本发明涉及一种阻燃型聚丙烯复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术：
聚丙烯具有无毒、无味、密度小、耐热性好、化学稳定性好、耐腐蚀好、绝缘性好、成型方便、成本低的特点，广泛应用于塑料制品、建筑管材、包装薄膜、电子工业、汽车制造、航空航天、工业等领域。但是聚丙烯是一种易燃性高分子材料，在高温下易于燃烧，且燃烧速度快，会产生大量有毒气体。引发火灾，给生产生活带来了一系列危害。因此，阻燃型聚丙烯的研究受到了人们的关注。
近年来，人们开发了一系列不同组合物构成的阻燃聚丙烯复合材料，由于目前以卤系阻燃剂为主，但是，在长期使用过程中，尤其是燃烧过程中会产生卤化氢等一系列有毒物，对人们的健康和环境都会造成极大危害，本发明公开了一种新型的阻燃型聚丙烯组合物的制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术中阻燃型聚丙烯使用卤系阻燃剂，污染环境，损害人体健康等问题，提供一种阻燃型聚丙烯复合材料及其制备方法。
一种阻燃型聚丙烯复合材料，包括以下组分：
所述主填料为碳酸钙颗粒，主填料的粒径为10nm～100um；
所述辅助填料为二氧化钛气凝胶、二氧化硅气凝胶、氧化镁、氧化锌、稀土氧化物、硼化物、磷化物、纤维素纳米晶、纤维素微米晶、木质素粉末、壳聚糖粉末中的一种或多种按任意比例的混合，辅助填料的粒径为2nm～100um；
所述复配阻燃剂由质量比(10～50)：(10～40)：(10～45)的无机阻燃剂、有机阻燃剂和协同阻燃剂组成，所述无机阻燃剂为次磷酸盐和/或磷酸盐，所述有机阻燃剂为聚磷酸酯、三聚氰胺、异戊四醇中的一种或多种按任意比例的混合；所述协同阻燃剂为硼酸锌和/或氢氧化镁。
优选的是，所述聚丙烯树脂的分子量为50000～300000。
优选的是，所述硼化物为所述硼化物为硼酸锌和/或硼化铝，磷化物为聚磷酸胺、磷胺、磷酸三甲苯酯、磷化硼、磷化钙中的一种或多种按任意比例的混合。
优选的是，所述次磷酸盐为次磷酸钙和/或次磷酸镁，磷酸盐为磷酸钙、磷酸铝、磷酸镁、磷酸锌中的一种或多种按任意比例的混合。
优选的是，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH～550、硅烷偶联剂KH～570、硅烷偶联剂KH～151、硅烷偶联剂KH～580、硅烷偶联剂KH～602、硅烷偶联剂KH～792、硅烷偶联剂Si～42中的一种或者多种按任意比例的混合。
优选的是，所述抗氧剂为抗氧剂B215、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂168中的一种或多种按任意比例的混合。
优选的是，该复合材料还包括1～10重量份的增塑剂、1～10重量份的润滑剂、1～10重量份的热稳定剂、1～10重量份的相容剂中的一种或多种按任意比例的混合。
优选的是，所述增塑剂为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丙酯、乙酸三丁酯、环氧大豆油中的一种或多种按任意比例的混合，润滑剂为硬脂酸锌，热稳定剂为亚磷酸三苯酯，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝羧酸、氯化聚丙烯、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或按任意比例的混合。
上述阻燃型聚丙烯复合材料的制备方法，是按组分及重量份配比，将聚丙烯树脂、主填料、辅助填料、硅烷偶联剂、复配阻燃剂和抗氧剂搅拌混合均匀，挤出造粒，得到阻燃型聚丙烯复合材料。
