一种纳米阻燃复合材料及其制备方法与流程

文档序号:12401885

本发明涉及复合材料技术领域,尤其涉及一种纳米阻燃复合材料及其制备方法。



背景技术:

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、纳米碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。聚丙烯(PP)是一种半结晶的热塑性塑料,其具有良好的力学性能、耐化学腐蚀及耐热性能,且相比于PBT塑料,PP的价格相对较低,PP是用量最为广泛的通用塑料之一,被广泛应用家电、汽车、纺织、OA办公、家具卫浴、食品包装等行业。但PP化学结构决定其极易燃烧,氧指数为17.4~18.5,属易燃材料,极易传播火焰,使PP在许多领域应用受到限制。随着科学技术的不断进步,人民越来越关注生命财产的保护,阻燃材料的开发前景广阔。专利申请号为201310178355.5公开了一种阻燃纳米复合材料,采用阻燃剂、抗氧剂、增韧剂、纳米氧化物粉体对聚乙烯树脂进行改性,其选用的阻燃剂三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝为无机阻燃剂,阻燃效果一般,使用量大,已造成复合材料性能降低,且所用的阻燃剂不溶于去离子水,致使反应难彻底,制备的复合材料性能不够稳定。基于上述陈述,本发明提出了一种纳米阻燃复合材料及其制备方法。



技术实现要素:

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种纳米阻燃复合材料及其制备方法。

一种纳米阻燃复合材料,包括以下重量份的原料:聚丙烯树脂30~50份、环氧树脂15~25份、聚对苯二甲酸乙二酯20~30份、纳米材料5~15份、纳米碳纤维8~15份、乙酸乙酯6~10份、沸石2~6份、阻燃剂0.8~1.5份、稳定剂1~3份、润滑剂1~3份、固化剂1.2~3.6份。

优选的,所述的一种纳米阻燃复合材料,包括以下重量份的原料:聚丙烯树脂35~45份、环氧树脂18~22份、聚对苯二甲酸乙二酯22~28份、纳米材料8~12份、纳米碳纤维10~14份、乙酸乙酯7~9份、沸石3~5份、阻燃剂1~1.4份、稳定剂1.5~2.5份、润滑剂1.5~2.5份、固化剂1.5~3份。

优选的,所述的一种纳米阻燃复合材料,包括以下重量份的原料:聚丙烯树脂40份、环氧树脂20份、聚对苯二甲酸乙二酯25份、纳米材料10份、纳米碳纤维12份、乙酸乙酯8份、沸石4份、阻燃剂1.2份、稳定剂2份、润滑剂2份、固化剂3份。

优选的,所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子,其中,各组分的重量百分比为纳米氧化锌15~25%、纳米二氧化钛20~40%、纳米二氧化硅20~40%、纳米银离子10~20%、纳米铜离子5~10%。

优选的,所述阻燃剂为溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂、磷系阻燃剂和氮系阻燃剂中的至少一种。

本发明还提出了一种纳米阻燃复合材料的制备方法,包括以下步骤:

S1、将所述比重的聚丙烯树脂、环氧树脂和聚对苯二甲酸乙二酯分别进行高温软化,然后以300~480r/min的转速进行搅拌混合,搅拌0.6~1h,得混合树脂;

S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和阻燃剂加入到研磨机中,加入所述比重的乙酸乙酯,进行研磨混合三次,每次研磨3~8min,得混合助剂;

S3、将步骤S1中的混合树脂降温至80~110℃,加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂,以步骤S1中的转速混合搅拌8~15min,得混合料;

S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中,在高温120~150℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后,经切粒机切粒即得。

优选的,所述步骤S1中聚丙烯树脂的加热温度为165~180℃,加热时间为1~3h;环氧树脂的加热温度为136~152℃,加热时间为1~3h、聚对苯二甲酸乙二酯的加热温度为238~250℃,加热时间为2~2.5h。

本发明提出的一种纳米阻燃复合材料,其具有显著的阻燃性能、抗菌性和抗老化性,其力学性能好,耐低温冲击性好,本发明还提出了一种纳米阻燃复合材料的制备方法,采用性能优良且能相互补强的树脂进行共混,然后对共混后的树脂进行改性,制备方法简单、制备条件温和,本发明所用阻燃剂均为环保阻燃剂,用量少,不会降低复合材料的性能,其阻燃效果好,安全环保,燃烧时不会对环境造成污染,本发明所得复合材料性能稳定,可得广泛应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例一

本发明提出的一种纳米阻燃复合材料,包括以下重量份的原料:聚丙烯树脂42份、环氧树脂18份、聚对苯二甲酸乙二酯22份、纳米材料8份、纳米碳纤维12份、乙酸乙酯8份、沸石4份、氮系阻燃剂1份、稳定剂1份、润滑剂2.5份、固化剂2.4份。

所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子,其中,各组分的重量百分比为纳米氧化锌18%、纳米二氧化钛30%、纳米二氧化硅29%、纳米银离子15%、纳米铜离子8%。

其制备方法,包括以下步骤:

S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至168℃,加热2.5h,将所述比重的环氧树脂加热至140℃,加热2.5h,将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至240℃,加热2.2h后,将上述完成加热软化操作的树脂以400r/min的转速进行搅拌混合,搅拌0.8h,得混合树脂;

