专利名称：乙烯-醋酸乙烯酯基无卤阻燃导电高分子复合材料的制作方法
技术领域：
本发明属于高分子复合材料领域，涉及一种具有阻燃及导电功能的高分子复合材料，尤其涉及一种以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为基体的无卤阻燃导电高分子复合材料，主要用于建筑建材、电线电缆、家电制造及电子行业等领域。
背景技术：
对聚合物的改性已经成为目前研究开发的热点之一，但是随着社会经济的发展与进步，单一功能的高分子复合材料已经不满足当今人民生活的需求。众所周知，塑料、橡胶、 纤维和涂料这些高分子材料氧指数很低，很容易遇明火时在空气中燃烧，一旦这些材料燃烧，将给国家和人民生命财产安全带来无法估计的灾难和损失，所以阻燃材料在建筑，家电等领域发挥着举足轻重的作用。由于含卤阻燃材料一旦燃烧，会释放有毒以及腐蚀性气体， 因而它的应用受到严格限制，所以，无卤抑烟阻燃剂应运而生。另外，通用高分子聚合物的体积电阻率较高，几乎不导电，但塑料制品在生产、运输、使用过程中会产生静电，产品易吸尘，不易成型加工，还可能因塑料静电而引起燃烧和爆炸，并且导电高分子材料在电线电缆包线、电子工业等诸多领域应用广泛，因此发展功能性导电高分子材料具有重要意义，产品也具有非常广阔的应用前景。中国专利200710134374. 2公开了一种以片状纳米氢氧化镁、红磷、膨胀石墨，三聚氰胺，聚磷酸铵、季戊四醇为复合阻燃剂制备的阻燃涂料，该专利中使用了化学型膨胀阻燃体系，但该体系具有容易吸湿、析出、热稳定性差的缺点；中国专利200510095426. 0公开了一种以膨胀石墨、红磷、聚磷酸铵和磷酸三乙酯为改性聚合物的导电阻燃填料，这样虽然赋予聚合物有一定的导电阻燃性能，但是由于密度较小的膨胀石墨存在，带来操作不便，并且所制备复合材料的电阻率较高，不能满足大部分行业的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种无卤阻燃导电高分子复合材料。本发明的无卤阻燃导电高分子复合材料，是以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为基体， 以坡缕石，三聚氰胺多聚磷酸酯、蛭石、导电炭黑作为复合添加体系，以常规的炼塑工艺熔融密炼而成。坡缕石显微结构呈现基本结构单元棒晶(棒晶呈针状)或单元棒晶紧密平行聚集而成的棒晶簇，它们有与长度方向一致的微孔，孔内含有阻燃元素镁、铝、硅酸盐以及不同类型的水(结晶水、羟基结构水、沸石分子水和包结水)。在受热过程中，这些水能够带走热量并稀释空气，另外坡缕石所含的金属氧化物能够致密的覆盖在燃烧物表面，使得其他阻燃剂所形成的碳层更加紧密。三聚氰胺多聚磷酸酯能够在高温下产生磷酸或者磷酸的化合物，催化聚合物基体交联成炭，生成的炭层覆盖在复合材料表面，该化合物在高温下也能够产生大量的氨气，稀释可燃气体及助燃气体的浓度。在复合材料燃烧过程中，蛭石以20(Γ300倍的体积膨胀，使得聚合物生成的碳层更加紧密，从而使得碳层的隔热性能大大提高，起到协同阻燃的效果。
