芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料制造技术

本发明专利技术公开了芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料，该阻燃热塑性塑料材料由热塑性塑料、添加型阻燃剂组成，以质量百分数计，所述热塑性塑料为98‑99.5%，添加型阻燃剂为0.5‑2%；所述芳纶纤维及其改性体包括芳纶纤维、磷酸改性芳纶纤维、磷酸‑三聚氰胺改性芳纶纤维的至少一种。芳纶纤维作为添加剂添加到热塑性聚氨酯弹性体中能有效的提高聚合物的阻燃性能，热释放速率、总热释放、生烟速率，总生烟量、烟因子显著降低，炭渣剩余质量则大大提高，而当用磷酸或者磷酸‑三聚氰胺改性芳纶纤维作为添加剂添加到热塑性聚氨酯弹性体中时能进一步提高聚合物的阻燃性能，热释放速率、总热释放、生烟速率等等，皆有进一步降低。

Aramid fiber and flame retardant thermoplastic elastomer modified with flame retardant

The present invention discloses aramid fiber and modified body heat as a flame retardant flame retardant plastic, the flame retardant thermoplastic material made of thermoplastic plastics, flame retardants, in percentage by mass, the thermoplastic plastic is 98 99.5% flame retardants for 0.5 2%; the aramid fiber and modified body includes at least one phosphoric acid modified aramid fiber, aramid fiber, phosphate melamine modified aramid fiber. Aramid fiber is used as additive added to the thermoplastic polyurethane elastomer polymer can improve the effective performance of flame retardant, heat release rate and total heat release, smoke production rate and total smoke production, the smoke factor decreased significantly, carbon residue remaining quality was greatly improved, and when using phosphoric acid or phosphate melamine modified aromatic aramid fiber as an additive is added to the thermoplastic polyurethane elastomer can further improve the flame retardant properties of polymer, heat release rate and total heat release rate, smoke and so on, are further reduced.

