本发明涉及材料科学领域，尤其是一种无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚乳酸(PLA)是一种生物可降解聚合物，由于聚乳酸来源丰富，价格低廉，而且具有良好的力学性能，越来越多的专家学者对聚乳酸的研究与应用非常感兴趣。但是聚乳酸材料热稳定性差，易燃烧，且燃烧时熔滴现象严重，限制聚乳酸在电子产品、汽车内饰件、电子电力设备、交通等有阻燃要求领域的应用，因此需要对其进行阻燃改性；由于人们对产品质量的要求越来越高，普通的短玻纤增强聚乳酸材料的性能不能满足要求，长玻纤增强聚乳酸具有高强度、高模量、高热稳定性等优异的性能可以满足人们对高性能追求；当今社会，随着人们的安全意识提高，以及国家的环保理念不断加强，因此，使用无卤阻燃剂制备阻燃材料是非常重要的课题。由于无卤阻燃剂易分解，而且直接将阻燃剂添加到基体树脂中会导致熔体粘度增加，使阻燃剂与树脂混合熔体无法完成对玻璃纤维的浸渍。目前，传统的无卤阻燃长玻纤增强复合材料方法有两种，一种是两步法(即：首先分别制备阻燃母粒和长纤维增强母粒，然后混合均匀进行注塑)，另一种是一步包覆法(即：首先制备长玻纤增强热塑性树脂料条，然后再将阻燃剂与基体树脂混合熔体包覆在长玻纤增强热塑性树脂料条上，从而获得无卤阻燃长玻纤增强热塑性复合材料)。
技术实现要素：
本发明的目的是：提供一种无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料及其制备方法，它实现的技术效果是一步浸渍法制备无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料，制备方法工艺简单，阻燃剂分散均匀，制备能耗少，而且环保性好，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料，按重量份数计算，包括30～60份聚乳酸，20～40份玻璃纤维，8～10份DIDOPO、0.5份抗氧剂、3～5份相容剂、5～10份增韧剂、3～5份三嗪成炭剂、1～5份协效剂及0.02～0.1份过氧化二异丙苯为制备原料。
所述的阻燃剂DIDOPO为苯乙基桥链9’10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物；DIDOPO的熔融温度为180℃，分解温度为360℃，熔融流动性优异；DIDOPO结构式为：
所述的抗氧剂为抗氧剂AS4500。
所述的相容剂为SAG-008。
所述的增韧剂为POE-g-GMA或TPU。
所述的协效剂为季磷盐插层改性蒙脱土。
无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的制备方法，按上述重量份数，分别取聚乳酸、DIDOPO、三嗪成炭剂、增韧剂以及协效剂干燥备用；取干燥后的各组分与抗氧剂、相容剂及过氧化二异丙苯混合均匀，进行共混挤出，加工温度为：185-205℃，通过浸渍流道对玻璃纤维进行浸渍，浸渍温度为220-240℃，经过冷却、牵引、切粒后，制成粒径为8～12mm的无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料。
与现有技术相比，本发明采用聚乳酸作为基体树脂，添加季磷盐插层改性蒙脱土作为协效剂，季磷盐插层改性蒙脱土不但可以对无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的阻燃性产生正协效，而且还对无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的力学性能产生正协效；以苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物作为相容剂，该相容剂增强基体树脂与纤维之间的结合力；阻燃剂DIDOPO熔融温度低(180℃)，并且分解温度高(360℃)，可进行加工温度区域选择范围广，而且DIDOPO的熔融流动性极好；并采用一步浸渍法制备无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料，即直接将阻燃剂与基体树脂等进行混合均匀挤出混合熔体，连续玻璃纤维浸渍于混合熔体，经冷却、牵引、切粒获得成品，该方法工艺简单，阻燃剂分散均匀，阻燃效果优异，制备能耗减少，而且制得的产品力学性能优异。
具体实施方式
本发明的实施例1：无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料，按重量份数计算，包括45份聚乳酸，30份玻璃纤维，8份DIDOPO、0.5份抗氧剂、4份相容剂、8份增韧剂、4份三嗪成炭剂、1份协效剂及0.08过氧化二异丙苯为制备原料；所述的阻燃剂为DIDOPO(苯乙基桥链9’10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)。所述的抗氧剂为抗氧剂AS4500；所述的相容剂为SAG-008；所述的增韧剂为POE-g-GMA；所述的协效剂为季磷盐插层改性蒙脱土。
无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的制备方法，具体制备方案是按上述重量份数，分别取聚乳酸、DIDOPO、三嗪成炭剂、增韧剂以及协效剂干燥备用；取干燥后的聚乳酸、DIDOPO、三嗪成炭剂、增韧剂及协效剂与抗氧剂、相容剂及过氧化二异丙苯混合均匀，进行共混挤出，加工温度为：185-205℃，通过浸渍流道对玻璃纤维进行浸渍，浸渍温度为230℃，，冷却后、牵引、切粒成8～12mm的颗粒，获得无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料。
