技术领域本发明属于材料改性领域，涉及一种高纤维含量的、连续玄武岩纤维增强的、阻燃型的PP母粒。
背景技术：
玄武岩纤维，是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。类似于玻璃纤维,其性能介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间，纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有些似金色。玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过漏板快速拉制而成的。玄武岩连续纤维不仅稳定性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外，玄武岩纤维还具有耐高温性佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新的基础材料和高技术纤维。玄武岩纤维无捻粗纱，是用多股平行原丝或单股平行原丝在不加捻的状态下并合而成的玄武岩纤维制品，该粗纱表面经过硅烷偶联剂处理，对PP具有一定的亲和能力。PP(聚丙烯)，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。按甲基排列位置分为等规聚丙烯(isotacticpolyprolene)、无规聚丙烯(atacticpolypropylene)和间规聚丙烯(syndiotacticpolypropylene)三种。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点可高达167℃。耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度小，是最轻的通用塑料。在材料改性中，短切玻纤、连续玻纤均可以增强PP并已经有了成熟应用，其中长玻纤增强PP比以往的额短玻纤增强PP,在力学性能方面有了很多提高，但是玻纤增强PP仍然存在模量偏低、耐温性偏低及阻燃效果不够理想等情况，以至于在一些耐热、模量、阻燃要求高的场合，应用仍然受到限制。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高纤维含量的连续玄武岩纤维增强阻燃型PP母粒。技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种高纤维含量的连续玄武岩纤维增强阻燃型PP母粒：其组分按质量百分比由以下组分组成：玄武岩纤维：55-60％、均聚PP：25-40％、马来酸酐接枝PP：2-6％、纳米石墨烯：0.1-1％、磷酸盐助剂：0.1-1％、铝锆偶联剂：0.1-2％、氢氧化铝：0.1-6％、分子筛：0.1-3％、黑色母：0.1-1％。上述制备过程如下：a、按照质量百分含量称职以下组分：玄武岩纤维：55-60％、均聚PP：25-40％、马来酸酐接枝PP：2-6％、纳米石墨烯：0.1-1％、磷酸盐助剂：0.1-1％、铝锆偶联剂：0.1-2％、氢氧化铝：0.1-6％、分子筛：0.1-3％、黑色母：0.1-1％；b、然后将物料进入双螺杆挤出机，考虑到物料啮合的均匀性，此处应当设置一定螺杆组合参数，螺杆组合参数的设置是为了提供适当的剪切强度，让物料能够充分的混合；物料通过螺杆的剪切作用成为熔融体，在螺杆的推送下，进入十字模头系统；c、连续玄武岩纤维以无捻粗纱的形式，被牵引设备牵引，从纱团中退解，在此过程中，因为无捻粗纱退解后会产生捻度，会造成纤维开束困难，因此需要利用退解设备来消除退解过程中的捻度，同时需要利用张力调整设备，对纤维进行初步的开束处理，让无捻粗纱能够平整的，略有开束的进入十字模头的浸渍池中；d、在浸渍池中，无捻粗纱接触到经过双螺杆啮合、混合并推送的熔体，同时利用浸渍池中的若干根不同位置的张力棒，继续进行开束，最终，单丝化的连续纤维和熔体物料形成浸润；随着牵引设备的牵引，熔体和纤维混合在一起，通过十字模头末端经过设计的铜嘴离开浸渍池，以截面为圆形长条的形式在牵引设备的带动下运动；之后，经过水冷，进入造粒设备，在造粒设备中被切刀切割成长度12毫米左右的粒子，得到成品。