连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料、制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及高分子材料领域，公开了一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，按重量份计，包括如下原料组成：聚丙烯35‑60份；连续玄武岩纤维20‑40份；阻燃剂10‑35份；晶须1‑5份；相容剂2‑6份；靶向纳米增效功能母粒0.5‑4份。该材料的制备方法为：将各原料混合均匀，加至共混设备中熔融共混后挤出至浸渍模具，将连续玄武岩纤维牵引进入浸渍模具中浸渍，得到所述的聚丙烯复合材料。本发明专利技术通过加入靶向纳米增效功能母粒来改善阻燃剂与连续玄武岩纤维的浸渍效果，结合晶须提升碳层的稳定性，从而获得兼具优异力学性能和阻燃性能的聚丙烯复合材料，在新能源汽车、军工领域有着广泛的应用前景。

Continuous basalt fiber reinforced polypropylene composite, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料、制备方法与应用
本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种高强度、高阻燃的连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料、制备方法与应用。
技术介绍
长纤维增强聚丙烯与普通短纤维增强聚丙烯材料相比较，在成型过程中保留了较长的纤维长度，形成了纤维骨架结构，拥有更加优异的力学性能和良好的尺寸稳定性，在汽车、电子电器、航空航天等领域都有着广泛的应用。常用的增强纤维有玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶等。玄武岩纤维又称连续玄武岩纤维，与其它纤维相比拥有具有很高的性价比，其各项性能可以与碳纤维相媲美，但价格只有碳纤的十分之一，具有高强度、高模量、耐高低温性能好(-260～650℃)、耐酸碱性强、绿色无污染等优点。长玄武岩纤维增强聚丙烯具有高强度高尺寸稳定性等特点，同时聚丙烯作为基体树脂，极易燃烧，因此需要对其阻燃改性。但长玄武岩纤维增强聚丙烯材料在生产过程中加工温度较高要达到260～300℃，而大部分阻燃剂对温度敏感，过高的加工温度会致使阻燃剂失效，同时因为长纤维增强的材料在燃烧过程中会存在“灯芯效应”，较难达到理想的阻燃效果。如果通过加入大量阻燃剂达到阻燃效果，不但会导致增加成本，材料的力学性能下降。同时会导致基体树脂的粘度增大，与连续玄武岩纤维的浸渍效果差，纤维增强材料力学性能的效果明显下降。专利CN103289193A公开了一种连续玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯材料及其制备方法，材料主要由40～75wt％连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和25～40wt％阻燃母粒掺混而成。阻燃母粒主要由15～39wt％聚烯烃树脂、45～63wt％阻燃剂和14～21wt％阻燃协效剂组成；其中阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴联苯醚和十溴联苯中的至少一种，阻燃协效剂为锑白。该技术方案通过将连续玄武岩纤维增强聚丙烯母粒和阻燃母粒按比例掺混达到阻燃的效果，避免了连续玄武岩纤维浸渍时高温对阻燃剂的破坏。但后掺混的阻燃母粒在连续玄武岩纤维母粒中分散不均匀，对连续玄武岩纤维的界面结合力弱，浸润效果差，力学性能并不是很理想，且其所使用的含溴类阻燃剂，在燃烧过程中会产生大量的有毒和腐蚀性气体，并伴有浓烟。专利CN102936373A公开了一种玄武岩纤维增强膨胀型阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。它包含以下按重量百分数计的原料：聚丙烯48.5％-78.5％，热稳定剂0.3％-2％，加工助剂0.2％-1％，阻燃剂母粒10％-40％，相容剂1％-5％，玄武岩纤维10％-35％。该专利技术为避免阻燃剂的分解，将玄武岩纤维、阻燃剂母料一同熔融挤出，挤出温度为180℃～230℃，但采用该方法生产的复合材料与连续玄武岩纤维增强复合材料相比较，在制件中保留的纤维长度较短，燃烧时并不能形成稳定骨架结构；同时大量的阻燃剂的加入，破坏了聚丙烯基体的连续性，机械性能大幅度降低。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高阻燃的连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，通过靶向纳米增效功能母粒提高阻燃剂与连续玄武岩纤维的浸渍效果，得到兼具高阻燃性和高强度的聚丙烯复合材料。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种连续玄武岩纤维增强的聚丙烯复合材料，按重量份计，包括如下原料组成：本专利技术中，通过加入靶向纳米增效功能母粒一方面改善阻燃剂与连续玄武岩纤维的浸渍效果，连续纤维在通过充分浸渍后，纤维单丝与基体有良好的相容性，在成型过程中保持了较长的长度，相互缠结形成骨架，拥有更好的机械性能和尺寸稳定性。