本发明属于聚氯乙烯板材技术领域，具体涉及一种制备阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材的方法。
背景技术
聚氯乙烯是一种含有氯原子的高分子材料，是含有少量结晶结构的无定型聚合物，分子结构为[-ch2-chcl-]n。聚氯乙烯具有原料丰富、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，现已成为世界第二大通用树脂，占世界合成树脂总消费量的29%。聚氯乙烯容易加工，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工，主要用于生产人造革、薄膜、电线护套等塑料软制品，也可生产板材、门窗、管道和阀门等塑料硬制品，是木材、铝材、复合板材的理想替代品，推广使用聚氯乙烯产品是节约资源、减少能耗、“以塑代木”、“以塑代钢”的重要措施。
现有技术中，通常使用发泡、挤出、冷却、成型的方法制备聚氯乙烯板材制品，以聚氯乙烯为原料，添加其他助剂来增强其耐热性、韧性、延展性等性能，具有防水、阻燃、耐酸碱、防蛀、质轻、保温、隔音、减震、存储方便、施工方便等特点，同时，制备出的聚氯乙烯板材具有像木材一样可锯、可刨、可粘粘、可钻孔等加工性能。
交联是聚氯乙烯材料改性加工的一种重要方法，通过交联，在材料内部形成三维网络结构，能提高聚氯乙烯材料的耐热软化性、抑烟耐火性、耐候性等方面的性能，改善聚氯乙烯材料的加工性能，扩大聚氯乙烯材料的使用范围。通过交联优化聚氯乙烯板材的性能，旨在制备出兼顾产品性能、生产成本、材料外观、加工条件等方面的要求。
技术实现要素：
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种制备阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材的方法。以氯化聚氯乙烯树脂、稳定剂、改性交联剂、发泡剂、润滑剂、填充剂、耐热改性剂、阻燃剂为原料，通过芯层熔体的制备、保护层熔体的制备、熔体的挤出、板材的制备四个步骤，制得所述阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材。其中芯层为发泡氯化聚氯乙烯材料，能够有效降低板材的密度，节约成本；保护层为不发泡的氯化聚氯乙烯材料，具有高硬度，耐候性好，阻燃抑烟，表面光滑、光泽度高等优点。本发明中聚氯乙烯板材制备工艺成熟，操作简单易行，适于工业化生产。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明公开了一种制备阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材的方法，包括如下步骤：
s01，芯层熔体的制备：将热混机内温度升至95-105℃后，将质量百分比分别为40%-55%的氯化聚氯乙烯树脂，5%-12%的稳定剂，12%-25%的改性交联剂，10%-20%的发泡剂，2%-6%的润滑剂，10%-25%的填充剂加入热混机内，搅拌混合40-60min后，将混合物送入冷混机中，搅拌冷却至30-50℃，制得芯层熔体；
s02，保护层熔体的制备：将热混机内温度升至95-105℃后，将质量百分比分别为30%-50%的氯化聚氯乙烯树脂，5%-12%的稳定剂，10%-20%的改性交联剂，10%-20%的耐热改性剂，10%-25%的阻燃剂，15%-30%的填充剂加入热混机内，搅拌混合40-60min后，将混合物送入冷混机中，搅拌冷却至30-50℃，制得保护层熔体；
s03，熔体的挤出：
将s01中制备的芯层熔体加入锥形双螺杆挤出机中，将s02中制备的保护层熔体加入另外一台锥形双螺杆挤出机中，进行同时挤出；
s04，阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材的制备：