【技术实现步骤摘要】
芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料
本专利技术属于阻燃热塑性塑料的
，具体涉及芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料。
技术介绍
热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是目前世界上比较常用的塑料之一，它兼具了塑料的加工工艺性能与橡胶的物理机械性能，具有高弹性、高强度、高耐磨性、耐辐射性、耐油性、耐低温脆性，并且硬度在很大范围内可调等力学性能，在国民经济的许多领域有广泛的应用。但是TPU由于本身结构特殊，极容易燃烧，TPU燃烧时火焰剧烈并且伴有浓烈的黑烟，热释放量大，同时具有严重的熔滴滴淌现象，使其直接应用到工业具有很大的局限性，所以阻燃热塑性聚氨酯材料的研究一直是当今聚氨酯材料研究的热点。据《阻燃剂的发展及在塑料中的应用》（塑料，31:11-15，2002）介绍，传统的阻燃剂（如卤系阻燃剂）在火灾中往往会产生很多有害烟气，甚至提高了烟气的毒性和腐蚀性，易造成重大人员伤亡。而传统无卤阻燃剂，如铝镁氢氧化物等阻燃效果好、低烟无毒，但所需阻燃剂的添加量较大，使材料的力学性能如拉伸强度，断裂强度下降。芳纶全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺"，英文为Aramidfiber，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560oC的温度下不分解不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。芳纶纤维分为两种，分别是间位芳纶纤维和对位芳纶纤维。这两大类芳纶的主要区别是，酰胺键与苯环上的C原子相连接的位置不同。间位芳纶的极限氧指数(LOI)大于28，因此当它离开火焰时不会继续燃烧。间位芳纶的阻燃特性是由其自身化学结构所决定的，因而是一种永久阻燃纤维，不会因使用时间和洗涤次数降低或丧失阻燃性能。间位芳纶具有很好的热稳定性，在205℃的条件下可以连续使用，在大于205℃高温条件下仍能保持较高的强力。间位芳纶具有较高的分解温度，而且在高温条件下不会熔融、融滴，当温度大于370℃时才开始炭化。对位芳纶的耐温性能要高于间位芳纶，连续使用温度范围为-196℃～204℃，在560℃高温下不分解、不熔化。对位芳纶最显著的特性是高强度、高模量，其强度大于25克/旦，是优质钢材的5～6倍、玻纤的3倍、高强尼龙工业丝的2倍；模量是优质钢材或玻璃纤维的2～3倍、高强尼龙工业丝的10倍。尽管芳纶具有高强度、高模量、耐高温、密度低等优异性能，但因为芳纶是由刚性分子链组成，具有独特的皮-芯结构，芯部棒状分子通过氢键平行排列，皮部由结晶度高的刚性分子链沿纤维轴向平行排列，皮部厚度约为整个纤维直径的1%-40%，刚性分子链中，苯环对酰胺官能团上的氢具有屏蔽作用，使得该氢原子不活泼，难于被其它基团替代，且表面结晶度高，表面光滑，浸润性差，限制了其在复合材料领域中的应用。芳纶的整体结构中存在大量的微缺陷，当受力时，断裂也往往从微缺陷展开，导致纤维力学性能降低。因而对芳纶纤维表面进行改性，增加表面活性基团，以及对纤维结构进行改性优化，减少内部微缺陷显得尤为重要。目前，芳纶纤维表面改性大体分为物理方法和化学方法两种。物理法又包括表面涂层、高能射线、等离子体、超声浸渍等；化学方法包括表面活性化、表面接枝等。芳纶纤维由于其优异的耐高温阻燃性能，已经引起了各方面的广泛关注。在国内曾有人将芳纶纤维与羊毛、棉按照一定比例进行混纺，研究不同比例的纺织物的耐高温阻燃性能，结果表明芳纶纤维的添加对纺织物的耐高温性能有显著提高。还有报道称采用芳纶纤维、阻燃粘胶以及导电纤维混纺，利用该混纺纱开发阻燃抗静电复合功能织物。在国外，芳纶纤维已经被广泛应用于如高温过滤袋、消防服、消防面罩、军警作训服，飞机、汽车、高铁的阻燃内饰及织物，制成防火毯、逃生绳、阻燃窗帘等。但是国内外并没有将芳纶纤维用于阻燃TPU的相关研究，目前TPU的应用领域日益广泛，对阻燃TPU的要求也愈加强烈。因此，研究芳纶纤维对TPU的阻燃性能，是十分有必要和有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料，阻燃剂的阻燃效率高、用量少、低毒，并将其用于阻燃热塑性塑料，尤其是热塑性聚氨酯弹性体，克服现有热塑性聚氨酯弹性体燃烧热释放量大、生烟多且毒性高的缺点。本专利技术的技术解决方案是：该阻燃热塑性塑料材料由热塑性塑料、添加型阻燃剂组成，以质量百分数计，所述热塑性塑料为98-99.5%，添加型阻燃剂为0.5-2%。其中，所述的添加型阻燃剂为对位芳纶纤维（AF）、磷酸改性芳纶纤维（AF-P）、磷酸-三聚氰胺改性芳纶纤维（AF-MP）；所述热塑性塑料为热塑性聚氨酯弹性体（TPU）。其中，所述阻燃热塑性塑料由热塑性塑料、添加型阻燃剂组成，以质量百分数计，所述热塑性塑料为99-99.75%，磷酸改性芳纶纤维为0.25-1%。其中，所述阻燃热塑性塑料由热塑性塑料、添加型阻燃剂组成，以质量百分数计，所述热塑性塑料为99-99.75%，磷酸-三聚氰胺改性芳纶纤维为0.25-1%。其中，所述磷酸改性芳纶纤维的方法是：将芳纶长丝放入质量比为1:20的磷酸溶液中浸渍4min；将浸渍后的芳纶放入温度为130oC的烘箱中进行烘干、烘焙处理，烘焙时间为5min；再用50～60oC的蒸馏水反复清洗至中性，烘干后保存。其中，所述磷酸-三聚氰胺改性芳纶纤维的方法是：（1）将芳纶长丝放入质量比为1:10的磷酸溶液中浸渍10min；（2）将浸渍后的芳纶放入温度为80oC饱和三聚氰胺溶液中，匀速搅拌10分钟后，对样品进行抽滤；（3）重复步骤（1）、（2）2-3次，对芳纶纤维进行烘干、烘焙处理，烘焙时间为5min；（4）用50～60℃的蒸馏水反复清洗至中性，烘干后保存。进一步地，所述阻燃热塑性塑料的制备方法是：（1）将密炼机温度控制在170-190℃，转速为10-50转/分，将热塑性塑料加入到密炼机中，待其熔融加入添加型阻燃剂，熔融共混5-10分钟，得到阻燃热塑性塑料材料，取出材料压制成型；（2）将步骤（1）所得材料在进行性能测试之前放置于恒温恒湿试验箱（25℃、相对湿度60%）内放置72小时。本专利技术的有益效果是：将芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂使用，并阐述了其在阻燃热塑性塑料中的应用，芳纶纤维作为耐高温高性能材料复合在聚氨酯基体中，制备的阻燃热塑性塑料的热释放速率、总热释放、生烟速率，总生烟量、烟因子显著降低，而炭渣剩余质量则大大提高。具体实施方式下面用实施例进一步描述本专利技术，以下实例提到的芳纶纤维，磷酸，三聚氰胺均为市售产品。对比例1：将热塑性聚氨酯弹性体放入100×100×3mm3的模具中，用平板硫化机压片，控温180℃，保压10分钟；将样品35kW/m2辐射功率下进行锥形量热仪测试检测，结果见表1。实施例1：芳纶纤维作为阻燃剂制备阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料-1（1）样品的准备：提前称取适量的TPU和AF放入容器中待用；（2）将密炼机温度控制在180℃，转速为30转/分，将质量百分比为99.50wt%的热塑性聚氨酯弹性体加入到密炼机中，待其熔融加入质量百分比为0.50wt%的AF，熔融共混10分钟，取本文档来自技高网...