在燃烧时提升碳层的稳定性，从而提升材料的阻燃性能，并减少阻燃剂的添加量。另一方面靶向纳米增效功能母粒的加入能够提高材料的流动性，降低材料的加工温度，避免过高的加工温度对阻燃剂的分解作用。通过采用晶须作为协效剂与阻燃剂复配使用，使得在燃烧时晶须为在碳层形成稳定的骨架，同时晶须与连续玄武岩纤维能够起到协同作用，两者并用在燃烧时所形成的碳层骨架更为稳定，隔绝氧和热的效果更好，阻燃效果更佳。本专利技术中晶须与连续玄武岩纤维都有相似的纤维结构，一并添加至聚丙烯复合材料中，能够起到协同效果，达到更强的力学性能，同时靶向纳米增效功能母粒的加入能够消除分子之间的内聚力，促使晶须与连续玄武岩纤维之间分散更为均匀，浸润效果更好，最终得到的聚丙烯复合材料的力学性能更强。相容剂的加入能够促使连续玄武岩纤维、阻燃剂、晶须等助剂与聚丙烯基体的相容性，减少了连续玄武岩纤维在浸渍过程中的损伤，提升聚丙烯复合材料的力学性能。因此本专利技术通过连续玄武岩纤维、靶向纳米增效功能母粒、晶须、阻燃剂、相容剂的共同作用，得到了高阻燃、高强度的连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料。优选地，按照重量份计，包括如下原料组成：由于靶向纳米增效功能母粒能够增强阻燃剂、晶须与连续玄武岩纤维之间的协效作用，因此降低阻燃剂的添加量即可达到理想的阻燃效果，节约成本。所述连续玄武岩纤维连续纤维在通过充分浸渍后，纤维单丝与基体有良好的相容性，在成型过程中保持了较长的长度，相互缠结形成骨架，拥有更好的机械性能和尺寸稳定性。在燃烧时提升碳层的稳定性，从而提升材料的阻燃性能，并减少阻燃剂的添加量。优选，天龙玄武岩BR13-2400或通鑫玄武岩BC13-2400。为增强材料的耐候性，还可以在材料中抗氧剂、稳定剂等助剂，优选地，在材料中加入0.1-1.5重量份的抗氧剂。所述的抗氧剂为本领域人员常用的添加助剂，如主抗氧剂和辅抗氧剂的复合物，其中主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂如抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂3114等，辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂中的至少一种，如抗氧剂168、抗氧剂DSTP、抗氧剂DLTP等。所述聚丙烯包括均聚聚丙烯或者共聚聚丙烯，优选在230℃/2.16kg条件测试下熔融指数为60～150g/10min原料。所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯(PP-g-GMA)、甲基丙烯酸接枝聚丙烯(PP-g-MAA)中的至少一种。所述的阻燃剂为以聚磷酸铵(APP)为主或以焦磷酸哌嗪(PAPP)为主的膨胀型阻燃剂。如MB32B、XS-FR-8300、5001等，这类膨胀型阻燃剂不含卤素，具有低烟、无毒、无腐蚀性气体产生等优点，对长时间或重复暴露于火焰中有极好的抵抗性，无熔滴滴落，特别适用于聚丙烯体系。焦磷酸哌嗪为主的膨胀型阻燃剂拥有更好的耐水性和耐迁移性。所述的晶须为无机晶须，包括氮化硅晶须、碳化硅晶须、氧化锌晶须、碱式硫酸镁晶须、硼酸镁晶须、硫酸钙晶须中任一种。加入晶须作为协效剂，不仅可起到抗熔滴的作用，还可以与连续玄武岩纤维起到协同作用，在材料燃烧时形成稳定的碳层骨架结构，形成稳定的碳层隔绝氧气和热量，显著提高材料的阻燃性能。所述的无机晶须直径不大于1μm，平均长度10-60μm，长径比不小于30。本专利技术所用的晶须尺寸微小，与连续玄武岩纤维的长度和直径有很大的区别，将两者同时加入聚丙烯复合材料中，无机晶须能够填充连续玄武岩纤维之间的空隙，不仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，包括如下原料组成：/n

【技术特征摘要】
1.一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，包括如下原料组成：





2.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，包括如下原料组成：





3.根据权利要求1或2所述的连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，还包括0.1-1.5重量份的抗氧剂。


4.根据权利要求1或2所述的连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、甲基丙烯酸接枝聚丙烯中的至少一种。


5.根据权利要求1或2所述的连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的阻燃剂为以聚磷酸铵或焦磷酸哌嗪为主的膨胀型阻燃剂。


6.根据权利要求1或2所述的连续玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的晶须为无机晶须，包括氮化硅晶须、碳化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永波，陈晓敏，郑云磊，宋玉兴，周琴恩，
申请(专利权)人：中广核俊尔浙江新材料有限公司，中广核俊尔新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33