进一步地，所述玄武岩纤维是经过偶联剂处理的2400TEX连续玄武岩纤维。进一步地，所述玄武岩纤维的单丝直径9微米。进一步地，所述均聚PP的MI为60-80。玄武岩纤维表面有较多的硅氧键，类似玻璃纤维，是极性界面，而PP表面为非极性界面，因此如果需要达到良好的界面结合效果，玄武岩咸味儿在成型时就需要经过相关的表面处理，目前能够获得的连续玄武岩纤维产品，表面一般都经过硅烷偶联剂的处理；但是自与PP进行增强改性的过程中，仍然需要添加相关的表面活性剂进一步增强表面结合能力，已达到增强效果，表面活性剂可以包括硅烷类、铝锆类、马来酸酐接枝PP等等。PP本身阻燃效果并不好，但是玄武岩纤维本身不可燃烧，一定添加量的玄武岩纤维能够提升改性后PP的阻燃效果，但未必能够达到本发明期望的V0级效果。为了达到期望的阻燃效果，可以考虑在配方体系中添加高性能的阻燃组分，包括不限于石墨烯、含卤素阻燃成分、磷酸盐、水合氢氧化物等等；本发明是需要得到“长玄武岩纤维增强PP”粒子，类似于长玻纤增强PP粒子，经过挤出、造粒后，粒子长度12毫米左右，纤维长度也是12毫米，因此在工艺路线上，应该使用类似于长玻纤增强PP的工艺及相关设备，在造粒之前，不可以破坏连续纤维的长度。有益效果：本发明相对于现有技术而言具备以下优点：1)本发明提供的改性PP母粒，该粒子经过连续玄武岩纤维增强，形成长纤维增强结构，经过塑料加工后，纤维保留较高的长径比，从而获得更高的强度；利用玄武岩耐高温、高模量的特性，赋予改性材料比长玻纤增强PP更高的模量及耐热性能；通过合理配方，给予材料阻燃性能；在增强过程中，玄武岩纤维的重量比尽可能的高，以获得高纤维含量的粒子，该粒子作为功能性母粒，可以与PP粒子以任意比例混合，得到需要的低纤维含量的改性粒子，以降低生产加工成本。2)该材料采用连续玄武岩纤维增强，切粒长度12毫米，纤维长度与粒子长度相等，以保证在加工后，纤维仍具有较高的长径比；3)本发明提供的材料具有较高的阻燃性能，能够达到UL94-V0级阻燃；4)将该材料作为功能性母粒，于PP以1:1的重量比混合后，得到纤维含量30％的长玄武岩纤维增强PP材料，以30％纤维含量作为参照，注塑成型后，拉伸模量、弯曲模量比现有长玻纤增强PP提升20％以上，耐温性能提升10％以上。5)本发明提供的玄武岩纤维的表面处理及与PP具有良好的界面结合效果，玄武岩纤维与PP能够形成增强效果，玄武岩重量含量达到55-60％，具有较高的纤维含量，使该材料可以和PP产品以任意比例混合以达到需要的纤维含量。具体实施方式下面结合附图对本发明作更进一步的说明。以下实施例制备均是按以下步骤制备：a、均聚PP(MI60-80)、马来酸酐接枝PP、纳米石墨烯、磷酸盐助剂、铝锆偶联剂、氢氧化铝、分子筛等物质，通过失重秤的计量，进入双螺杆挤出机，考虑到物料啮合的均匀性，此处应当设置一定螺杆组合参数，螺杆组合参数的设置是为了提供适当的剪切强度，让物料能够充分的混合；物料通过螺杆的剪切作用成为熔融体，在螺杆的推送下，进入特别设计的十字模头系统；b、连续玄武岩纤维以无捻粗纱的形式，被牵引设备牵引，从纱团中退解，在此过程中，因为无捻粗纱退解后会产生捻度，会造成纤维开束困难，因此需要利用退解设备来消除退解过程中的捻度，同时需要利用张力调整设备，对纤维进行初步的开束处理，让无捻粗纱能够平整的，略有开束的进入十字模头的浸渍池中；c、在浸渍池中，无捻粗纱接触到经过双螺杆啮合、混合并推送的熔体，同时利用浸渍池中的若干根不同位置的张力棒，继续进行开束，最终，单丝化的连续纤维和熔体物料形成浸润；随着牵引设备的牵引，熔体和纤维混合在一起，通过十字模头末端经过设计的铜嘴离开浸渍池，以截面为圆形长条的形式在牵引设备的带动下运动；之后，经过水冷，进入造粒设备，在造粒设备中被切刀切割成长度12毫米左右的粒子，得到成品。