将s03中挤出的芯层熔体、挤出的保护层熔体通过分配器输送至定型模具中，进行冷却、定型，定型后通过压辊牵引机压辊牵引，板面稳定后，采用纵向刀具裁边，采用横向刀具裁切成所需尺寸的聚氯乙烯板材，下架检验，包装成型，制得阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材；
所述改性交联剂的制备方法为：将质量百分比为30%-40%的环氧树脂、10%-25%的软单体、20%-30%的二异氰酸酯、10%-20%的氯化聚氯乙烯树脂、5%-15%的偶联剂加入微波辐射反应器内，控制搅拌速度为500-650r/min，在90-110℃下反应0.5-1.5h，制得改性交联剂；
所述阻燃剂的制备方法为：将质量百分比分别为30%-40%的抑烟剂、15%-30%的八钼酸铵、15%-30%的三氧化钼加入陶瓷球磨机中，球磨20-30min后，使用250目震动筛过筛，然后将过筛后的混合物颗粒转入微波辐射反应器内，再加入质量百分比为8%-15%的表面活性剂和质量百分比为2%-10%的抗氧剂，控制搅拌速度为400-500r/min，在150-200℃下反应0.5-2h，制得所述阻燃剂。
本发明中聚氯乙烯板材包括芯层和覆盖在芯层表面的保护层。芯层中添加发泡剂制得氯化聚氯乙烯发泡材料，有利于降低板材的整体密度，改善板材的施工条件，降低运输成本。保护层为不发泡的氯化聚氯乙烯材料，制得的板材硬度高，耐候性好，表面光滑、光泽度高。氯化聚氯乙烯树脂具有良好的耐腐蚀性、耐热性、可溶性和机械强度，分子链排列的不规则程度较高，极性强，溶解性好。
改性交联剂中，加入环氧树脂能够在交联剂中引入环氧基团，提高原料在交联剂中的分散稳定性，还能提高材料的交联密度和力学强度；软单体玻璃化温度低，不仅有利于熔体制备过程中各原料的充分熔融混合，还能够增强聚氯乙烯板材的韧性。偶联剂的加入能够改善熔体的粘度，改善原料的分散度，提高加工性能。
阻燃剂为添加型无机阻燃剂，加工方法简单，使板材具有优良的阻燃抑烟性能。
表面活性剂的加入不仅能够阻燃剂原料粉末颗粒的表面，还能将粉末粒子间的空气和水分置换出来，破坏粉末中的絮凝体和聚集体，进而使粉末保持分散状态，使原料各组分之间相互融合，协同发挥不同原料的作用；同时，在保护层熔体制备的过程中表面活性剂能够改善氯化聚氯乙烯树脂的粘度，改善熔体的流动性。
进一步地，所述热混机内搅拌速度为1100-1300r/min；所述冷混机内搅拌速度为150-280r/min。热混机内为高速搅拌，有利于原料的充分混合；冷混机内为低速搅拌，有利于熔体形成稳定的结构。
进一步地，所述氯化聚氯乙烯树脂聚合度为900-1200；所述氯化聚氯乙烯树脂中氯的质量分数为60%-70%。聚合度增加，树脂的基本性能变好，但是塑化时间随之延长，熔融因数变大，加工性能变差，聚合度为900-1200的氯化聚氯乙烯树脂，基本性能优良，加工性能好。氯含量（质量分数）为60%-70%的氯化聚氯乙烯树脂，机械性能好，热变形温度高，最高使用温度可达110℃，长期使用温度可达95℃，无味无毒，常温下为质地疏松的颗粒或粉末，易加工。
进一步地，所述稳定剂由光稳定剂与热稳定剂按质量比为(2-4):1混合而成；所述光稳定剂为羟基二苯甲酮、苯并三唑、水杨酸酯、三嗪中的一种或几种；所述热稳定剂为羧酸有机锡、硬脂酸铝、稀土稳定剂中的一种或几种。稳定剂能够防止氯化聚氯乙烯树脂分子链中脱出氯化氢，或者阻止这一反应，终止分解作用，提高氯化聚氯乙烯树脂的分解温度，同时，稳定剂能降低发泡剂的分解温度，使得发泡过程在较低的温度下进行，提高发泡效率，减少发泡反应所需的能耗。光稳定剂能够屏蔽或者吸收紫外线的能量，使高分子聚合物在光的辐射下，排除或者减缓光化学反应的可能性，阻止或延迟光老化的过程，延长板材的使用寿命。热稳定剂能够阻止或延迟热老化的过程，增强板材的热稳定性，延长板材的使用寿命。