优选的是，所述搅拌速度为200～500rmp，挤出温度为160～230℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的阻燃型聚丙烯复合材料通过各组分协同作用，具有优异的力学性能(强度高、韧性好)，长期使用不会产生变形，高温或者其他危险情况不容易燃烧，且安全环保，不污染环境，即便燃烧，也不会损害人体健康。经检测，弯曲强度能够达到39-43MPa，缺口冲击强度能够达到20.0～23.4KJ/m2，垂直燃烧级别UL～94为V0，氧指数：30％。
本发明的阻燃型聚丙烯复合材料所采用的复配阻燃剂具有良好的阻燃功能，与聚丙烯的相容性好，在聚丙烯树脂中不迁移、不析出、不被萃取，易于分散均匀，耐候性好，持久性好，高温熔融成型及热成型加工工程中，不发生分解，制得的聚丙烯复合材料热变形温度、力学温度及电绝缘性能等性能并未受到影响，具有长期阻燃性。
本发明的阻燃型聚丙烯复合材料制备过程简单、成本低，适用于工业化生产。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明专利要求的限制。
阻燃型聚丙烯复合材料，包括100重量份的聚丙烯树脂，10～60重量份的主填料，1～15重量份的辅助填料，0.1～3重量份的硅烷偶联剂，5～20重量份的复配阻燃剂，0.2～5重量份的抗氧剂。
其中，聚丙烯树脂的分子量优选为50000～300000。主填料为碳酸钙颗粒，主填料的粒径为10nm～100um。辅助填料为二氧化钛气凝胶、二氧化硅气凝胶、氧化镁、氧化锌、稀土氧化物、硼化物(如硼化镁和/或硼化铝)，磷化物(聚磷酸胺、磷胺、磷酸三甲苯酯、磷化硼、磷化钙中的一种或多种按任意比例的混合)、纤维素纳米晶、纤维素微米晶、木质素粉末、壳聚糖粉末中的一种或多种按任意比例的混合，辅助填料的粒径为2nm～100um。复配阻燃剂由质量比(10～50)：(10～40)：(10～45)的无机阻燃剂、有机阻燃剂和协同阻燃剂组成，无机阻燃剂为次磷酸盐和/或磷酸盐，如次磷酸钙、次磷酸镁、磷酸钙、磷酸铝、磷酸镁、磷酸锌中的一种或多种按任意比例的混合；有机阻燃剂为聚磷酸酯、三聚氰胺、异戊四醇中的一种或多种按任意比例的混合；协同阻燃剂为硼酸锌和/或氢氧化镁。硅烷偶联剂优选为硅烷偶联剂KH～550、硅烷偶联剂KH～570、硅烷偶联剂KH～151、硅烷偶联剂KH～580、硅烷偶联剂KH～602、硅烷偶联剂KH～792、硅烷偶联剂Si～42中的一种或者多种按任意比例的混合。抗氧剂优选为抗氧剂B215、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂168中的一种或多种按任意比例的混合。
上述阻燃型聚丙烯复合材料的制备方法，是按重量份配比，将聚丙烯树脂、主填料、辅助填料、硅烷偶联剂、复配阻燃剂和抗氧剂加入高速搅拌器，以200～500rmp的转速搅拌混合均匀，搅拌混合的温度为100-150℃，得到混合物料，冷却至室温，将混合物料加入螺杆挤出机(单螺杆或者双螺杆皆可)，在160～230℃熔融挤出，冷却、牵引造粒后，得到阻燃型聚丙烯复合材料。
为了进一步增强本发明的阻燃型聚丙烯复合材料的综合性能，本发明的复合材料还可以包括其他添加剂，如包括1～10重量份的增塑剂、1～10重量份的润滑剂、1～10重量份的热稳定剂、1～10重量份的相容剂中的一种或多种按任意比例的混合。其中，增塑剂优选为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丙酯、乙酸三丁酯、环氧大豆油中的一种或多种按任意比例的混合，润滑剂优选为硬脂酸锌，热稳定剂优选为亚磷酸三苯酯，相容剂优选为聚丙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝羧酸、氯化聚丙烯、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或按任意比例的混合。