实施例2：无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料，按重量份数计算，包括30份聚乳酸，40份玻璃纤维，10份DIDOPO、0.5份抗氧剂、3份相容剂、10份增韧剂、5份三嗪成炭剂、1份协效剂及0.02份过氧化二异丙苯为制备原料；所述的阻燃剂为DIDOPO；所述的抗氧剂为抗氧剂AS4500；所述的相容剂为SAG-008；所述的增韧剂为TPU；所述的协效剂为季磷盐插层改性蒙脱土。
制备方法同实施1。
实施例3：无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料，按重量份数计算，包括60份聚乳酸，20份玻璃纤维，7.5份DIDOPO、0.5份抗氧剂、5份相容剂、5份增韧剂、3份三嗪成炭剂、1份协效剂及0.1份过氧化二异丙苯为制备原料；所述的阻燃剂为DIDOPO；所述的抗氧剂为抗氧剂AS4500；所述的相容剂为SAG-008；所述的增韧剂为POE-g-GMA；所述的协效剂为季磷盐插层改性蒙脱土。
制备方法同实施1。
对比例1：无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料，按重量份数计算，包括60份聚乳酸，20份玻璃纤维，7.5份DIDOPO、0.5份抗氧剂、5份相容剂、5份增韧剂、3份三嗪成炭剂、1份协效剂及0.1份过氧化二异丙苯为制备原料；所述的阻燃剂为DIDOPO(苯乙基桥链9’10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)。所述的抗氧剂为抗氧剂AS4500；所述的相容剂为SAG-008；所述的增韧剂为POE-g-GMA；所述的协效剂为季磷盐插层改性蒙脱土。
无卤阻燃长纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法(浸渍包覆法)：分别取30份聚乳酸及5份相容剂干燥备用，将上述干燥后的聚乳酸、相容剂与0.5份抗氧剂混合均匀，然后进行共混挤出，加工温度为185-215℃，浸渍温度230℃，将挤出的熔体通过浸渍流道对20份纤维进行浸渍，获得纤维浸渍料条；再取30份聚乳酸、8份无卤阻燃剂、3份三嗪成炭剂、将上述干燥后的物料与0.5份抗氧剂进行混合，将物料混合均匀后加入挤出机中，在挤出时将熔融的混合物料包覆在纤维浸渍料条上，冷却后切粒成8～12mm的颗粒，获得获得无卤阻燃长纤维增强聚乳酸复合材料。
对比例2：无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料，按重量份数计算，包括45份聚乳酸，30份玻璃纤维，8份DIDOPO、0.5份抗氧剂、4份相容剂、8份增韧剂、4份三嗪成炭剂及0.08过氧化二异丙苯为制备原料；所述的阻燃剂为DIDOPO(苯乙基桥链9’10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)。所述的抗氧剂为抗氧剂AS4500；所述的相容剂为SAG-008；所述的增韧剂为POE-g-GMA。
制备方法同实施1。
主要性能测试：生产出的产品按照标准制成标准测试样条，进行各项测试，其性能测试结果如表1所示。
表1
根据表1可以得知，采用本发明的技术方案所制备得到的样品，其综合力学性能都较高，而且阻燃性能都为V0级。所制备得到材料阻燃性能可以达到V0级别。本发明实施例三采用一步浸渍法制备的无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料与对比例1采用的浸渍包覆法制备的无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料相比，实施例三的一步浸渍法制备的无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度、弯曲强度等都比对比例1中的性能高，且实施例三的一步浸渍法制备的无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的阻燃性能为V0级，对比例1的浸渍包覆法制备的无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的阻燃性能为V1级，这是由于本发明直接采用一步浸渍法制备无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的阻燃剂在基体熔体中分散均匀，使复合材料的阻燃性能优异。本发明实施例一采用一步浸渍法制备的无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料与对比例2同为采用一步浸渍法制备的无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料相比，对比例2中没有加入协效剂，对比例2的无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料拉伸强度、弯曲、冲击性能和阻燃性性能都没有实施例一的好，这表明，实施例一中加入协效剂不但对无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的力学性能产生正协效，而且对无卤阻燃长玻纤增强聚乳酸复合材料的阻燃性能产生正协效。