本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚丙烯是产量最大的五种通用塑料之一，具有优异的力学性能、化学性能、绝缘性等特点，在电子、电器、汽车、包装、建筑等领域得到广泛应用，已成为通用树脂中发展最快的品种。但是由于聚丙烯属于易燃材料，其氧指数仅为18％左右，并且燃烧易熔滴，容易传播火焰引起火灾。因此需要对聚丙烯做阻燃改性以适应家用电器、电子工业产品对材料的要求。电子产品中某些元件因接触不良、过载或短路等原因造成局部过热并可能引起燃烧，由于聚丙烯材料氧指数低，在遇高温或明火时容易起燃，没有自熄及阻燃功能，这就会造成很大的安全隐患。为模拟电子电器产品的实际使用情况，评估塑胶材料的工作状态，灼热丝试验是较好的检验塑胶材料在电子电器工作时产品稳定性的方法。
关于高灼热丝起燃温度(gwit)阻燃聚丙烯复合材料，有关专利提出了一些解决方案，中国专利申请cn201110304170采用聚磷酸铵、微胶囊化三-(2，3-二溴丙基)异氰尿酸酯、三聚氰胺作为复配阻燃剂改性聚丙烯，此制备方案可以得到阻燃性能优异、灼热丝750℃不起燃的聚丙烯复合材料，但是由于其中的无卤阻燃剂为极性，与聚丙烯的相容性差，存在析出风险；中国专利申请cn201110389540采用氢氧化镁或氢氧化铝作为阻燃剂和玻璃纤维作为增强材料制备高灼热丝增强聚丙烯材料，由于氢氧化镁或氢氧化铝的阻燃效率低，因此需要添加较大比例才能达到高灼热丝性能，同时还添加了较高比例的玻璃纤维，使得最终复合材料的抗冲击性能大大降低，以及由于玻璃纤维的存在还会造成最终成型制品存在翘曲变形的风险；中国专利申请cn201110426731采用十溴二苯乙烷、三氧化二梯及氮磷系阻燃剂复配制备高灼热丝引燃温度的阻燃聚丙烯材料，此方案中的氮磷系阻燃剂为极性，与聚丙烯的相容性差，存在析出风险。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种综合力学性能良好，灼热丝起燃温度高达到750℃gwit灼热丝等级、不析出、制备工艺简单的高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料，能够满足一般电子电器接触材料的安全要求。
为实现上述目的，本发明提供一种高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料，其特征在于，包括聚丙烯47.1-57.1wt％、阻燃剂15wt％、阻燃协效剂4wt％、低温玻璃粉bl-451-3wt％、低温玻璃粉bl-605-15wt％、导热剂5-12wt％、相容剂3wt％、抗滴落剂0.2wt％、抗氧剂0.4wt％、润滑剂0.3wt％；其中阻燃剂为十溴二苯乙烷，阻燃协效剂为三氧化二锑。
进一步，所述聚丙烯为中熔指中等冲击共聚聚丙烯，熔指10g/10min，悬臂梁缺口冲击大于10mpa，拉伸屈服强度大于27mpa。
进一步，所述聚丙烯为泰国暹罗p640j。
进一步，所述导热剂为氧化镁；优选的，氧化镁的粒径为30-40nm，导热率≥30w/(m.k)。
进一步，所述相容剂为乙烯丙烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐和聚丙烯接枝马来酸酐中至少一种。
进一步，所述抗滴落剂为经丙烯酸包覆处理的高分子聚四氟乙烯，分子量≥300万。
进一步，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂和亚酯酸盐类抗氧剂中的至少一种。
进一步，所述润滑剂为n，n’-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁中的至少一种。
进一步，制备方法为，
称量：按重量百分比称取聚丙烯、阻燃剂、阻燃协效剂、低温玻璃粉bl-45、低温玻璃粉bl-60、导热剂、界面相容剂、抗滴落剂、抗氧剂、润滑剂；
预混料的制备：将所有物料加入到高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，得到预混料；
将所得预混料从主喂料斗加入平行双螺杆挤出机，使所有组分物料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为180-200℃；
将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料。
进一步，所述双螺杆挤出机加工温度为一区180℃、二区190℃、三区190℃、四区190℃、五区190℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区190℃、机头200℃。
