一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料的方法技术

本发明专利技术公开一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料的方法，属于一种功能化聚酯生产工艺，是选择PET树脂粒料为基体，PP树脂为改性基体，利用共混的方法并在共混前对PET和PP进行预处理，提高了PET粒料的粘度和PP的机械性能，之后将阻燃剂等配料一起加入到混料机内混合，通过双螺杆挤出机制成成品合金粒料，再与碳纤维增强相复合，制备的复合材料其各项性能均高于单一相性能，且阻燃性能好，抑烟效果好，成本低，可有效解决环境污染、节约资源和降低成本等问题，具有较好的社会经济效益。

A Method for Preparing Flame Retardant and Smoke Suppression Carbon Fiber Reinforced PET Composites

The invention discloses a method for preparing flame-retardant smoke-suppressing carbon fiber reinforced PET composites, which belongs to a functional polyester production process. The method chooses PET resin granules as matrix and PP resin as matrix, uses blending method and pretreats PET and PP before blending, improves the viscosity of PET granules and the mechanical properties of PP, and then adds flame retardant and other ingredients to the mixtures. In-machine mixing, the finished alloy granules are prepared by twin-screw extruder, and then compounded with carbon fiber reinforced phase. The properties of the composite materials are higher than those of single phase, and the flame retardant properties are better, the smoke suppression effect is better, and the cost is lower. It can effectively solve the problems of environmental pollution, saving resources and reducing costs, and has better social and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料的方法
本专利技术属于高分子材料领域，涉及一种以塑料为基体的工程塑料，尤其是以PET为基体，PP为改性基体，碳纤维为增强相，制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料的方法。
技术介绍
聚对苯二甲酸乙二醇酯具有优良的化学稳定性、耐磨性、耐热性和电绝缘性等特性，尤其是透明性好、绝缘性佳和较高的性价比，广泛应用于包装瓶、薄膜、合成纤维、电器等领域，但其极限氧指数低，仅为17%，且燃烧过程中会释放大量的有毒气体和黑烟。聚丙烯是目前用量最大的通用塑料之一，属于半结晶性高分子化合物，具有价格低廉、易于成型、无毒、耐化学腐蚀性好、综合力学性能优良及性价比高等优点，广泛应用于在包装业、纺织业、制造业、制药行业等领域。但聚丙烯存在低温脆性差、机械强度及硬度较低以及成型收缩率大等缺点，同时，其极限氧指数仅为17%～17.5%，极易燃烧，产生的熔滴又极易传播火焰，并产生大量烟雾和有毒气体，限制了聚丙烯的应用范围。高分子材料的共混技术已被广泛用于塑料、橡胶工业中。通过高分子的共混可以起到改变高分子材料的物理机械性能、改善加工性能、降低成本和扩大适用范围的作用。不含增容剂的PET/PP合金，由于他们分子结构上的差异，其共混体系的界面作用小，相容性差，晶相分离，故这种共混物几乎没有实用价值。但是在PET/PP合金中添加增容剂后，改善了PP和PET的界面性能，提高了他们之间的粘着力，PET/PP合金的性能就得到了改善。通过PET、PP和阻燃剂共混可大大改善纯PET与PP的韧性，提高它们的冲击强度和阻燃性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用塑料合金改性方法，以PET为基体，PP为增韧剂，加入无卤环保阻燃剂，连续碳纤维为增强项，提供一种高性能功能化的碳纤维增强PET阻燃增韧复合材料及其制备方法，从而获得高性能、功能化的新材料，改善并提高了单一塑料材料的性能，且实现制品具有良好的阻燃效果及降低成本。为了实现本专利技术的目的，具体技术方案如下：一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料，由下述重量配方组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯40～60份聚丙烯10～50份阻燃剂12～18份相容剂2～8份偶联剂0.5～3份抗氧剂0.1～1份碳纤维10～25份所述PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯粒料，为MFR：0.65~0.68g/10min、弯曲模量≥1800MPa、冲击强度（23℃）≥7kJ/m2、拉伸强度≥30MPa的粒料，所述聚丙烯为聚丙烯粒料，为MFR：0.3~1.0g/10min、弯曲模量≥1200MPa、缺口冲击强度（-20℃）≥15kJ/m2、拉伸强度≥25MPa的粒料。所述碳纤维为经过硅烷偶联剂(KH-550)处理过的连续碳纤维，碳纤维的加入使材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等有了极大的改善。所述的相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-GMA)和马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH），能大幅度提高复合材料的相容性和填料的分散性，同时可改善加工流变性，提高复合材料机械强度。所述的阻燃剂为次磷酸铝（AHP）、硅酸钙（CS）、三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）中的一种或多种的混合物，为磷-氮复配体系，同时添加协效剂硅酸钙，其主要阻燃机理为：AHP加入到材料中，先发生自身分解，产物为磷化氢和磷酸氢铝，第二步分解主要为磷酸氢铝脱水成聚磷酸铝，使阻燃材料在燃烧过程中产生一些含磷的难燃性气体，稀释了燃烧区域的可燃气体浓度，并且还分解产生了磷酸及聚磷酸，从而促进材料提前降解成炭，形成的炭层能很好地隔绝氧气和热量进入到材料的内部，同时减少了可燃性气体的逸出，保护了下层材料的进一步降解和燃烧，抑制了材料在燃烧时熔滴的产生。而硅酸钙由于其具有多孔结构和大量的硅元素，能有效抑制烟气的释放量，减少危害。MCA在燃烧过程中释放出难燃气体，同时促进材料产生熔滴而带走部分热量，主要起气相阻燃的作用。而添加适量硅酸钙可以有效的降低产品的烟气释放量，起到明显的协效阻燃作用。所述的偶联剂为硅烷偶联剂（KH-550）；所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种或两种混合物，采用1010与抗氧剂168复配体系，上述抗氧剂1010作为主抗氧剂，终止自由基反应剂，抗氧剂168作为辅抗氧剂，抗氧剂1010和168分别分解生成的过氧化物具有良好的协同效应。一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料方法，包括以下的步骤：（1）将PET在110℃～120℃下干燥12h，控制含水量在0.1％以下，待用；（2）将PP在60℃～80℃下干燥2～4h，待用；（3）将阻燃剂等配料在80℃～85℃下干燥60～120分钟，待用；（4）将烘干去除水分的PET粒料、PP粒料和相容剂（KH-550）放入高速混合机混合，保持转速2000rpm，高速搅拌10min；再依次加入阻燃剂和抗氧剂，继续共混10min，使混合均匀后出料获得共混物料；（5）将硅烷偶联剂配置成溶液（硅烷偶联剂：乙醇：水=20:70:10），用醋酸调节溶液pH至4.5，将5%~20%硅烷偶联剂溶液通过涂、刷，浸渍处理碳纤维表面，取出后室温静置24h，并置于鼓风干燥箱中在120℃下干燥15~30min后使用；（6）将共混物料放入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、冷却、切粒，制得PET阻燃增韧母料，其中，双螺杆挤出机各段温度分别为：190、220、230、240、250、260、255、250、245℃，模头温度为240℃，主机转速230r/min；（7）经双螺杆挤出机挤出的PET阻燃增韧母料在110℃～120℃下干燥8～12h，在注塑机中注塑成标准样条用于力学测试，其中注塑机料筒温度为240～255℃，保压15s，冷却时间15～35s；（8）将步骤（6）获得的PET阻燃增韧母料通过模压成型工艺在260℃~280℃下压制成0.2mm厚的薄膜，而后与步骤（5）处理的连续碳纤维进行铺层，并放入模压机中进行压制，制备出阻燃预浸料，经模压和叠层工艺制备PET树脂制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料。所述的模压和叠层工艺为现有技术。采用上述技术方案后，本专利技术具有如下特点和优点：1、制品低温韧性好，表面光泽度良好；2、制品阻燃效率高，抑烟效果明显；3、通过添加适量的碳纤维大大提升了制品的各项力学性能；4、采用塑料合金改性方法，获得高性能、功能化的新材料，改善并提高了单一塑料材料的性能；5、实现制品轻量化及降低成本。附图说明图1为碳纤维复合材料热释放速率曲线图。图2为碳纤维复合材料总烟气产生量曲线图。具体实施方式本专利技术所述实施例所采用的所述PET为MFR：0.65~0.68g/10min、弯曲模量≥1800MPa、冲击强度（23℃）≥7kJ/m2、拉伸强度≥30MPa的粒料，所述聚丙烯为MFR：0.3~1.0g/10min、弯曲模量≥1200MPa、缺口冲击强度（-20℃）≥15kJ/m2、拉伸强度≥25MPa的粒料。实施例1一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料的方法，由：PET粒料40份、PP粒料30份、连续碳纤维10份、阻燃剂13份、相容剂5.5份、偶联剂1份、抗氧剂0.5份。（1）将40wt%的PET粒料在温度为90～100℃下干燥12小时，控制含水量在0.1％以下；（2）将30wt%的PP在60℃～8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料，其原料是由PET、PP、碳纤维和助剂组成，其特征在于，所述原料以重量份计：聚对苯二甲酸乙二醇酯             40～60份聚丙烯                           10～50份阻燃剂                           12～18份相容剂                           2～8份偶联剂                           0.5～3份抗氧剂                           0.1～1份碳纤维                           10～25份。

