一种阻燃聚丙烯材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料，特别涉及一种阻燃聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术：

1、近几年来，长玻纤增强聚丙烯材料取得突破进展并得到广泛应用。与工业中应用的传统的短切玻璃纤维增强聚丙烯材料相比，长玻璃纤维增强聚丙烯材料中，纤维的长度与料粒的长度相等，这样材料在注塑成型后，在长纤维增强聚丙烯材料的制品内部纤维的平均长度比较大，且纤维在制品内部可以形成一定的网状结构，使长玻璃纤维增强聚丙烯材料制品的力学性能优于短切玻璃纤维增强聚丙烯材料。与短切玻璃纤维增强聚丙烯材料相比，长玻璃纤维增强聚丙烯材料具有高强度、高刚性、尺寸稳定性优异、低翘曲性、使用寿命长、抗蠕变性能优良、抗冲击性能良好等优点。

2、长玻纤增强聚丙烯材料以其轻质高强、成型容易、可循环利用等优点逐步达到取代轻质金属和昂贵工程塑料的目的，同时符合了绿色环保、低碳经济的发展趋势，已被广泛应用于汽车、家电、机电、电子电器、航空航天、石油化工等诸多领域。

3、虽然长玻璃纤维增强聚丙烯材料在力学性能上已经可以媲美工程塑料，但是因为其较复杂的包覆浸渍生产工艺，使这种材料在某些方向的功能性改性难度较大，如在提高阻燃性能方面，在工艺上由于阻燃剂的直接加入会影响浸润效果进而导致材料力学性能的波动，同时阻燃剂的添加量在包覆浸渍生产工艺不可控，会使阻燃效果不理想。

4、纳米结晶纤维素(ncc)，该物质很有弹性并且持久耐用，强度甚至超过钢铁制品，它是有效的抗氧化剂。ncc是一种由天然纤维素经过化学处理或者机械粉碎得到的纳米尺寸的纳米材料，它来源广泛，具有可降解性和良好的化学改性能力，由于其表面有很多羟基，在亲水性基体中能得到较好的分散效果，理论上，将ncc作为增强填料加入聚丙烯树脂基体，ncc和树脂基体可以通过氢键的作用，以及ncc的纳米尺寸效应对树脂大分子链的吸收效果，在很大程度上提高了交联网络的稳固性，从而提高了复合材料的力学性能。同时随着环境问题的日益严峻，使用新型的环保材料成为不可避免的选择。

5、因此，研究具有优异阻燃性能和力学性能，且加工方便的环保型长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料具有重要意义和必要性

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种环保阻燃、机械强度高、尺寸稳定性好、超强耐候性能的阻燃聚丙烯材料及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种阻燃聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：

3、

4、进一步地，所述聚丙烯为熔体流动速率在50～300g/10min之间的超高流动性聚丙烯。

5、进一步地，所述纤维素纳米晶长度为10-100纳米，直径为3-8纳米。

6、进一步地，所述长玻璃纤维为无碱连续高强度长玻璃纤维，纤维类型为e玻璃，纤维直径为15-20μm。

7、进一步地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚乙烯。

8、进一步地，所述热稳定剂为酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂中的一种或两种以上的混合物。

9、进一步地，所述润滑剂为石蜡、乙撑双硬脂酰胺、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙中的一种。

10、进一步地，所述紫外线吸收剂为2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑中的一种或两种以上的混合物。

11、进一步地，所述阻燃剂为无机阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、溴化环氧类阻燃剂和氧化硅类阻燃剂中的一种或两种以上的混合物。

12、本发明还提供了一种阻燃聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：

13、将所述重量份数的聚丙烯，相容剂，热稳定剂，润滑剂，紫外线吸收剂混合得到聚丙烯树脂混合物；

14、将部分聚丙烯树脂混合物加到挤出机中，挤到与挤出机机头相连的浸渍设备中形成熔融的聚丙烯树脂混合物；

15、将所述重量份数的长玻璃纤维通过牵引机引入浸渍设备中被熔融的聚丙烯树脂混合物浸渍得到长玻璃纤维增强聚丙烯材料；

16、将长玻璃纤维聚丙烯材料切粒，得到长玻璃纤维增强聚丙烯颗粒；

17、将剩余聚丙烯树脂混合物与所述重量份数的纤维素纳米晶和阻燃剂混合，然后在挤出机中水冷切粒，得到聚丙烯阻燃发泡母粒；

18、将长玻璃纤维增强聚丙烯颗粒与聚丙烯阻燃发泡母粒混合后热压或注塑成型，得到阻燃聚丙烯材料。

19、进一步地，所述部分聚丙烯树脂混合物为所述聚丙烯树脂混合物总量的50-60％。

20、进一步地，所述重量份数的聚丙烯，相容剂，热稳定剂，润滑剂，紫外线吸收剂的混合及所述剩余聚丙烯树脂混合物与所述重量份数的纤维素纳米晶和阻燃剂的混合均是在高混机中混合，混合温度为40-60℃，混合时间为3-8分钟。