需要说明的是，当含有增塑剂时，按组成及重量份配比，先将聚丙烯树脂与增塑剂加入高速搅拌器以200～500rmp的转速搅拌混合均匀，然后再将主填料、辅助填料、硅烷偶联剂、复配阻燃剂、抗氧剂以及其他添加剂(如热稳定剂、润滑剂、相容剂等)加入高速搅拌器继续以200～500rmp的转速搅拌混合均匀，出料温度为100-150℃，得到混合物料，冷却至室温，然后将混合物料加入螺杆挤出机(单螺杆或者双螺杆皆可)，在160～230℃熔融挤出，冷却、牵引造粒后，得到阻燃型聚丙烯复合材料。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种阻燃型聚丙烯复合材料，由100重量份聚丙烯(PP T～30S)，25重量份碳酸钙颗粒(1um)，11重量份纤维素纳米晶(100nm)，3重量份硅烷偶联剂KH～550，15重量份复配阻燃剂(由质量比为4:5:5磷酸铝、三聚氰胺、硼酸锌组成)和4重量份抗氧化剂1010组成。
上述阻燃型聚丙烯复合材料的制备方法：
1)将上述原料全部加入到高速搅拌器中，当混合物料的温度升至125℃时，出料并冷却至室温，得到混合物料；
2)将混合物料加入到单螺杆挤出机中挤出成型得到条状物料，出料温度为200℃；
3)对条状物料进行风冷，然后直接将条状物料引导至切粒机中切粒而得到复合材料粒料。
性能测试：将实施例1中的复合材料制成标准样条按照国标进行性能测试，测得：弯曲强度(MPa)：43，缺口冲击强度(KJ/m2)：23.4，垂直燃烧级别UL～94为V0，氧指数：30％。
实施例2
一种阻燃型聚丙烯复合材料，由100重量份聚丙烯(PP T～30S)，25重量份碳酸钙颗粒(3um)，12重量份纤维素纳米晶(100nm)，3重量份硅烷偶联剂KH～550，13重量份复配阻燃剂(由质量比为1:1:1磷酸锌、季戊四醇、硼酸锌组成)和4重量份抗氧化剂1010组成。
上述阻燃型聚丙烯复合材料的制备方法：
1)按照组分及重量份，将原料加入到高速搅拌器中，当混合物料的温度升至130℃时，出料并冷却至室温，得到混合物料；
2)将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型得到条状物料，出料温度为190℃；
3)对条状物料进行风冷，然后直接将条状物料引导至切粒机中切粒而得到复合材料粒料。
性能测试：将实施例2中的复合材料制成标准样条按照国标进行性能测试，测得：弯曲强度(MPa)：42，缺口冲击强度(KJ/m2)：21.4，垂直燃烧级别UL～94为V0，氧指数：30％。
实施例3
一种阻燃型聚丙烯复合材料，由100重量份聚丙烯(PP T～30S)，10重量份碳酸钙颗粒(10nm)，1重量份二氧化钛气凝胶(500nm)、0.5重量份二氧化钛气凝胶(1um)，0.1重量份硅烷偶联剂KH～570，5重量份复配阻燃剂(由质量比为4:5:5次磷酸镁、聚磷酸酯、硼酸锌组成)和0.2重量份抗氧化剂1076组成。
上述阻燃型聚丙烯复合材料的制备方法：
1)将上述原料全部加入到高速搅拌器中，当混合物料的温度升至100℃时，出料并冷却至室温，得到混合物料；
2)将混合物料加入到单螺杆挤出机中挤出成型得到条状物料，出料温度为180℃；
3)对条状物料进行风冷，然后直接将条状物料引导至切粒机中切粒而得到复合材料粒料。
性能测试：将实施例3中的复合材料制成标准样条按照国标进行性能测试，测得：弯曲强度(MPa)：38，缺口冲击强度(KJ/m2)：19.4，垂直燃烧级别UL～94为V0。
实施例4