导电炭黑在整个体系中的最佳填充量，使之达到渗滤阈值，形成有效的导电网络。本复合添加体系中，三聚氰胺多聚磷酸酯及蛭石均为膨胀型阻燃剂，在复合材料的阻燃中承担气源、酸源及碳源的作用；坡缕石粘土通过释放水蒸汽降低燃烧物表面温度及稀释可燃或助燃气体的浓度来起到阻燃协效剂的作用，另外其生成的金属氧化物使得炭层更加紧密；导电炭黑既承担导电的作用，也为聚合物燃烧形成坚实的碳层提供大量的碳资源。在综合考虑阻燃性能和电性能而又较小的影响力学性能和机械加工性能的情况下，使复合阻燃剂与导电填料有一个最佳的添加量平衡点。大量实验证明，当坡缕石的添加量为基体乙烯-醋酸乙烯酯共聚物质量的5 20%，三聚氰胺多聚磷酸酯的添加量为基体质量的1(Γ25%，蛭石的添加量为基体质量的3 15%，导电炭黑的添加量控制在基体质量的 5 25%时，该复合材料都具有良好的阻燃性能、电性能及力学性能。经测定，本发明的无卤阻燃导电复合材料的氧指数为28. 5 33. 2，水平燃烧达到 FH-I级，垂直燃烧达到UL94V-0级；电阻率为IO4 Ω ·αιΓ Ο° Ω .cm,抗拉强度为10. 7MPa 12. 2 MPa，断裂伸长率为690. 7 535. 3 %，烟密度为(无烟条件下)24广291，各类指标完全满足行业标准YD/T 1113-2001的要求，主要用于建筑建材、电线电缆、家电制造及电子行业等领域。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明复合材料的制备和性能作进一步说明。实施例1 将乙烯-醋酸乙烯酯100份置于密炼机中，在120 °C预热5min，加入抗氧化剂0. 25份，润滑剂1. 5份，坡缕石5份，三聚氰胺多聚磷酸酯10份，蛭石3份，导电炭黑T-80 5份，在120 °C和转速60 rpm的条件下熔融共混15 min ；将熔融共混物取下在平板硫化机上压片(平板硫化机温度120°C)后，置于模具中，预热5 min，在15 Mpa条件下热压7 min，然后迅速在15 Mpa下冷压5 min成型。在RH-7010冲片机上制样。测试氧指数的试样为15X5X3 mm，测试电阻率试样为110X50 mm，测试拉伸性能是哑铃状的试样。制备前，干聚合物基体及所有填料和助剂均在70 °C下干燥12 h。测试结果为氧指数为28. 5，水平燃烧达到FH-I级，垂直燃烧达到UL94V-0级；电阻率为IO4 Ω · cm,抗拉强度为12. 2MPa,断裂伸长率为690. 7 %，烟密度为(无烟条件下) 291。实施例2 将乙烯-醋酸乙烯酯100份置于密炼机中，在130 °C预热5min，加入抗氧化剂0. 25份，润滑剂1. 5份，坡缕石20份，三聚氰胺多聚磷酸酯25份，蛭石25份，导电炭黑T-80 25份，在130 °C和转速60 rpm的条件下熔融共混15 min ；将熔融共混物取下在平板硫化机上压片(平板硫化机温度130°C)后，置于模具中，预热5 min，在15 Mpa条件下热压7 min，然后迅速在15 Mpa下冷压5 min成型。在RH-7010冲片机上制样。测试氧指数的试样为15X5X3 mm，测试电阻率试样为110X50 mm，测试拉伸性能是哑铃状的试样。制备前，干聚合物基体及所有填料和助剂均在70 °C下干燥12 h。
测试结果为氧指数为33. 2，水平燃烧达到FH-I级，垂直燃烧达到UL94V-0级；电阻率为10° Ω · cm，抗拉强度为10. 7 MPa，断裂伸长率为535. 3 %，烟密度为(无烟条件下) 241。实施例3 将乙烯-醋酸乙烯酯100份置于密炼机中，在130 °C预热5min，加入抗氧化剂0. 25份，润滑剂1. 5份，坡缕石10份，三聚氰胺多聚磷酸酯15份，蛭石7份，导电炭黑VXC-72R 15份，在130 °C和转速60 rpm的条件下熔融共混15 min ；将熔融共混物取下在平板硫化机上压片(平板硫化机温度130°C)后，置于模具中，预热5 min，在15 Mpa条件下热压7 min，然后迅速在15 Mpa下冷压5 min成型。