【技术保护点】
芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料，其特征是：该阻燃热塑性塑料材料由热塑性塑料、添加型阻燃剂组成，以质量百分数计，所述热塑性塑料为98‑99.5%，添加型阻燃剂为0.5‑2%。

【技术特征摘要】
1.芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料，其特征是：该阻燃热塑性塑料材料由热塑性塑料、添加型阻燃剂组成，以质量百分数计，所述热塑性塑料为98-99.5%，添加型阻燃剂为0.5-2%。2.根据权利要求1所述的芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料，其特征是：所述的添加型阻燃剂为对位芳纶纤维（AF）、磷酸改性芳纶纤维（AF-P）、磷酸-三聚氰胺改性芳纶纤维（AF-MP）；所述热塑性塑料为热塑性聚氨酯弹性体（TPU）。3.根据权利要求2所述的芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料，其特征是：所述阻燃热塑性塑料由热塑性塑料、添加型阻燃剂组成，以质量百分数计，所述热塑性塑料为99-99.75%，磷酸改性芳纶纤维为0.25-1%。4.根据权利要求2所述的芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料，其特征是：所述阻燃热塑性塑料由热塑性塑料、添加型阻燃剂组成，以质量百分数计，所述热塑性塑料为99-99.75%，磷酸-三聚氰胺改性芳纶纤维为0.25-1%。5.根据权利要求2所述的芳纶纤维及其改性体作为阻燃剂的阻燃热塑性塑料，其特征是：所述磷酸改性芳纶纤维的方法是：将芳纶长丝放入质...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈希磊，孙立水，凌坤华，范阳海，纪明智，
申请(专利权)人：江苏斯德瑞克化工有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32