进一步地，所述发泡剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、叠氮化合物、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈中的一种或几种；所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、硬脂酸甘油酯、硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或几种。润滑剂能够促进氯化聚氯乙烯树脂的塑化；提高芯层熔体的强度，防止气泡的合并，以得到均匀发泡的制品。
进一步地，所述填充剂为碳酸钙、氧化硅、滑石粉、玻璃粉中的一种或几种。填充剂为耐热性能好的高熔点固体物质，能够改善板材的密度、硬度、弹性模量，提高板材的力学性能和冲击强度。
进一步地，所述耐热改性剂为n-苯基马来酰亚胺、n-2,6-二甲基苯基马来酰亚胺、n-2,4,6-三氯苯基马来酰亚胺中的一种或几种。
进一步地，所述改性交联剂的制备方法中，所述软单体为甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异辛酯中的一种或几种；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述偶联剂优选为kh550、kh560、kh570、kh792中的一种或几种。
进一步地，所述阻燃剂的制备方法中，所述抑烟剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑中的一种或几种，抑烟效果明显。所述表面活性剂为烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐中的一种或几种；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂ca、抗氧剂tnp中的一种或几种。
进一步地，s03中所述锥形双螺杆挤出机螺杆转速为20-30r/min，加工温度为150-180℃；s04中所述定型模具为真空水冷定型模具；s04中所述冷却速度为50-60℃/min，冷却后温度为25-35℃。
芯层熔体、保护层熔体制备过程中，热混机内为高速搅拌，有利于原料的充分混合；冷混机内为低速搅拌，有利于熔体形成稳定的结构。热混机内温度升至95-105℃后加入原料有利于排出原料中夹带的水分和挥发分，消除了发泡过程中因水分和挥发分的存在而使板材出现针眼、分层的问题。熔体制备完成后降温至30-50℃，该温度范围内熔体保持有一定的粘性和流动性，且该温度下熔体性质稳定，便于存储和运输，方便s03挤出过程中来料的取用。
锥形双螺杆挤出机具有良好的加料性能、混炼塑化性能、排气性能、挤出稳定性等特点，根据熔体的粘度选择20-30r/min的螺杆转速，根据熔体的组成选择加工温度为150-180℃。温度过低，熔体由于混合不均、成核少以及分散不均而形成大气泡；温度过高时，物料粘性降低，熔体强度变大，泡孔可相互结合变大，气体由熔体中向外部表面扩散，造成发泡过度，泡孔不均，有破孔；150-180℃温度适中，物料混合均匀，塑化良好，气体在熔体内溶解度增大且成核数量增多，发泡细腻均匀。
芯层熔体、保护层熔体分别用锥形双螺杆挤出机同时挤出，保护层覆盖在芯层表面，不会脱落，发泡的芯层能够降低板材的整体密度，降低运输成本，不发泡的保护层使得板材具有良好的硬度和耐候性能，板材表面光滑、光泽度高。
真空水冷定型模具定型效率高，冷却速度快，冷却温度稳定，熔体一经挤出就受到迅速的强制冷却，表面形成硬皮，制得的板材硬度高、表面光滑。
本发明具有以下优点：
1.本发明中交联聚氯乙烯板材制备过程中添加改性交联剂、耐热改性剂、阻燃剂，制备的板材硬度高，整体密度小，耐热性能好，具有优良的阻燃抑烟性能，板材表面光滑、光泽度高。
