本发明专利技术公开了一种各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备与在制备轨道交通、新能源汽车上的阻燃塑料件中的应用。按质量份数计，该复合材料原料组成包括：聚丙烯25‑60份，连续玻璃纤维20‑40份，抗氧剂0.4‑1.5份，阻燃剂10‑35份，无机晶须5‑15份，相容剂1‑6份，倍半硅氧烷1‑10份。制备方法：将阻燃剂进行干燥后，与聚丙烯、相容剂、抗氧剂、倍半硅氧烷混合均匀；将所得混合物经喂料口投入到同向双螺杆挤出机中，加热熔融，同时以侧喂料的形式从所述同向双螺杆挤出机的第七节喂入无机晶须，制得混炼均匀的熔体；将所得熔体挤入到浸渍模具内，与连续玻璃纤维进行充分浸渍后，经过牵引、水冷即得。
【技术实现步骤摘要】
各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备与应用
本专利技术涉及连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料领域，具体涉及一种各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备与应用。
技术介绍
新能源汽车以及轨道交通的快速发展，在对材料的强度、防火、安全等方面提出了更高的要求。连续玻纤增强聚丙烯材料在成型过程时保持良好的玻纤长度，相互缠结，形成网络结构，而使制件可以承受更大的外力作用，同时也有着良好的耐蠕变性能，在汽车、电子电器、家电等领域都有了广泛的应用。但聚丙烯材料极易燃烧，极限氧指数只有17％左右，同时极易滴落引燃，在使用连续玻璃纤维改性后还会存在“灯芯效应”，使火焰持续蔓延。聚丙烯又是半结晶材料，具有较大的线性膨胀系数。添加玻璃纤维虽然可以减少聚丙烯的线性膨胀系数，但因为较大的长径比，导致在流动方向和垂直流动方向上存在着明显的差异，会导致制件的变形。尤其是在长期使用中对尺寸稳定性要求高的产品，需要减少各向异性，在两个方向都保持较小的线性膨胀系数。专利CN108485056B公开了一种低迁出、无卤阻燃连续长玻纤增强聚聚丙烯材料及其制备方法，将无卤阻燃剂通过纳米二氧化硅和烷基硅改性，增加阻燃剂与基体之间的相容性，从而提高材料的耐迁移性，将玻纤表面进行预处理和预张性，降低玻纤的灯芯效应，制备得到相应的阻燃长玻纤增强聚丙烯材料。专利CN106366443B公开了一种主要应用于风机叶片的长玻纤增强聚丙烯材料，具有耐候、阻燃和耐高温的特点。专利CN105131430B公开了一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，采用季磷盐插层蒙脱土作为协效剂使无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料在阻燃性能和力学性能两方面同时产生协效作用，以PP-g-MAH或PP-g-GMA作为相容剂，改善玻纤与聚丙烯的之间的结合力，一步法制备。以上专利都介绍了制造阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的方法，但都没有考虑玻纤加入后两个方向上线性膨胀系数差异大会导致制件变形等问题。专利CN108250566B公开了一种低翘曲无卤膨胀阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，这种聚丙烯复合材料是由无卤阻燃母粒和长玻纤阻燃母粒组成，通过采用适宜的阻燃剂载体及相对较优的加工工艺，同时添加活性纳米氧化锌，达到阻燃目的；使用α成核剂及长径比相对玻纤更低的填料来改善翘曲问题。该专利使用α成核剂和长径比相对玻纤更低的填料可以部分改善翘曲的问题，但并不能很好地解决流动方向和垂直流动方向的线性膨胀系数差异大的问题；同时使用两种母粒掺混还会存在阻燃剂分散不均匀，两种粒子分层等现象，从而影响最终的性能。专利号CN103665544B公开了一种各向同性低线性膨胀系数聚丙烯组合物及其制备方法，通过晶须的添加可以使得聚丙烯组合物的横向和纵向的线性膨胀系数达到4.0×10-5以下，并达到各向同性。但以上专利并不是在连续玻纤增强体系中，众所周知当加入玻璃纤维后，由于玻璃纤维拥有较长的长径比，会导致流动方向和垂直流动方向上的线性膨胀系数存在极大差异，单单加入三维空间结构的晶须并不能很好地解决两个方向的线性膨胀系数的差异性。公开号为CN109694521A的专利说明书公开了一种低VOC低气味聚丙烯树脂组合物，相对于100重量份的聚丙烯，加入0.04～1.8重量份的八乙烯基倍半硅氧烷。该专利技术将八乙烯基倍半硅氧烷作为气味吸收剂使用，但并未教导八乙烯基倍半硅氧烷是否有其它作用，以及用于连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料时会产生除吸收气味以外的何种作用。
技术实现思路