【技术特征摘要】
1.一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料，其原料是由PET、PP、碳纤维和助剂组成，其特征在于，所述原料以重量份计：聚对苯二甲酸乙二醇酯40～60份聚丙烯10～50份阻燃剂12～18份相容剂2～8份偶联剂0.5～3份抗氧剂0.1～1份碳纤维10～25份。2.根据权利要求1所述的一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料，其特征在于，所述PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯粒料；所述PP为聚丙烯粒料；所述的碳纤维为表面经硅烷偶联剂处理过的连续碳纤维。3.根据权利要求1所述的一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料，其特征在于，所述的阻燃剂为次磷酸铝（AHP）、硅酸钙（CS）、三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）中的一种或多种的混合物。4.根据权利要求1或2所述的一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂（KH-550）。5.根据权利要求1所述的一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯（PP-g-MA）或甲基丙烯酸缩水甘油酯（POE-g-GMA）。6.根据权利要求1所述的一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种或两种混合物。7.权利要求1-6任一所述的一种制备阻燃抑烟碳纤维增强PET复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下的步骤：（1）将PET在110℃～120℃下干燥12h，控制含水量在0.1％以下，待用；（2）将PP在60℃～80℃下干燥2～4h，待...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆华，刘懿德，张飞鹏，李红周，颜品萍，陈嘉炼，罗富彬，黄宝铨，
申请(专利权)人：福建省百川资源再生科技股份有限公司，福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35