维。
[0015] 进一步地，所述玄武岩纤维的单丝直径9微米。
[0016] 进一步地，所述均聚PP的MI为60-80。
[0017] 玄武岩纤维表面有较多的硅氧键，类似玻璃纤维，是极性界面，而PP表面为非极 性界面，因此如果需要达到良好的界面结合效果，玄武岩咸味儿在成型时就需要经过相关 的表面处理，目前能够获得的连续玄武岩纤维产品，表面一般都经过硅烷偶联剂的处理；但 是自与PP进行增强改性的过程中，仍然需要添加相关的表面活性剂进一步增强表面结合 能力，已达到增强效果，表面活性剂可以包括硅烷类、铝锆类、马来酸酐接枝PP等等。
[0018]PP本身阻燃效果并不好，但是玄武岩纤维本身不可燃烧，一定添加量的玄武岩纤 维能够提升改性后PP的阻燃效果，但未必能够达到本发明期望的VO级效果。为了达到期 望的阻燃效果，可以考虑在配方体系中添加高性能的阻燃组分，包括不限于石墨烯、含卤素 阻燃成分、磷酸盐、水合氢氧化物等等；
[0019] 本发明是需要得到"长玄武岩纤维增强PP"粒子，类似于长玻纤增强PP粒子，经过 挤出、造粒后，粒子长度12毫米左右，纤维长度也是12毫米，因此在工艺路线上，应该使用 类似于长玻纤增强PP的工艺及相关设备，在造粒之前，不可以破坏连续纤维的长度。
[0020] 有益效果：本发明相对于现有技术而言具备以下优点：
[0021] 1)本发明提供的改性PP母粒，该粒子经过连续玄武岩纤维增强，形成长纤维增强 结构，经过塑料加工后，纤维保留较高的长径比，从而获得更高的强度；利用玄武岩耐高温、 高模量的特性，赋予改性材料比长玻纤增强PP更高的模量及耐热性能；通过合理配方，给 予材料阻燃性能；在增强过程中，玄武岩纤维的重量比尽可能的高，以获得高纤维含量的粒 子，该粒子作为功能性母粒，可以与PP粒子以任意比例混合，得到需要的低纤维含量的改 性粒子，以降低生产加工成本。
[0022] 2)该材料采用连续玄武岩纤维增强，切粒长度12毫米，纤维长度与粒子长度相 等，以保证在加工后，纤维仍具有较高的长径比；
[0023] 3)本发明提供的材料具有较高的阻燃性能，能够达到UL94-V0级阻燃；
[0024] 4)将该材料作为功能性母粒，于PP以1:1的重量比混合后，得到纤维含量30%的 长玄武岩纤维增强PP材料，以30%纤维含量作为参照，注塑成型后，拉伸模量、弯曲模量比 现有长玻纤增强PP提升20%以上，耐温性能提升10%以上。
[0025] 5)本发明提供的玄武岩纤维的表面处理及与PP具有良好的界面结合效果，玄武 岩纤维与PP能够形成增强效果，玄武岩重量含量达到55-60%，具有较高的纤维含量，使该 材料可以和PP产品以任意比例混合以达到需要的纤维含量。
【具体实施方式】
[0026] 下面对本发明作更进一步的说明。
[0027] 以下实施例制备均是按以下步骤制备：
[0028] a、均聚PP(MI60_80)、马来酸酐接枝PP、纳米石墨烯、磷酸盐助剂、铝锆偶联剂、 氢氧化铝、分子筛等物质，通过失重秤的计量，进入双螺杆挤出机，考虑到物料啮合的均匀 性，此处应当设置一定螺杆组合参数，螺杆组合参数的设置是为了提供适当的剪切强度，让 物料能够充分的混合；物料通过螺杆的剪切作用成为熔融体，在螺杆的推送下，进入特别设 计的十字模头系统；
[0029] b、连续玄武岩纤维以无捻粗纱的形式，被牵引设备牵引，从纱团中退解，在此过程 中，因为无捻粗纱退解后