一种阻燃剂、使用该阻燃剂的超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种阻燃剂，以下重量份数的组分组成：聚磷酸铵5～20份、季戊四醇5～20份、蒙脱土5～13.5份、炭黑0.2份；同时还公开了使用该阻燃剂的超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法。本发明的阻燃剂，加入超高分子量聚乙烯粉中制备阻燃复合材料，阻燃剂分布于超高分子量聚乙烯粉间隙，低添加量便可在制品内部形成网络状阻燃层，提高阻燃效率；炭黑的介电损耗高，在制备过程中产生热效应，进一步促进超高分子量聚乙烯粉熔融，改善复合材料的力学性能；所得超高分子量聚乙烯复合材料同时具有良好的力学性能和阻燃性能。
【专利说明】一种阻燃剂、使用该阻燃剂的超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于阻燃复合材料【技术领域】，具体涉及一种阻燃剂，同时还涉及使用该阻燃剂的超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是分子量100万以上、具有优异综合性能的热塑性工程塑料。超高分子量聚乙烯管材在2001年被中国科学技术部列为国家科技成果重点推广计划，属化工类新材料、新产品。国家计委科技部将超高分子量聚乙烯管材列为当前优先发展的高科技产业重点领域项目。UHMWPE具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性，卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等，上述特性使其广泛应用于纺织、造纸、食品机械、运输、医疗、煤矿、化工等领域。
[0003]由于UHMWPE熔融状态的粘度高达108Pa*s，流动性极差，其熔体指数几乎为零，所以很难用一般的聚合物成型加工方法进行加工。模压是UHMWPE最常用的加工方法，但是现有的模压法生产效率低，在加工过程中UHMWPE易发生氧化和降解，使其强度下降。同时，UHMWPE氧指数仅有17%左右，属易燃材料，高温受热降解成低分子量物质，极易传播火焰，引发火灾，使其在许多领域的应用受到限制。在采用模压法制备阻燃型UHMWPE时，由于UHMWPE具有极高的粘度，使得阻燃剂只能分布于UHMWPE粉末间隙。而分布于UHMWPE间隙的阻燃剂会限制UHMWPE粉末的相互熔融，从而降低其加工效率，且其强度也会显著下降。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种阻燃剂，在保证聚乙烯复合材料的力学性能的同时，提高其阻燃性能。
`[0005]本发明的第二个目的是提供一种使用上述阻燃剂的超高分子量聚乙烯复合材料。
[0006]本发明的第二个目的是提供一种超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法。
[0007]为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是:一种阻燃剂，由以下重量份数的组分组成:聚磷酸铵5~20份、季戊四醇5~20份、蒙脱土 5~13.5份、炭黑0.2份。
[0008]所述炭黑的粒径为20~25nm。
[0009]一种使用上述阻燃剂的超高分子量聚乙烯复合材料，由以下重量份数的组分组成:超高分子量聚乙烯粉60~80份、聚磷酸铵5~20份、季戊四醇5~20份、蒙脱土 5~13.5份、炭黑0.2份。
[0010]一种上述的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，包括下列步骤:
[0011]I)取聚磷酸铵、季戊四醇、蒙脱土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑混合并搅拌，得混合物料；
[0012]2)将步骤I)所得混合物料放入平板硫化机的模具中，3~50MPa加压2~3min排出混合物料中的气体后，在180~210°C、3~50MPa条件下保压15min ；[0013]3)将模具停止加热，保持5~50MPa压力冷却至室温，脱模；
[0014]4)将脱模后的制品微波辐照3min，即得。
[0015]步骤I)中所述搅拌的转速为9000rpm，搅拌的时间为3min。
[0016]步骤4)中所述微波辐照的功率为500~800W。
