一种高强度耐磨阻燃聚丙烯及其制备方法技术

一种高强度耐磨阻燃聚丙烯及其制备方法，由42~55份聚丙烯基体、20~29份改性填料、1~4份氮化硼、18~21份添加剂、1~3份亚磷酸酯类抗氧剂和2~5份二甲基硅油组成，采用高速混合机将聚丙烯基体、改性填料、氮化硼、添加剂、亚磷酸酯类抗氧剂和二甲基硅油混合均匀后，将混合料加入造粒机造粒，然后，将粒料加入注塑机制样，制得阻燃聚丙烯。本发明专利技术中，多种无机组份的加入，提高了聚合物和无机填料体系的流动性，提高了增韧效果，无需使用增容剂，降低成本；本发明专利技术中采用多种添加剂以及玻纤以及阻燃剂均为无卤材料，制备工艺简便，所采用材料便宜，综合成本较之于传统的聚丙烯复合材料优势较为明显。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，由42~55份聚丙烯基体、20~29份改性填料、1~4份氮化硼、18~21份添加剂、1~3份亚磷酸酯类抗氧剂和2飞份二甲基硅油组成，采用高速混合机将聚丙烯基体、改性填料、氮化硼、添加剂、亚磷酸酯类抗氧剂和二甲基硅油混合均匀后，将混合料加入造粒机造粒，然后，将粒料加入注塑机制样，制得阻燃聚丙烯。本专利技术中，多种无机组份的加入，提高了聚合物和无机填料体系的流动性，提高了增韧效果，无需使用增容剂，降低成本；本专利技术中采用多种添加剂以及玻纤以及阻燃剂均为无卤材料，制备工艺简便，所采用材料便宜，综合成本较之于传统的聚丙烯复合材料优势较为明显。【专利说明】
本专利技术涉及聚丙烯领域，具体的说是。
技术介绍
聚丙烯纤维由于其本身优良的机械性能、绝缘性、密度小和耐化学药品性等综合 性能，因而在汽车工业、电器工业、日用品及包装工业等方面具有广泛的应用，这些应用领 域相关的法律规定和用户的要求，要对聚丙烯材料进行阻燃加工。目前国内外对聚丙烯阻 燃主要采用添加阻燃剂，但含卤阻燃剂由于其在燃烧时形成腐蚀性的卤化氢，发烟量大，很 多国家已经禁止使用。 目前，通常采用一种协效剂与膨胀型阻燃剂复配无卤阻燃聚丙烯，进一步提高膨 胀型阻燃剂的阻燃效率。但阻燃剂加入后，常使得阻燃聚丙烯的耐磨性和强度下降，难以满 足一些在阻燃领域对耐磨性和强度有需求的场合；同时，常规的无卤阻燃剂价格较高，导致 聚丙烯成品的价格随之升高，如何在降低成本、阻燃满足的情况下，提升其耐磨性能是聚丙 烯领域需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中阻燃聚丙烯耐磨性能和强度低的问题，提供一种 通过改性填料、氮化硼和添加剂的复配协同作用，进而提高强度和耐磨性的阻燃聚丙烯及 其制备方法。 本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种高强度耐磨阻燃聚丙烯，由聚 丙烯基体、改性填料、氮化硼、添加剂、亚磷酸酯类抗氧剂和二甲基硅油组成，各组分的重量 份数依次为：聚丙烯基体42~55份、改性填料2(T29份、氮化硼广4份、添加剂18~21份、亚 磷酸酯类抗氧剂1~3份和二甲基硅油2飞份；其中，添加剂由重量比为6 :10 :1的纳米氧化 铝、氮磷阻燃剂和白炭黑组成，改性填料由重量比为7 :3的改性玻璃纤维和改性玻璃微珠 组成，所述的改性玻璃纤维为经过硅烷偶联剂改性的玻璃纤维，所述的改性玻璃微珠由重 量比为3 :100的稀土改性剂和空心玻璃微珠混合而成。 本专利技术中，所述的硅烷偶联剂为KH550。所述的纳米氧化铝为纤维状，其粒径 < l〇nm，氮化硼为立方氮化硼；所述的玻璃纤维为无碱或低碱玻璃纤维，长度为2mm。磷氮 阻燃剂中的磷含量为19. 3~25%，氮含量为12~24%，粒径为3~15iim，白炭黑的纯度>99%，平 均粒径15nm。 制备高强度耐磨阻燃聚丙烯的方法，具体的制备步骤为：步骤一、取20ml的硅烷 偶联剂，然后将其溶于980ml的乙醇中，制成体积浓度为2%的硅烷偶联剂/乙醇溶液，再称 取玻璃纤维300g，置于硅烷偶联剂/乙醇溶液中浸泡12h，晾干后，在80°C烘箱中烘干，制得 改性玻璃纤维，备用； 步骤二、将空心玻璃微珠置于120°C的烘箱中烘干2h，然后按照100 :3的重量比将其加 入到体积浓度为2%的稀土改性剂溶液中，搅拌2h后，在KKTC的烘箱中烘干3h，制得改性 玻璃微珠，备用； 步骤三、按7 :3的重量比分别称取步骤一制备的改性玻璃纤维和步骤二制备的改性 玻璃微珠混合成改性填料，按照所述重量份数，分别取聚丙烯基体、改性填料、氮化硼、添加 齐U、亚磷酸酯类抗氧剂和二甲基硅油置于转速为llOOr/min的混合机中，在8(TlO(TC温度 