在RH-7010冲片机上制样。测试氧指数的试样为15X5X3 mm，测试电阻率试样为110X50 mm，测试拉伸性能是哑铃状的试样。制备前，干聚合物基体及所有填料和助剂均在70 °C下干燥12 h。测试结果为氧指数为30，水平燃烧达到FH-I级，垂直燃烧达到UL94V-0级；电阻率为320 Ω · cm，抗拉强度为10. 9 MPa，断裂伸长率为668. 6 %，烟密度为(无烟条件下) 262。实施例4 将乙烯-醋酸乙烯酯100份置于密炼机中，在130 °C预热5min，加入抗氧化剂0. 25份，润滑剂1. 5份，坡缕石15份，三聚氰胺多聚磷酸酯10份，蛭石9份，导电炭黑F-900 20份，在130 °C和转速60 rpm的条件下熔融共混15 min ；将熔融共混物取下在平板硫化机上压片(平板硫化机温度130°C)后，置于模具中，预热5 min，在15 Mpa条件下热压7 min，然后迅速在15 Mpa下冷压5 min成型。在RH-7010冲片机上制样。测试氧指数的试样为15X5X3 mm，测试电阻率试样为110X50 mm，测试拉伸性能是哑铃状的试样。制备前，干聚合物基体及所有填料和助剂均在70 °C下干燥12 h。测试结果为氧指数为29. 0，水平燃烧达到FH-I级，垂直燃烧达到UL94V-0级；电阻率为72. 6 Ω ·_，抗拉强度为11.8 MPa，断裂伸长率为675. 3 %，烟密度为(无烟条件下) 270。实施例5 将乙烯-醋酸乙烯酯100份置于密炼机中，在130 °C预热5min，加入抗氧化剂0. 25份，润滑剂1. 5份，坡缕石10份，三聚氰胺多聚磷酸酯20份，蛭石10份，导电炭黑F-900 15份，在130 °C和转速60 rpm的条件下熔融共混15 min ；将熔融共混物取下在平板硫化机上压片(平板硫化机温度130°C)后，置于模具中，预热5 min，在15 Mpa条件下热压7 min，然后迅速在15 Mpa下冷压5 min成型。在RH-7010冲片机上制样。测试氧指数的试样为15X5X3 mm，测试电阻率试样为110X50 mm，测试拉伸性能是哑铃状的试样。制备前，干聚合物基体及所有填料和助剂均在70 °C下干燥12 h。测试结果为氧指数为33. 1，水平燃烧达到FH-I级，垂直燃烧达到UL94V-0级；电阻率为290 Ω ·_，抗拉强度为11.5 MPa，断裂伸长率为589. 2 %，烟密度为(无烟条件下) 269。实施例6 将乙烯-醋酸乙烯酯100份置于密炼机中，在130 °C预热5min，加入抗氧化剂0. 25份，润滑剂1. 5份，坡缕石10份，三聚氰胺多聚磷酸酯10份，蛭石15份，导电炭黑T-80 20份，在130 °C和转速60 rpm的条件下熔融共混15 min ；将熔融共混物取下在平板硫化机上压片(平板硫化机温度130°C)后，置于模具中，预热5 min，在15 Mpa条件下热压7 min，然后迅速在15 Mpa下冷压5 min成型。在RH-7010冲片机上制样。测试氧指数的试样为15X5X3 mm，测试电阻率试样为110X50 mm，测试拉伸性能是哑铃状的试样。