本发明利用低温玻璃粉bl-60在600℃温度下，即聚丙烯材料起火前(聚丙烯材料在700℃以上才会起火)，熔融形成隔绝氧气的瓷化层，覆盖在聚丙烯复合材料表面，使聚丙烯复合材料因缺氧而不能燃烧，最终达到gwit750℃的灼热丝等级，以符合一般电子电器接触材料的安全要求。另外还添加了少量熔点为450℃的低温玻璃粉bl-45，bl-45可以对熔点更高的bl-60起到助熔的作用，使bl-60尽快熔融形成隔绝氧气的玻璃瓷化层，以及在600℃以上高温时bl-45粘度更低，流动性更好，玻璃瓷化层能够更均匀的覆盖于聚丙烯复合材料表面，形成致密不透氧的隔离层，防止燃烧起火；同时还加入了导热剂氧化镁，增加聚丙烯复合材料的导热性能，使体系中的低温玻璃粉能够及时的吸收热量，在聚丙烯燃烧起火前熔融形成玻璃瓷化层覆盖在其表面隔绝氧气阻止燃烧起火；另还加入了高分子聚四氟乙烯抗滴落剂，大分子量的聚四氟乙烯在受到螺杆剪切力的作用下纤维化而形成网状结构，起到防滴落的作用，确保熔融的低温玻璃粉瓷化层不会因滴落流失而失去隔绝氧气的作用，由此即可制得高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料。该高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料达到750℃gwit灼热丝等级，综合力学性能良好、不析出的特点，能够满足一般电子电器接触材料的安全要求。
聚丙烯为中熔指中等冲击共聚聚丙烯，拉伸强度和弯曲强度高,熔指10g/10min，悬臂梁缺口冲击大于10mpa，拉伸屈服强度大于27mpa，比如泰国暹罗p640j。
阻燃剂为十溴二苯乙烷，常规市售，比如山东海王化工股份有限公司。
阻燃协效剂为三氧化二锑，常规市售，比如湖南兴星锑业有限公司。
低温玻璃粉bl-45为熔点450℃的低温玻璃粉，不含铅，佛山创国化工有限公司；(此组分添加比例较小，可以对熔点更高的bl-60起到助熔作用以及在700℃以上高温时使熔融玻璃瓷化层更均匀、致密的作用。如果熔点太低，在700℃以上高温时玻璃熔体粘度太小，容易滴落流失；熔点太高，在700℃以上高温时流动性不足，玻璃熔融瓷化层难以均匀覆盖于聚丙烯复合材料表面，形成致密的隔氧层)。
低温玻璃粉bl-60为熔点600℃的低温玻璃粉，粒径为1250目，不含铅，佛山创国化工有限公司；(此组分添加比例较大，是形成熔融玻璃瓷化层、起隔绝氧气作用的主要组分。如果熔点太低，在700℃以上高温时玻璃熔体粘度太小，容易滴落流失；熔点太高，熔融需要的时间长，难以在聚丙烯燃烧起火前形成熔融玻璃瓷化层，不能起到隔绝氧气阻止燃烧起火的作用；同时，粒径为比较细1250目，对聚丙烯复合材料的力学性能影响较小，如果粒径很大，会严重降低聚丙烯复合材料的力学性能；而如果粒径很小，则生产成本非常高)。
导热剂为氧化镁，氧化镁含量≥99.5％，粒径：30-40nm，导热率≥30w/(m.k)，安徽宣城晶瑞新材料有限公司。
界面相容剂为乙烯丙烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐和聚丙烯接枝马来酸酐中的至少一种。
抗滴落剂为经丙烯酸包覆处理的高分子聚四氟乙烯，分子量≥300万，广州熵能；(丙烯酸包覆处理的聚四氟乙烯跟聚丙烯相容性更好，在聚丙烯中的分散均匀性更好；分子量若小于300万，则难以起到网状结构，抗滴落效果不足)。样品的垂直燃烧性能，垂直燃烧v0级标准要求样品在燃烧时不能带火滴落，如果抗滴落效果不足的话，燃烧时带火滴落了就难以达到垂直燃烧v0级标准。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂和亚酯酸盐类抗氧剂中的至少一种。
所述润滑剂为n，n’-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁中的至少一种。
d258为熔点580℃的低温玻璃粉，粒径为500目，广州歌林尔新材料有限公司生产。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
一种高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料，其特征在于，包括聚丙烯47.1-57.1wt％、阻燃剂15wt％、阻燃协效剂4wt％、低温玻璃粉bl-451-3wt％、低温玻璃粉bl-605-15wt％、导热剂5-12wt％、相容剂3wt％、抗滴落剂0.2wt％、抗氧剂0.4wt％、润滑剂0.3wt％；其中阻燃剂为十溴二苯乙烷，阻燃协效剂为三氧化二锑。