[0017]本发明的阻燃剂，采用无卤、低烟、低毒的蒙脱土作为无机阻燃剂与聚磷酸铵、季戊四醇这两种膨胀阻燃剂进行复配，并加入炭黑作为协效阻燃剂，阻燃效率高；将该阻燃剂加入超高分子量聚乙烯粉中制备阻燃复合材料，阻燃剂分布于超高分子量聚乙烯粉间隙，低添加量便可在制品内部形成网络状阻燃层，提高阻燃效率；炭黑的介电损耗高，在制备过程中产生热效应，进一步促进超高分子量聚乙烯粉熔融，改善复合材料的力学性能；所得超高分子量聚乙烯复合材料同时具有良好的力学性能和阻燃性能。[0018]本发明的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，将超高分子量聚乙烯粉与阻燃剂混合后采用模压法直接热压成型，成型制品再经微波辐照，利用微波辐照过程中炭黑产生的热效应，进一步促进超高分子量聚乙烯熔融，改善复合材料的力学性能；在保证复合材料力学性能的同时，提高复合材料的阻燃性能；工艺简单、操作方便，加工效率高，适合大规模工业化生产。
【具体实施方式】
[0019]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0020]实施例1
[0021]本实施例的阻燃剂，由以下重量份数的组分组成:聚磷酸铵6.5份、季戊四醇6.5份、蒙脱土 6.5份、炭黑0.2份。所述炭黑的粒径为20~25nm。
[0022]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料，由以下重量份数的组分组成:超高分子量聚乙烯粉80份、聚磷酸铵6.5份、季戊四醇6.5份、蒙脱土 6.5份、炭黑0.2份。
[0023]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，包括下列步骤:
[0024]I)取聚磷酸铵、季戊四醇、蒙脱土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑，放入高速搅拌机，混合并搅拌，搅拌的转速为9000rpm,搅拌时间为5min,得混合物料；
[0025]2)将步骤I)所得混合物料平铺至平板模具中，覆盖聚酯膜，将模具合拢，放至高压平板硫化机中，50MPa条件下加压2min，排出模具及混合物料中的气体；排气结束后，启动平板硫化机，在185°C、50MPa条件下保压15min ；
[0026]3)将模具停止加热，保持50MPa压力冷却至室温，脱模；
[0027]4)将脱模后的制品微波辐照3min，微波辐照的功率为500W，即得。
[0028]实施例2
[0029]本实施例的阻燃剂，由以下重量份数的组分组成:聚磷酸铵10份、季戊四醇10份、蒙脱土 10份、炭黑0.2份。所述炭黑的粒径为20~25nm。
[0030]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料，由以下重量份数的组分组成:超高分子量聚乙烯粉70份、聚磷酸铵10份、季戊四醇10份、蒙脱土 10份、炭黑0.2份。
[0031]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，包括下列步骤:
[0032]I)取聚磷酸铵、季戊四醇、蒙脱土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑，放入高速搅拌机，混合并搅拌，搅拌的转速为9000rpm,搅拌时间为5min,得混合物料；[0033]2)将步骤I)所得混合物料平铺至平板模具中，覆盖聚酯膜，将模具合拢，放至平板高压硫化机中，3MPa条件下加压3min，排出模具及混合物料中的气体；排气结束后，启动平板硫化机，在210°C、3MPa条件下保压15min ；
[0034]3)将模具停止加热，保持5MPa压力冷却至室温，脱模；
[0035]4)将脱模后的制品微波辐照3min，微波辐照的功率为800W，即得。
[0036]实施例3
[0037]本实施例的阻燃剂，由以下重量份数的组分组成:聚磷酸铵13.5份、季戊四醇
13.5份、蒙脱土 13.5份、碳纳米管0.2份。所述炭黑的粒径为20~25nm。
[0038]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料，由以下重量份数的组分组成:超高分子量聚乙烯粉60份、聚磷酸铵13.5份、季戊四醇13.5份、蒙脱土 13.5份、炭黑0.2份。
[0039]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，包括下列步骤:
[0040]I)取聚磷酸铵、季戊四醇、蒙脱土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑，放入高速搅拌机，混合并搅拌，搅拌的转速为9000rpm,搅拌时间为5min,得混合物料；
[0041 ] 2)将步骤I)所得混合物料平铺至平板模具中，覆盖聚酯膜，将模具合拢，放至平板高压硫化机中，25MPa条件下加压2.5min，排出模具及混合物料中的气体；排气结束后，启动平板硫化机，在180°C、25MPa条件下保压15min ；