2.本发明中聚氯乙烯板材的制备工艺成熟，操作简单易行，适于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
s01，芯层熔体的制备：将热混机内温度升至100℃后，将质量百分比分别为51%的氯化聚氯乙烯树脂（聚合度为1000，含氯质量分数65%），5%的稳定剂，12%的改性交联剂，15%的碳酸氢铵，2%的氧化聚乙烯，15%的氧化硅加入热混机内，搅拌混合40min后，将混合物送入冷混机中，搅拌冷却至35℃，制得芯层熔体；所述稳定剂由羟基二苯甲酮与硬脂酸铝按质量比为2.5:1混合而成。
s02，保护层熔体的制备：将热混机内温度升至100℃后，将质量百分比分别为30%的氯化聚氯乙烯树脂（聚合度为1000，含氯质量分数65%），10%的稳定剂，10%的改性交联剂，15%的n-苯基马来酰亚胺，20%的阻燃剂，15%的氧化硅加入热混机内，搅拌混合40min后，将混合物送入冷混机中，搅拌冷却至35℃，制得保护层熔体；所述稳定剂由羟基二苯甲酮与硬脂酸铝按质量比为2.5:1混合而成。
s03，熔体的挤出：
将s01中制备的芯层熔体加入锥形双螺杆挤出机中，将s02中制备的保护层熔体加入另外一台锥形双螺杆挤出机中，进行同时挤出；螺杆转速20r/min，加工温度为150℃
s04，阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材的制备：
将s03中挤出的芯层熔体、挤出的保护层熔体通过分配器输送至定型模具中，进行冷却（冷却速度为50℃/min，冷却后温度为25℃。）、定型，定型后通过压辊牵引机压辊牵引，板面稳定后，采用纵向刀具裁边，采用横向刀具裁切成所需尺寸的聚氯乙烯板材，下架检验，包装成型，制得阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材；
所述改性交联剂的制备方法为：将质量百分比为35%的环氧树脂、20%的甲基丙烯酸环己酯、25%的二异氰酸酯、10%的氯化聚氯乙烯树脂（聚合度为1000，含氯质量分数65%）、10%的kh550偶联剂加入微波辐射反应器内，控制搅拌速度为500r/min，在100℃下反应0.5h，制得改性交联剂；
所述阻燃剂的制备方法为：将质量百分比分别为40%的氢氧化铝、25%的八钼酸铵、18%的三氧化钼加入陶瓷球磨机中，球磨过程中珠子大小比为大:中:小=1:1:3，球磨25min后，使用250目震动筛过筛，然后将过筛后的混合物颗粒转入微波辐射反应器内，再加入质量百分比为15%的十二烷基磺酸钠和质量百分比为2%的抗氧剂1010，控制搅拌速度为400r/min，在150℃下反应1h，制得所述阻燃剂。
实施例2
s01，芯层熔体的制备：将热混机内温度升至100℃后，将质量百分比分别为43%的氯化聚氯乙烯树脂（聚合度为1000，含氯质量分数65%），10%的稳定剂，20%的改性交联剂，12%的碳酸氢铵，5%的氧化聚乙烯，10%的氧化硅加入热混机内，搅拌混合40min后，将混合物送入冷混机中，搅拌冷却至35℃，制得芯层熔体；所述稳定剂由羟基二苯甲酮与硬脂酸铝按质量比为2.5:1混合而成。
s02，保护层熔体的制备：将热混机内温度升至100℃后，将质量百分比分别为35%的氯化聚氯乙烯树脂（聚合度为1000，含氯质量分数65%），5%的稳定剂，15%的改性交联剂，10%的n-苯基马来酰亚胺，15%的阻燃剂，20%的氧化硅加入热混机内，搅拌混合40min后，将混合物送入冷混机中，搅拌冷却至35℃，制得保护层熔体；所述稳定剂由羟基二苯甲酮与硬脂酸铝按质量比为2.5:1混合而成。
s03，熔体的挤出：
将s01中制备的芯层熔体加入锥形双螺杆挤出机中，将s02中制备的保护层熔体加入另外一台锥形双螺杆挤出机中，进行同时挤出；螺杆转速20r/min，加工温度为150℃