下混合5~8min，制得混合物，备用； 步骤四、将步骤三制得的混合物置于转速为4(T50r/min的造粒机中造粒，造粒机机筒 内温度为：一区160°C、二区170°C、三区175°C、四区180°C，模具温度为190°C，造粒时间为 2(T25min，制得混合物粒料； 步骤五、将步骤四制得的混合物粒料加入注塑机中形成熔料，其中，注塑机机筒内温度 为：一区170°C、二区180°C、三区190°C，熔料经注塑机中温度为185°C的喷嘴注射到模具的 型腔中，模具温度为6(T80°C，型腔中的熔料在30MPa的压力下保压6s，冷却后，制得阻燃聚 丙烯。 本专利技术中，改性填料由重量比为7 :3的改性玻璃纤维和改性玻璃微珠组成，若改 性玻璃纤维含量过大，会导致部分玻璃纤维得不到充分浸渍，导致聚丙烯基体与玻璃纤维 界面的结合性能变差，在冲击下，玻璃纤维与聚丙烯基体脱离，而达不到增强的效果，从而 导致复合材料的冲击强度下降；而且，随着玻璃纤维量的增加，材料的流动性变差，不利于 成型过程中产品的加工，因此，在经过试验验证后，改性玻璃纤维和改性玻璃微珠的最佳重 量比为7 :3。 在实际加工过程中，由于玻璃纤维容易缠结和混合不均匀，常使得实际生产情况 达不到实验设计要求。由于空心玻璃微珠体积小，比表面积大，密度小，又具有较高的抗压 强度，空心微珠存在，破坏主要集中在聚合物材料的界面上，并使得界面上不是以二维平面 扩展裂纹；而且由于玻璃微珠呈球形，增加了界面的面积分数，因此界面破坏所需的能量 远大于基体的断裂，从而使得聚合物的断裂强度得到提高。随着玻璃微珠量的增加，材料的 破坏体现为玻璃微珠的破裂，在成型时不可避免的发生破裂，这些分散在基体中的碎片能 够分散减弱断裂尖端的扩展，从而增大了断裂能。再者，由于玻璃微珠比聚丙烯基体大的 抗压强度，所以破坏进程一开始是在玻璃微珠周围的基体中传递的，裂纹前缘是从不同的 位面生成，随着裂纹的扩展，众多裂纹前缘汇合成河流状，重新聚集形成平面上的大裂纹， 当微珠开始受力时，会发生形变。当应力大于微珠本身断裂强度时，则发生了破裂。正是由 于空心玻璃微珠在基体中受到应力发生形变、破坏等，从而吸收冲击能量，提高冲击性能。 同时，随着空心玻璃微珠量的增加，空心玻璃微珠在基体中分散均匀，其周围的聚丙烯基体 相当于在均匀分散的玻璃微珠粒子周围嵌入了具有良好界面结合和一定厚度的柔性界面 相，在一定形态结构下引发基体的剪切屈服，从而消耗大量的冲击能量，又能较好地传递所 承受的外力，达到既增强又增韧的目的；同时，空心玻璃微珠还具有细化晶粒的作用。因此， 在玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的基础上，再添加空心玻璃微珠可以进一步提高复合材料 的力学性能。再者，由于玻璃微珠的"滚珠效应"，可以提高材料熔体的流动性，改善由于添 加玻璃纤维给复合材料熔体粘度带来的影响，有利于生产过程中产品的加工。 本专利技术的有益效果： 1)、本专利技术的添加剂中的氧化铝，能够与立方氮化硼在聚丙烯基体表面形成复相耐火 层，提高聚丙烯的耐磨性；而且，纳米级别的氧化铝和白炭黑的强度和硬度高、耐热性好、不 易变形与聚丙烯聚合物的韧性好、密度低和易于加工等优点相结合，提高了聚合物的强度， 而且，微晶态结构的无机填料，增强了无机物与聚合物之间的界面结合力，改善氧化铝和白 炭黑与聚合物的相容性，达到减少用量的目的，降低生产成本；另外，这种超细化的无机填 料能够与氮磷阻燃剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度耐磨阻燃聚丙烯，其特征在于：由聚丙烯基体、改性填料、氮化硼、添加剂、亚磷酸酯类抗氧剂和二甲基硅油组成，各组分的重量份数依次为：聚丙烯基体42~55份、改性填料20~29份、氮化硼1~4份、添加剂18~21份、亚磷酸酯类抗氧剂1~3份和二甲基硅油2~5份；其中，添加剂由重量比为6：10：1的纳米氧化铝、氮磷阻燃剂和白炭黑组成，改性填料由重量比为7：3的改性玻璃纤维和改性玻璃微珠组成，所述的改性玻璃纤维为经过硅烷偶联剂改性的玻璃纤维，所述的改性玻璃微珠由重量比为3：100的稀土改性剂和空心玻璃微珠混合而成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张炎斌，刘继纯，魏风军，于卓立，贾秋丽，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41