一种阻燃型聚丙烯复合材料，由100重量份聚丙烯(PP T～30S)，60重量份碳酸钙颗粒(100um)，5重量份木质素粉末(10nm)，10重量份壳聚糖粉末(500nm)，3重量份硅烷偶联剂KH～151，20重量份复配阻燃剂(由质量比为4:2:3磷酸锌、三聚氰胺、硼酸锌组成)和5重量份抗氧化剂1098组成。
上述阻燃型聚丙烯复合材料的制备方法：
1)将上述原料全部加入到高速搅拌器中，当混合物料的温度升至150℃时，出料并冷却至室温，得到混合物料；
2)将混合物料加入到单螺杆挤出机中挤出成型得到条状物料，出料温度为210℃；
3)对条状物料进行风冷，然后直接将条状物料引导至切粒机中切粒而得到复合材料粒料。
性能测试：将实施例4中的复合材料制成标准样条按照国标进行性能测试，测得：弯曲强度(MPa)：40.0缺口冲击强度(KJ/m2)：22.0，垂直燃烧级别UL～94为V0。
实施例5
一种阻燃型聚丙烯复合材料，由100重量份聚丙烯(PP T～30S)，35重量份碳酸钙颗粒(50um)，6重量份氧化镁(2.5um)，2重量份的氧化锌(2um)，2重量份硅烷偶联剂KH～792，16重量份复配阻燃剂(由质量比为4:3:4.5磷酸镁、三聚氰胺、硼酸锌组成)和3重量份抗氧化剂168组成。
上述阻燃型聚丙烯复合材料的制备方法：
1)将上述原料全部加入到高速搅拌器中，当混合物料的温度升至120℃时，出料并冷却至室温，得到混合物料；
2)将混合物料加入到单螺杆挤出机中挤出成型得到条状物料，出料温度为200℃；
3)对条状物料进行风冷，然后直接将条状物料引导至切粒机中切粒而得到复合材料粒料。
性能测试：将实施例5中的复合材料制成标准样条按照国标进行性能测试，测得：弯曲强度(MPa)：40.9，缺口冲击强度(KJ/m2)：20.7，垂直燃烧级别UL～94为V0。
实施例6
一种阻燃型聚丙烯复合材料，由100重量份聚丙烯(PP T～30S)，50重量份碳酸钙颗粒(100um)，6重量份硼化镁，1.5重量份硅烷偶联剂KH～151，1重量份硅烷偶联剂580，20重量份复配阻燃剂(由质量比为4:2:3磷酸锌、三聚氰胺、硼酸锌组成)和5重量份抗氧化剂1098组成。
上述阻燃型聚丙烯复合材料的制备方法：
1)将上述原料全部加入到高速搅拌器中，当混合物料的温度升至150℃时，出料并冷却至室温，得到混合物料；
2)将混合物料加入到单螺杆挤出机中挤出成型得到条状物料，出料温度为210℃；
3)对条状物料进行风冷，然后直接将条状物料引导至切粒机中切粒而得到复合材料粒料。
性能测试：将实施例6中的复合材料制成标准样条按照国标进行性能测试，测得：弯曲强度(MPa)：41.7，缺口冲击强度(KJ/m2)：22.3，垂直燃烧级别UL～94为V0。
实施例7
一种阻燃型聚丙烯复合材料，由100重量份聚丙烯(PP T～30S)，50重量份碳酸钙颗粒(100um)，4重量份五氧化二钒(10um)，0.5重量份磷酸三甲苯酯(100nm)，1.5重量份硅烷偶联剂KH～151，1重量份硅烷偶联剂580，20重量份复配阻燃剂(由质量比为4:2:3磷酸锌、三聚氰胺、硼酸锌组成)、5重量份抗氧化剂1098组成、1～10重量份环氧大豆油、2重量份硬脂酸锌、1重量份亚磷酸三苯酯和1重量份聚丙烯接枝马来酸酐。
上述阻燃型聚丙烯复合材料的制备方法：
1)将聚丙烯和环氧大豆油加入到高速搅拌器中，混合均匀，然后将剩余原料全部加入到高速搅拌器中，当混合物料的温度升至170℃时，出料并冷却至室温，得到混合物料；
2)将混合物料加入到单螺杆挤出机中挤出成型得到条状物料，出料温度为200℃；
3)对条状物料进行风冷，然后直接将条状物料引导至切粒机中切粒而得到复合材料粒料。
性能测试：将实施例7中的复合材料制成标准样条按照国标进行性能测试，测得：弯曲强度(MPa)：44.1，缺口冲击强度(KJ/m2)：24.3，垂直燃烧级别UL～94为V0。