实施例1：一种高纤维含量的连续玄武岩纤维增强阻燃型PP母粒，其原料质量百分含量由以下组成：玄武岩纤维：60％均聚PP：35％马来酸酐接枝PP：4.4％纳米石墨烯：0.1％磷酸盐助剂：0.1％铝锆偶联剂：0.1％氢氧化铝：0.1％分子筛：0.1％黑色母：0.1％。所述玄武岩纤维是经过偶联剂处理的2400TEX连续玄武岩纤维，玄武岩纤维的单丝直径9微米。实施例2：一种高纤维含量的连续玄武岩纤维增强阻燃型PP母粒，其原料质量百分含量由以下组成：玄武岩纤维：55％均聚PP：27.5％马来酸酐接枝PP：6％纳米石墨烯：0.5％磷酸盐助剂：0.5％铝锆偶联剂：2％氢氧化铝：6％分子筛：3％黑色母：0.5％。所述玄武岩纤维是经过偶联剂处理的2400TEX连续玄武岩纤维，玄武岩纤维的单丝直径9微米。实施例3：一种高纤维含量的连续玄武岩纤维增强阻燃型PP母粒，其原料质量百分含量由以下组成：玄武岩纤维：58％均聚PP：25％马来酸酐接枝PP：5％纳米石墨烯：1％磷酸盐助剂：1％铝锆偶联剂：2％氢氧化铝：5％分子筛：2％黑色母：1％。所述玄武岩纤维是经过偶联剂处理的2400TEX连续玄武岩纤维，玄武岩纤维的单丝直径9微米。实施例1～3中所制备出的产品性能如下实施例所得到的粒子，为黑色，长度12毫米左右，截面为直径2毫米左右的圆形(经过牵引设备，会略被挤压成不规则椭圆形)。将该材料注塑成标准样条，测试后得到如下性能：纤维含量(重量比)55-60％4-->密度(g/cm3)1.45-1.50拉伸强度MPa170拉伸模量MPa16500弯曲强度MPa200弯曲模量MPa15200无缺口冲击强度KJ/m285UL94燃烧性能V0热变形温度℃180实施例与等量PP混合，得到纤维含量为28-30％之间的改性材料混合物，该混合物通过注塑试验，和30％长玻纤增强PP注塑进行对比，可以得到如下性能对比关系：60％玄武岩PP母粒+等量PP30％长玻纤增强PP纤维含量(重量比)30％30％密度(g/cm3)1.141.13拉伸强度MPa140119拉伸模量MPa95007700弯曲强度MPa185167弯曲模量MPa80006500无缺口冲击强度KJ/m26752UL94燃烧性能V0可燃热变形温度℃175157以下是具体应用例：应用实例1：实施1所得之母粒可以单独使用，也可以和PP以任意比例混合使用，例如：某洗衣机滚筒注塑成型应用：本发明之母粒：30千克均聚PP：60千克经过注塑、零件取样及测试后得到如下性能：纤维含量(重量比)20％密度(g/cm3)1.09平均纤维残留长度(毫米)4.5-6.5拉伸强度MPa100拉伸模量MPa6800弯曲强度MPa140弯曲模量MPa5800无缺口冲击强度KJ/m250UL94燃烧性能V0热变形温度℃170应用实例2：实施例2所得之母粒可以单独使用，也可以和PP以任意比例混合使用，例如：汽车保险杠横梁零件：本发明之母粒：30千克均聚PP：30千克经过注塑、零件取样及测试后得到如下性能：纤维含量(重量比)30％密度(g/cm3)1.14平均纤维残留长度(毫米)4.5-5.5拉伸强度MPa120拉伸模量MPa8500弯曲强度MPa160弯曲模量MPa6700无缺口冲击强度KJ/m260UL94燃烧性能V0热变形温度℃175以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。