针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，在流动方向和垂直流动方向具有相近的低线性膨胀系数，兼具高阻燃性、低气味、高强度，适用于制作对阻燃、尺寸、性能有较高要求的轨道交通和新能源汽车上的制件。一种各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，按质量份数计，原料组成包括：所述无机晶须选自氧化锌晶须、硫酸镁晶须、硼酸镁晶须、硫酸钙晶须、碳化硅晶须中的至少一种；所述倍半硅氧烷选自八乙烯基倍半硅氧烷、八异丁基倍半硅氧烷、八苯基倍半硅氧烷中的至少一种。针对本专利技术的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，专利技术人研究发现，通过上述特定种类和比例的倍半硅氧烷和无机晶须的复配使用，不仅能够在提高材料综合力学性能的同时让复合材料达到各向同性低线性膨胀系数的效果，而且上述种类的倍半硅氧烷与无机晶须可以作为阻燃协效剂使用，与连续玻璃纤维、阻燃剂产生协效作用，减少阻燃剂的添加量，减少阻燃剂对材料性能的影响。同时上述倍半硅氧烷具有特殊笼形结构，可以作为吸附剂存在，减少材料气味等级。为了更好地解决上述技术问题、获得更好的材料综合性能，本专利技术优选采用以下技术方案：作为优选，上述所罗列的各原料质量分数之和为100份。作为优选，所述无机晶须为四针状氧化锌晶须，长度为10-50μm，针状根部直径0.5-5μm，表观密度0.2±0.1g/cm3，真实密度5.3±0.2g/cm3。具备上述形貌等特征的四针状氧化锌晶须可以通过其特殊三维结构，更好地减少流动趋向，限制聚丙烯在垂直流动方向上的收缩，达到减小两个方向上的线性膨胀系数差异性的目的。作为优选，所述倍半硅氧烷为八乙烯基倍半硅氧烷，一方面其自带的乙烯基与聚丙烯有着良好的相容性，另一方面其自身分子尺寸较大，可以很好地抑制长链分子的运动，限制聚丙烯的收缩，减小复合材料的线性膨胀系数。上述优选的四针状氧化锌晶须和八乙烯基倍半硅氧烷具有最佳的协同效果，可更好地解决上述技术问题。所述聚丙烯可为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，优选230℃、2.16kg条件下熔融指数为60～150g/10min。作为优选，所述连续玻璃纤维的牌号为欧文斯科宁的SE4805型、泰山的T838J型、重庆玻纤的4305型中的一种。所述抗氧剂可以使用本领域常用的抗氧剂。作为优选，所述抗氧剂为主抗氧剂和辅抗氧剂的复合物，所述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，所述辅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。所述相容剂优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，进一步优选为马来酸酐接枝聚丙烯。在本专利技术的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料体系中，所述阻燃剂优选为以聚磷酸铵或焦磷酸哌嗪为主的膨胀型阻燃剂，进一步优选为以焦磷酸哌嗪为主的膨胀型阻燃剂。焦磷酸哌嗪基膨胀型阻燃剂有着更好地耐水解和耐析出性，对复合材料的性能影响更小，且与本专利技术使用的特殊倍半硅氧烷、无机晶须能产生更好的阻燃协同作用。在以上原料优选下，所述的各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，按质量份数计，所述原料组成优选包括：进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，按质量份数计，原料组成包括：/n
【技术特征摘要】
1.一种各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，按质量份数计，原料组成包括：
所述无机晶须选自氧化锌晶须、硫酸镁晶须、硼酸镁晶须、硫酸钙晶须、碳化硅晶须中的至少一种；
所述倍半硅氧烷选自八乙烯基倍半硅氧烷、八异丁基倍半硅氧烷、八苯基倍半硅氧烷中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无机晶须为四针状氧化锌晶须，长度为10-50μm，针状根部直径0.5-5μm，表观密度0.2±0.1g/cm3，真实密度5.3±0.2g/cm3；
所述倍半硅氧烷为八乙烯基倍半硅氧烷。
3.根据权利要求1所述的各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，230℃、2.16kg条件下熔融指数为60～150g/10min。
4.根据权利要求1所述的各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述连续玻璃纤维的牌号为欧文斯科宁的SE4805型、泰山的T838J型、重庆玻纤的4305型中的一种。
5.根据权利要求1所述的各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为主抗氧剂和辅抗氧剂的复合物，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述辅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；
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。
6.根据权利要求1所述的各向同性低线性膨胀系数的连续玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为以聚磷酸铵或焦磷...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈永波，陈晓敏，郑云磊，周琴恩，李俊，
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
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