s04，阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材的制备：
将s03中挤出的芯层熔体、挤出的保护层熔体通过分配器输送至定型模具中，进行冷却（冷却速度为50℃/min，冷却后温度为25℃。）、定型，定型后通过压辊牵引机压辊牵引，板面稳定后，采用纵向刀具裁边，采用横向刀具裁切成所需尺寸的聚氯乙烯板材，下架检验，包装成型，制得阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材；
所述改性交联剂的制备方法为：将质量百分比为37%的环氧树脂、10%的甲基丙烯酸环己酯、30%的二异氰酸酯、15%的氯化聚氯乙烯树脂（聚合度为1000，含氯质量分数65%）、8%的kh550偶联剂加入微波辐射反应器内，控制搅拌速度为500r/min，在100℃下反应0.5h，制得改性交联剂；
所述阻燃剂的制备方法为：将质量百分比分别为35%的氢氧化铝、25%的八钼酸铵、20%的三氧化钼加入陶瓷球磨机中，球磨过程中珠子大小比为大:中:小=1:1:3，球磨25min后，使用250目震动筛过筛，然后将过筛后的混合物颗粒转入微波辐射反应器内，再加入质量百分比为10%的十二烷基磺酸钠和质量百分比为10%的抗氧剂1010，控制搅拌速度为400r/min，在150℃下反应1h，制得所述阻燃剂。
实施例3
s01，芯层熔体的制备：将热混机内温度升至100℃后，将质量百分比分别为50%的氯化聚氯乙烯树脂（聚合度为1000，含氯质量分数65%），8%的稳定剂，15%的改性交联剂，10%的碳酸氢铵，2%的氧化聚乙烯，15%的氧化硅加入热混机内，搅拌混合40min后，将混合物送入冷混机中，搅拌冷却至35℃，制得芯层熔体；所述稳定剂由羟基二苯甲酮与硬脂酸铝按质量比为2.5:1混合而成。
s02，保护层熔体的制备：将热混机内温度升至100℃后，将质量百分比分别为31%的氯化聚氯乙烯树脂（聚合度为1000，含氯质量分数65%），8%的稳定剂，12%的改性交联剂，12%的n-苯基马来酰亚胺，22%的阻燃剂，15%的氧化硅加入热混机内，搅拌混合40min后，将混合物送入冷混机中，搅拌冷却至35℃，制得保护层熔体；所述稳定剂由羟基二苯甲酮与硬脂酸铝按质量比为2.5:1混合而成。
s03，熔体的挤出：
将s01中制备的芯层熔体加入锥形双螺杆挤出机中，将s02中制备的保护层熔体加入另外一台锥形双螺杆挤出机中，进行同时挤出；螺杆转速20r/min，加工温度为150℃
s04，阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材的制备：
将s03中挤出的芯层熔体、挤出的保护层熔体通过分配器输送至定型模具中，进行冷却（冷却速度为50℃/min，冷却后温度为25℃。）、定型，定型后通过压辊牵引机压辊牵引，板面稳定后，采用纵向刀具裁边，采用横向刀具裁切成所需尺寸的聚氯乙烯板材，下架检验，包装成型，制得阻燃抑烟交联聚氯乙烯板材；
所述改性交联剂的制备方法为：将质量百分比为35%的环氧树脂、25%的甲基丙烯酸环己酯、25%的二异氰酸酯、10%的氯化聚氯乙烯树脂（聚合度为1000，含氯质量分数65%）、5%的kh550偶联剂加入微波辐射反应器内，控制搅拌速度为500r/min，在100℃下反应0.5h，制得改性交联剂；
所述阻燃剂的制备方法为：将质量百分比分别为37%的氢氧化铝、20%的八钼酸铵、25%的三氧化钼加入陶瓷球磨机中，球磨过程中珠子大小比为大:中:小=1:1:3，球磨25min后，使用250目震动筛过筛，然后将过筛后的混合物颗粒转入微波辐射反应器内，再加入质量百分比为10%的十二烷基磺酸钠和质量百分比为5%的抗氧剂1010，控制搅拌速度为400r/min，在150℃下反应1h，制得所述阻燃剂。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。