进一步，所述聚丙烯为中熔指中等冲击共聚聚丙烯，熔指10g/10min，悬臂梁缺口冲击大于10mpa，拉伸屈服强度大于27mpa。
进一步，所述聚丙烯为泰国暹罗p640j。
进一步，所述导热剂为氧化镁；优选的，氧化镁的粒径为30-40nm，导热率≥30w/(m.k)。
进一步，所述相容剂为乙烯丙烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐和聚丙烯接枝马来酸酐中至少一种。
进一步，所述抗滴落剂为经丙烯酸包覆处理的高分子聚四氟乙烯，分子量≥300万。
进一步，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂和亚酯酸盐类抗氧剂中的至少一种。
进一步，所述润滑剂为n，n’-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁中的至少一种。
进一步，制备方法为，
称量：按重量百分比称取聚丙烯、阻燃剂、阻燃协效剂、低温玻璃粉bl-45、低温玻璃粉bl-60、导热剂、界面相容剂、抗滴落剂、抗氧剂、润滑剂；
预混料的制备：将所有物料加入到高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，得到预混料；
将所得预混料从主喂料斗加入平行双螺杆挤出机，使所有组分物料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为180-200℃；
将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料。
进一步，所述双螺杆挤出机加工温度为一区180℃、二区190℃、三区190℃、四区190℃、五区190℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区190℃、机头200℃。
以下实施例中，
聚丙烯为中熔指中等冲击共聚聚丙烯，拉伸强度和弯曲强度高,熔指10g/10min，悬臂梁缺口冲击大于10mpa，拉伸屈服强度大于27mpa，比如泰国暹罗p640j；
阻燃剂为十溴二苯乙烷，常规市售，比如山东海王化工股份有限公司；
阻燃协效剂为三氧化二锑，常规市售，比如湖南兴星锑业有限公司；
低温玻璃粉bl-45为熔点450℃的低温玻璃粉，不含铅，佛山创国化工有限公司；
低温玻璃粉bl-60为熔点600℃的低温玻璃粉，粒径为1250目，不含铅，佛山创国化工有限公司；
导热剂为氧化镁，氧化镁含量≥99.5％，粒径：30-40nm，导热率≥30w/(m.k)，安徽宣城晶瑞新材料有限公司；
界面相容剂为乙烯丙烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐和聚丙烯接枝马来酸酐中的一种或者几种的混合物；具体如gpm-200a；
抗滴落剂为经丙烯酸包覆处理的高分子聚四氟乙烯，分子量≥300万，广州熵能；具体如sn3306；
抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂和亚酯酸盐类抗氧剂中的一种或多种组合；具体如抗氧剂1010和抗氧剂168的组合物；
润滑剂为n，n’-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁中的一种或多种组合；具体如cast；
d258为熔点580℃的低温玻璃粉，粒径为500目，广州歌林尔新材料有限公司生产。
实施例1：实施例1：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法：将按比例称量好的聚丙烯、阻燃剂、阻燃协效剂、低温玻璃粉bl-45、低温玻璃粉bl-60、导热剂、界面相容剂、抗滴落剂、抗氧剂、润滑剂。混合均匀后从主喂料口加入到平行双螺杆挤出机，使所有组分物料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为一区180℃、二区190℃、三区190℃、四区190℃、五区190℃、六区180℃、七区180℃、八区180℃、九区180℃、十区190℃、机头200℃；
最后将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料。
表1各实施例及对比例的用量表(wt％)
实施例2：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法同实施例1，效果见表2。
