一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于长玻纤增强聚丙烯材料及制备技术领域，尤其涉及一种无卤阻燃长玻 纤增强聚丙烯材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 长玻纤增强聚丙烯LGFPP具有以下显著优点：良好的冲击强度、弯曲强度、拉伸强 度、耐高温、尺寸稳定性好、优异的耐疲劳性能等，在汽车、电器、航空等工业领域获得广泛 应用。但是LGFPP存在"灯芯效应"，极限氧指数值很低；是一种容易燃烧的材料，并且燃烧 过程发热量大。LGFPP阻燃性能的达不到在某些领域的要求，因此需要对其进行阻燃改性。 目前工业上用于LGFPP阻燃改性添加的阻燃剂较多的是卤素阻燃剂，虽然卤素阻燃剂的阻 燃效果非常不错的，但从环保角度上讲，其燃烧时会放出有毒和腐蚀性气体等，会造成二次 污染。因此，开发一个合适的无卤阻燃玻纤增强聚丙烯体系，获得具有优良阻燃性能、较高 力学性能和性价比高的无卤阻燃玻纤增强聚丙烯技术是很有意义的。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题：提供一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方 法，以解决现有技术的LGFPP材料采用卤素阻燃剂存在的燃烧时会放出有毒和腐蚀性气体 等，会造成二次污染，力学性能和性价比低等技术问题。
[0004] 本发明技术方案： 一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯材料，按质量份计，该材料原料成分包括：聚丙烯 45-75份，长玻纤15-40份，相容剂6-13份，抗氧剂0.6-1. 4份，膨胀型阻燃剂8-25份和 协效剂2-15份，所述长玻纤为直径5-20微米的连续玻璃纤维，相容剂马来酸酐接枝PP 相容剂，抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯。
[0005] 所述膨胀型阻燃剂为以季戊四醇为基的笼状磷酸酯或季戊四醇和三聚氰胺聚磷 酸盐或三聚氰胺的混合物。
[0006] 所述以季戊四醇为基的笼状磷酸酯或季戊四醇含量为6-18份；三聚氰胺聚磷酸 盐或三聚氰胺含量为2-15份。
[0007] 所述的协效剂为呈块状、土状或纤维状集合体的海泡石，海泡石的结晶水、吸附水 和结构水总含量在5-18%，采用浓度为0. 1-3. 2mol/L盐酸进行酸化处理。
[0008] 所述的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，它包括： 步骤1、按照原料成分质量份比例：聚丙烯45-75份，长玻纤15-40份，相容剂6-13份 ，抗氧剂〇. 6-1. 4份，膨胀型阻燃剂8-25份和协效剂2-15份准备好各种原料； 步骤2、取35-50份聚丙烯和2-7份相容剂通过干燥处理，干燥温度70-90°C，干燥时间 6-10h ； 步骤3、将干燥后的聚丙烯和相容剂与0. 2-0. 5份抗氧剂混合均匀后投入到双螺杆挤 出机中进行共混挤出，双螺杆挤出机温度设定为160-215Γ ; 步骤4、将挤出后的熔体通过浸渍流道对15-40份玻璃纤维进行浸渍，获得玻璃纤维浸 渍料条； 步骤5、取10-40份聚丙烯、8-25份膨胀型阻燃剂和2-15份酸化处理后的海泡石及 4-11份相容剂经过干燥处理； 步骤6、将步骤5中干燥后的各原料与0. 4-0. 9份抗氧剂进行混合，将原料混合均匀后 加入挤出机中进行共混挤出； 步骤7、将挤出后的混合原料包覆在步骤4所述的玻璃纤维浸渍料条上，冷却后切粒成 10~14 mm的颗粒，获得无卤阻燃长纤维增强聚丙烯复合材料。