21、进一步地，所述长玻璃纤维在浸渍设备中的牵引速度为25-40mm/min。

22、进一步地，所述长玻璃纤维增强聚丙烯颗粒的长度为0.8-1.2cm。

23、进一步地，所述聚丙烯阻燃发泡母粒的长度为0.8-1.2cm。

24、进一步地，所述挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为60-65mm，螺杆的长径比为35:1-45:1，混合熔融温度设定为150-250℃，机头温度设定为150-250℃；所述浸渍设备的温度为200℃-250℃。

25、本发明提供的一种阻燃聚丙烯材料，采用聚丙烯树脂作为基体树脂，与长玻璃纤维、阻燃剂组合使用，制备得到的长玻璃纤维增强聚丙烯材料阻燃性能达到v0级别，具有优良的阻燃性能，符合工业各种产品使用的要求。

26、并且，本发明提供的阻燃聚丙烯材料，采用聚丙烯树脂作为基体树脂，采用纤维素纳米晶和长玻璃纤维和对其进行协同改性。由于纤维素纳米晶的纳米粒子具有一定的刚性，能有效调节材料的力学性能。同时，由于纤维素纳米晶的尺寸为纳米级，其性质也会发生改变，从而使得制备的阻燃聚丙烯材料具有纳米粒子密度低、力学性能好、热膨胀系数低等优点。

27、同时，本发明提供的阻燃聚丙烯材料在制备过程中，先分别制备长玻璃纤维增强聚丙烯颗粒和纤维素纳米晶改性的聚丙烯阻燃发泡母粒，然后将二者混合均匀，在使用时直接将两者的混合物热压成型或注塑成型即可，制备方法简单，工艺条件易控制。而且，本发明制得的阻燃聚丙烯材料，可广泛应用于汽车工业和其他交通领域中的具有阻燃要求的零件，还可应用于通讯器材和设备、消费电子、家电、机械工程的蓄电池外壳材料及附件等领域，市场应用前景广阔。

技术特征：

1.一种阻燃聚丙烯材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

2.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯为熔体流动速率在50～300g/10min之间的超高流动性聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述纤维素纳米晶长度为10-100纳米，直径为3-8纳米。

4.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述长玻璃纤维为无碱连续高强度长玻璃纤维，纤维类型为e玻璃，纤维直径为15-20μm。

5.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚乙烯。

6.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述热稳定剂为酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂中的一种或两种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述润滑剂为石蜡、乙撑双硬脂酰胺、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙中的一种。

8.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述紫外线吸收剂为2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑中的一种或两种以上的混合物。

9.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述阻燃剂为无机阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、溴化环氧类阻燃剂和氧化硅类阻燃剂中的一种或两种以上的混合物。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

11.根据权利要求10所述的阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述部分聚丙烯树脂混合物为所述聚丙烯树脂混合物总量的50-60％。

12.根据权利要求10所述的阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述重量份数的聚丙烯，相容剂，热稳定剂，润滑剂，紫外线吸收剂的混合及所述剩余聚丙烯树脂混合物与所述重量份数的纤维素纳米晶和阻燃剂的混合均是在高混机中混合，混合温度为40-60℃，混合时间为3-8分钟。

13.根据权利要求10所述的阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述长玻璃纤维在浸渍设备中的牵引速度为25-40mm/min。

14.根据权利要求10所述的阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述长玻璃纤维增强聚丙烯颗粒的长度为0.8-1.2cm。

15.根据权利要求10所述的阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯阻燃发泡母粒的长度为0.8-1.2cm。

16.根据权利要求10所述的阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为60-65mm，螺杆的长径比为35:1-45:1，混合熔融温度设定为150-250℃，机头温度设定为150-250℃；所述浸渍设备的温度为200℃-250℃。

技术总结
本发明提供了一种阻燃聚丙烯材料，其重量份数的组分包括：聚丙烯60～80份；长玻璃纤维25～50份；相容剂0.5～1.5份；热稳定剂0.5～1.5份；润滑剂0.1～1.0份；紫外线吸收剂0.1～0.5份；纤维素纳米晶5～15份；阻燃剂5～15份。本发明还提供了一种阻燃聚丙烯材料的制备方法。本发明提供的阻燃聚丙烯材料的制备方法简单，工艺条件易控制。并且，本发明制得的长玻璃纤维和纤维素纳米晶协同增强的聚丙烯材料，不仅具有良好的机械性能，而且还具有优良的阻燃性能、良好的耐灼热丝温度，密度低等特性。

技术研发人员：杨芾藜,成涛,徐鸿宇,王思韡,何珉,曾妍,谢广成,周谭杰,张兵
受保护的技术使用者：国网重庆市电力公司营销服务中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16