[0042]3)将模具停止加热，保持25MPa压力冷却至室温，脱模；
[0043]4)将脱模后的制品微波辐照3min，微波辐照的功率为600W，即得。
[0044]实施例4
[0045]本实施例的阻燃剂，由以下重量份数的组分组成:聚磷酸铵5份、季戊四醇10份、蒙脱土 5份、碳纳米管0.2份。所述炭黑的粒径为20~25nm。
[0046]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料，由以下重量份数的组分组成:超高分子量聚乙烯粉80份、聚磷酸铵5份、季戊四醇10份、蒙脱土 5份、碳纳米管0.2份。
[0047]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法同实施例1。
[0048]实施例5
[0049]本实施例的阻燃剂，由以下重量份数的组分组成:聚磷酸铵7.5份、季戊四醇15份、蒙脱土 7.5份、碳纳米管0.2份。所述炭黑的粒径为20~25nm。
[0050]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料，由以下重量份数的组分组成:超高分子量聚乙烯粉70份、聚磷酸铵7.5份、季戊四醇15份、蒙脱土 7.5份、碳纳米管0.2份。
[0051]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法同实施例1。
[0052]实施例6
[0053]本实施例的阻燃剂，由以下重量份数的组分组成:聚磷酸铵10份、季戊四醇20份、蒙脱土 10份、碳纳米管0.2份。所述炭黑的粒径为20~25nm。
[0054]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料，由以下重量份数的组分组成:超高分子量聚乙烯粉60份、聚磷酸铵10份、季戊四醇20份、蒙脱土 10份、碳纳米管0.2份。
[0055]本实施例的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法同实施例1。
[0056]实验例
[0057]将实施例1~6所得超高分子量聚乙烯复合材料进行检测，结果如表1所示。
[0058]其中，对比例I~6的复合材料的组分及含量分别同实施例1~6，制备方法分别同实施例1~6的制备方法，但是不施加微波辐照。对比例7是未添加阻燃剂的超高分子量聚乙烯材料。
[0059]表1实施例1~6所得超高分子量聚乙烯复合材料检测结果
[0060]
【权利要求】
1.一种阻燃剂，其特征在于:由以下重量份数的组分组成:聚磷酸铵5~20份、季戊四醇5~20份、蒙脱土 5~13.5份、炭黑0.2份。
2.根据权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于:所述炭黑的粒径为20~25nm。
3.一种使用如权利要求1所述的阻燃剂的超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于:由以下重量份数的组分组成:超高分子量聚乙烯粉60~80份、聚磷酸铵5~20份、季戊四醇5~20份、蒙脱土 5~13.5份、炭黑0.2份。
4.一种如权利要求3所述的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于:包括下列步骤: 1)取聚磷酸铵、季戊 四醇、蒙脱土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑混合并搅拌，得混合物料； 2)将步骤I)所得混合物料放入平板硫化机的模具中，3~50MPa加压2~3min排出混合物料中的气体后，在180~210°C、3~50MPa条件下保压15min ； 3)将模具停止加热，保持5~50MPa压力冷却至室温，脱模； 4)将脱模后的制品微波辐照3min，即得。
5.根据权利要求4所述的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于:步骤I)中所述搅拌的转速为9000rpm,搅拌的时间为3min。
6.根据权利要求4所述的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于:步骤4)中所述微波辐照的功率为500~800W。
【文档编号】C08K3/32GK103694497SQ201310435605
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】陆昶, 黄新辉, 胡小宁, 李瑞广, 楚展奇, 曹青青, 王睿, 杨典, 陈国伟, 杭广林, 郝康康 申请人:河南科技大学