S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和氮系阻燃剂加入到研磨机中,加入所述比重的乙酸乙酯,进行研磨混合三次,每次研磨4min,得混合助剂;

S3、将步骤S1中的混合树脂降温至100℃,加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂,以步骤S1中的转速混合搅拌8min,得混合料;

S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中,在高温140℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后,经切粒机切粒即得。

实施例二

本发明提出的一种纳米阻燃复合材料,包括以下重量份的原料:聚丙烯树脂50份、环氧树脂15份、聚对苯二甲酸乙二酯28份、纳米材料12份、纳米碳纤维10份、乙酸乙酯9份、沸石3份、溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂1.2份、稳定剂1.5份、润滑剂2份、固化剂1.8份。

所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子,其中,各组分的重量百分比为纳米氧化锌22%、纳米二氧化钛25%、纳米二氧化硅36%、纳米银离子12%、纳米铜离子5%。

其制备方法,包括以下步骤:

S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至175℃,加热2h,将所述比重的环氧树脂加热至150℃,加热1.5h,将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至245℃,加热2.1h后,将上述完成加热软化操作的树脂以350r/min的转速进行搅拌混合,搅拌0.9h,得混合树脂;

S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂加入到研磨机中,加入所述比重的乙酸乙酯,进行研磨混合三次,每次研磨6min,得混合助剂;

S3、将步骤S1中的混合树脂降温至80℃,加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂,以步骤S1中的转速混合搅拌15min,得混合料;

S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中,在高温120℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后,经切粒机切粒即得。

实施例三

本发明提出的一种纳米阻燃复合材料,包括以下重量份的原料:聚丙烯树脂48份、环氧树脂22份、聚对苯二甲酸乙二酯25份、纳米材料10份、纳米碳纤维8份、乙酸乙酯6份、沸石2份、磷系阻燃剂0.8份、稳定剂3份、润滑剂1份、固化剂2.8份。

所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子,其中,各组分的重量百分比为纳米氧化锌25%、纳米二氧化钛20%、纳米二氧化硅28%、纳米银离子18%、纳米铜离子9%。

其制备方法,包括以下步骤:

S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至180℃,加热1h,将所述比重的环氧树脂加热至136℃,加热3h,将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至238℃,加热2.4h后,将上述完成加热软化操作的树脂以480r/min的转速进行搅拌混合,搅拌0.6h,得混合树脂;

S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和磷系阻燃剂加入到研磨机中,加入所述比重的乙酸乙酯,进行研磨混合三次,每次研磨5min,得混合助剂;

S3、将步骤S1中的混合树脂降温至110℃,加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂,以步骤S1中的转速混合搅拌10min,得混合料;

S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中,在高温150℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后,经切粒机切粒即得。

实施例四

本发明提出的一种纳米阻燃复合材料,包括以下重量份的原料:聚丙烯树脂45份、环氧树脂25份、聚对苯二甲酸乙二酯20份、纳米材料15份、纳米碳纤维15份、乙酸乙酯10份、沸石5份、氮系阻燃剂1.5份、稳定剂2.5份、润滑剂3份、固化剂3.6份。

所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子,其中,各组分的重量百分比为纳米氧化锌15%、纳米二氧化钛34%、纳米二氧化硅34%、纳米银离子10%、纳米铜离子7%。

其制备方法,包括以下步骤:

S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至165℃,加热3h,将所述比重的环氧树脂加热至152℃,加热1h,将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至250℃,加热2h后,将上述完成加热软化操作的树脂以300r/min的转速进行搅拌混合,搅拌1h,得混合树脂;

S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和氮系阻燃剂加入到研磨机中,加入所述比重的乙酸乙酯,进行研磨混合三次,每次研磨8min,得混合助剂;

S3、将步骤S1中的混合树脂降温至95℃,加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂,以步骤S1中的转速混合搅拌12min,得混合料;

S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中,在高温130℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后,经切粒机切粒即得。

实施例五

本发明提出的一种纳米阻燃复合材料,包括以下重量份的原料:聚丙烯树脂40份、环氧树脂20份、聚对苯二甲酸乙二酯30份、纳米材料5份、纳米碳纤维9份、乙酸乙酯7份、沸石6份、溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂0.9份、稳定剂2份、润滑剂1.5份、固化剂3份。

所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子,其中,各组分的重量百分比为纳米氧化锌20%、纳米二氧化钛28%、纳米二氧化硅22%、纳米银离子20%、纳米铜离子10%。

其制备方法,包括以下步骤:

S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至178℃,加热1.5h,将所述比重的环氧树脂加热至144℃,加热2h,将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至242℃,加热2.5h后,将上述完成加热软化操作的树脂以420r/min的转速进行搅拌混合,搅拌0.7h,得混合树脂;

S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂加入到研磨机中,加入所述比重的乙酸乙酯,进行研磨混合三次,每次研磨3min,得混合助剂;

S3、将步骤S1中的混合树脂降温至90℃,加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂,以步骤S1中的转速混合搅拌9min,得混合料;

S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中,在高温135℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后,经切粒机切粒即得。

将上述实施例一~五中制备出的纳米阻燃复合材料的阻燃性能进行分析比较,得出如下结果:

备注:阻燃性按UL-94标准判断。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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