[0009] 本发明有益效果： 本发明采用了上述技术方案，与现有技术比较，本发明采用聚丙烯作为基体树脂，以马 来酸酐接枝PP作为相容剂，该相容剂增强了玻璃纤维和聚丙烯树脂的界面结合力，且采用 一步法制备无卤阻燃长纤维增强聚丙烯复合材料，即将连续的纤维通过浸渍模具完成基体 树脂对纤维的浸渍，最后在包覆模具中完成带有无卤阻燃剂的基体熔体在浸渍料条上的包 覆；玻纤增强聚丙烯材料中加入无卤阻燃剂不仅得到了很好的阻燃效果，有效地减缓了玻 纤的"灯芯效应"，而且避免使用卤系阻燃剂所带来的环境污染问题；本发明无卤阻燃长玻 纤增强聚丙烯材料具有较好的机械性能、阻燃性能优良，且降低生产成本，产品的竞争力得 到提升，解决了现有技术的LGFPP材料采用卤素阻燃剂存在的燃烧时会放出有毒和腐蚀性 气体等，会造成二次污染，力学性能和性价比低等技术问题。
【具体实施方式】
[0010] -种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯材料，按质量份计，该材料原料成分包括：聚丙烯 45-75份，长玻纤15-40份，相容剂6-13份，抗氧剂0.6-1. 4份，膨胀型阻燃剂8-25份 和协效剂2-15份，所述长玻纤为直径5-20微米的连续玻璃纤维，相容剂马来酸酐接枝 PP相容剂。增加 PP与玻璃纤维的相容性，使复合材料的力学性能显著提高），抗氧剂为四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯。它具有低毒，无味，优良的相容性； 能够延缓或者阻止复合材料氧化或自动氧化过程，从而延长材料的使用寿命。
[0011] 所述聚丙烯为熔体流动速率为200°C下100g/10 min。优势：流动性好，易于成型 加工。
[0012] 所述膨胀型阻燃剂包括：以季戊四醇为基的笼状磷酸酯或季戊四醇6-18份和三 聚氰胺聚磷酸盐或三聚氰胺2-15份。本发明采用季戊四醇为基的笼状磷酸酯含有季戊四 醇作为骨架，具有优良的成炭性；由于三聚氰胺聚磷酸盐和季戊四醇为基的笼状磷酸酯中 都含有磷酸酯，酸源和碳源分解生成较大浓度的聚偏磷酸和致密的炭层覆盖在材料表面， 起到阻碍聚合物与热源之间的热传导以及氧气的扩散；并且三聚氰胺聚磷酸盐能够分解释 放不可燃气体三聚氰胺，有效的稀释了材料周围氧气的浓度，起到气相阻燃的效果。当三聚 氰胺聚磷酸盐的含量很低时，尽管材料中炭量增加，但是由于缺乏足够的气源和酸源使材 料膨胀成炭；当三聚氰胺聚磷酸盐的含量较高时，由于玻纤容易破坏炭层的连续性，导致形 成的炭层相对比较脆弱，当三聚氰胺聚磷酸盐产生较多的气体时，会影响炭层结构。
[0013] 所述的协效剂为呈块状、土状或纤维状集合体的海泡石，海泡石的结晶水、吸附水 和结构水总含量在5-18%，采用浓度为0. 1-3. 2mol/L盐酸进行酸化处理。
[0014] 本发明选用海泡石作为协效剂其优点有：1、海泡石具有较高的长径比，比表面积 理论值高达900 m2/g，热稳定性好，可作为催化剂载体可用于聚合物的改性；海泡石的一 些表面性质，如表面弱酸性（Si-OH)等，使其本身可以催化某些反应；2、结晶水、吸附水 和结构水总含量是其重要参数，在燃烧过程中使海泡石脱去结晶水、吸附水和结构水，使其 吸收大量的热量，起到吸热冷却的阻燃效果；3、经过酸处理后的海泡石可以减少海泡石中 杂质的含量，同时海泡石表面的部分Mg2+被H+取代，可以增加海泡石表面活泼的Si-OH数 量。同时在升温过程中以季戊四醇为基的笼状磷酸酯开环降解形成的焦磷酸盐与海泡石表 面活泼的Si-OH生成含Si-O-P键稳定的交联炭层，Si-O-P键的形成能够抑制了焦聚磷酸 盐的热降解，使更多的磷参与酯化反应，提高炭层的含量，增强炭层的强度，从而提高膨胀 炭层的稳定性，从而起到良好阻燃效果。
[0015] 所述的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，它包括： 步骤1、按照原料成分质量份比例：聚丙烯45-75份，长玻纤15-40份，相容剂6-13 份，抗氧剂〇. 6-1. 4份，膨胀型阻燃剂8-25份和协效剂2-15份准备好各种原料； 步骤2、取35-50份聚丙烯和2-7份相容剂通过干燥处理，干燥温度70-90°C，干燥时间 6-10h ； 步骤3、将干燥后的聚丙烯和相容剂与0. 2-0. 5份抗氧剂混合均匀后投入到双螺杆挤 出机中进行共混挤出，双螺杆挤出机温度设定为160-215