实施例3：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法同实施例1，效果见表2。
实施例4：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法同实施例1，效果见表2。
实施例5：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法同实施例1，效果见表2。
对比例1：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法同实施例1，效果见表2。
此配方与实施例1的不同之处在于，用低温玻璃粉d255等量替换了实施例1中的低温玻璃粉bl-60。
d258为熔点580℃的低温玻璃粉，粒径为500目，广州歌林尔新材料有限公司生产。
对比例2：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法同实施例1，效果见表2。
对比例3：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法同实施例1，效果见表2。
对比例4：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法同实施例1，效果见表2。
对比例5：高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料的制备
按上述重量份数称取相应的原料：见表1。
制备方法同实施例1，效果见表2。
将上述各实验组和对比例所得进行如下检测：拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、垂直燃烧性能、灼热丝起燃温度gwit、析出试验。各检测项目的检测方法参照标准检测，此处不再赘述。检测结果如下表2所示：
表2各实施例及对比例的实验结果表
综合表1和表2，从实施例1和实施例2的对比可以看出，随着低温玻璃粉bl-60比例增加，使得熔融玻璃瓷化层可以更好的覆盖于聚丙烯复合材料表面，隔绝氧气，防止燃烧起火，聚丙烯复合材料灼热丝起燃温度提高；从实施例1和实施例3的对比可以看出，随着低温玻璃粉bl-45比例增加，在700℃以上高温时，bl-45粘度更低，使得熔融玻璃瓷化层可以更均匀、致密的覆盖于聚丙烯复合材料表面，隔绝氧气，防止燃烧起火，聚丙烯复合材料灼热丝起燃温度提高；从实施例1和实施例4的对比可以看出，随着导热剂氧化镁vk-mg30d比例增加，体系导热能力更好，使得低温玻璃粉可以更快的受热熔融形成玻璃瓷化层并覆盖在聚丙烯复合材料表面，隔绝氧气，防止燃烧起火，聚丙烯复合材料灼热丝起燃温度提高；从对比例1和实施例1的对比可以看出，选取另一款熔点为580℃、粒径为500目的低温玻璃粉替代bl-60，由于粒径太粗，对最终聚丙烯复合材料的力学性能影响太大，力学性能衰减严重(包括拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度，弯曲性能和弯曲模量)，同时灼热丝起燃温度也降低了25℃，这会限制聚丙烯复合材料的使用范围；从对比例2和实施例5的对比可以看出，不使用低温玻璃粉，所得聚丙烯复合材料在700℃以上高温时容易燃烧起火，不能通过gwit750℃的灼热丝等级；从对比例3和实施例5的对比可以看出，全部使用熔点为450℃的低温玻璃粉bl-45而不使用熔点为600℃的低温玻璃粉bl-60，由于在700℃以上高温时bl-45的粘度太低，极易在重力作用下滴落流失而无法覆盖于聚丙烯复合材料表面，不能起到隔绝氧气的作用，聚丙烯复合材料容易燃烧起火而不能达到gwit750℃的灼热丝等级，同时弯曲性能和弯曲模量差，垂直燃烧性能不达标；从对比例4和实施例5的对比可以看出，不使用导热剂氧化镁vk-mg30d，由于聚丙烯的导热系数低，体系中的低温玻璃粉受热慢，不能在聚丙烯起火前熔融形成玻璃瓷化层覆盖在其表面隔绝氧气阻止燃烧起火，进而不能达到gwit750℃的灼热丝等级；从对比例5和实施例5的对比可以看出，不使用高分子量聚四氟乙烯抗滴落剂，低温玻璃粉在高温熔融条件下容易滴落流失而不覆盖在聚丙烯复合材料表面，不能起到隔绝氧气的作用，聚丙烯在有氧条件下受高温燃烧起火而不能达到gwit750℃的灼热丝等级。
综上所述，采用本发明的技术方案，所制备得到的高灼热丝起燃温度聚丙烯复合材料达到750℃gwit灼热丝等级，综合力学性能良好、不析出的特点，能够满足一般电子电器接触材料的安全要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。