制备前，干聚合物基体及所有填料和助剂均在70 °C下干燥12 h。测试结果为氧指数为32. 8，水平燃烧达到FH-I级，垂直燃烧达到UL94V-0级；电阻率为65. 9 Ω · cm，抗拉强度为11. 0 MPa，断裂伸长率为670. 3%，烟密度为(无烟条件下) 251。实施例7 将乙烯-醋酸乙烯酯100份置于密炼机中，在130 °C预热5min，加入抗氧化剂0. 25份，润滑剂1. 5份，坡缕石9份，三聚氰胺多聚磷酸酯23份，蛭石11份，导电炭黑VXC-72R 15份，在130 °C和转速60 rpm的条件下熔融共混15 min ；将熔融共混物取下在平板硫化机上压片(平板硫化机温度130°C)后，置于模具中，预热5 min，在15 Mpa条件下热压7 min，然后迅速在15 Mpa下冷压5 min成型。在RH-7010冲片机上制样。测试氧指数的试样为15X5X3 mm，测试电阻率试样为110X50 mm，测试拉伸性能是哑铃状的试样。制备前，干聚合物基体及所有填料和助剂均在70 °C下干燥12 h。测试结果为氧指数为30. 2，水平燃烧达到FH-I级，垂直燃烧达到UL94V-0级；电阻率为210 Ω ·_，抗拉强度为11.5 MPa，断裂伸长率为620. 4 %，烟密度为(无烟条件下) 260。上述各实施例中，抗氧化剂、润滑剂均采用常规的抗氧化剂(如亚磷酸三苯酯， (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚))、 润滑剂(如乙硬脂酸单甘油酯(GMS)，三硬脂酸甘油酯(HTG)，撑基双硬酯酰胺(EBS))。
权利要求
1.一种乙烯-醋酸乙烯酯基无卤阻燃导电高分子复合材料，是以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为基体，以坡缕石，三聚氰胺多聚磷酸酯、蛭石、导电炭黑为复合添加体系，以常规的炼塑工艺熔融密炼而成。
2.如权利要求1所述乙烯-醋酸乙烯酯基无卤阻燃导电高分子复合材料，其特征在于 所述坡缕石的添加量为基体乙烯_醋酸乙烯酯共聚物质量的5 20%。
3.如权利要求1所述乙烯-醋酸乙烯酯基无卤阻燃导电高分子复合材料，其特征在于 所述三聚氰胺多聚磷酸酯的添加量为基体乙烯_醋酸乙烯酯共聚物质量的1(Γ25%。
4.如权利要求1所述乙烯-醋酸乙烯酯基无卤阻燃导电高分子复合材料，其特征在于 所述蛭石的添加量为基体乙烯_醋酸乙烯酯共聚物质量的3 15%。
5.如权利要求1所述乙烯-醋酸乙烯酯基无卤阻燃导电高分子复合材料，其特征在于 所述导电炭黑的添加量为基体乙烯_醋酸乙烯酯共聚物质量的5 25%。
6.如权利要求1所述乙烯-醋酸乙烯酯基无卤阻燃导电高分子复合材料，其特征在于 所述导电炭黑为F-900，T-80, VXC-72R。
全文摘要
本发明提供了一种以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为基体的无卤阻燃导电高分子复合材料，其以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为基体，以坡缕石，三聚氰胺多聚磷酸酯、蛭石、导电炭黑为复合添加体系，熔融密炼而成。经测定，本发明的无卤阻燃导电复合材料的氧指数为28.5~33.2，水平燃烧达到FH-1级，垂直燃烧达到UL94V-0级；电阻率为104Ω·cm~100Ω·cm，抗拉强度为10.7MPa~12.2MPa，断裂伸长率为690.7~535.3%，烟密度为(无烟条件下)241~291，各类指标完全满足行业标准YD/T1113-2001的要求，主要用于建筑建材、电线电缆、家电制造及电子行业等领域。
文档编号C08K5/521GK102492214SQ20111043229
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者张哲 , 张虎, 李文锋, 杨尧霞, 武战翠, 许剑, 雷自强, 马恒昌 申请人:西北师范大学