高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制法制造技术

本说明书公开了一种高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，复合材料包括如下重量份数的原料：聚丙烯树脂29

【技术实现步骤摘要】
高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制法


[0001]本说明书一个或多个实施例涉及汽车材料
，尤其涉及一种高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，中国汽车产业保持快速稳定的发展势头，汽车产量、销量都居世界首位。塑料在汽车上的应用由来已久，目前汽车用改性塑料的使用量已成为衡量汽车设计和制造水平高低的一个重要标志，塑料饰件的大量应用，促进了汽车的减重节能，提高了汽车的美观舒适度。在汽车领域，聚丙烯(PP)作为通用塑料的一种由于其来源广泛，价格低，耐腐蚀、机械性能优异等优点，成为车用塑料用量最大、使用频次最高、发展速度最快的品种。
[0003]同时，碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等人造纤维作为增强相在聚合物基复合材料中得到了广泛的应用，然而人造纤维具有降解性差和成本高等缺点。在生产过程中产生有毒有害气体，且在后期的处理(填埋或焚烧)中也会引起环境问题。相比之下，植物纤维来源于天然植物，具有低成本、低密度、可再生、可降解、高的比强度和比模量等优点。
[0004]目前，汽车行业是我国碳排放的主要来源之一，因此汽车节能减排对我国实现“双碳”目标具有重要意义。汽车轻量化是目前实现节能减排最直接、有效的途径。复合材料是重要的轻量化材料，已成为汽车轻量化研究的热点。植物纤维具有低密度、高的比强度和比模量，同时与玻璃纤维相比，麻纤维具有更高的比模量。因此，植物纤维是人造纤维的理想替代品。麻纤维增强树脂基复合材料相比碳纤维、玻璃纤维增强树脂基复合材料具有价格低廉、可生物降解、生产能耗低、隔音降噪等优势特点，因此在汽车领域中具有广阔的应用前景。也即，在聚合物基体中引入强度高、质量轻的植物纤维，能够制备出高性能绿色环保复合材料。虽然植物纤维可以使复合材料具有良好的力学性能，但植物纤维复合材料高的可燃性限制了复合材料在汽车领域的应用，因而提高复合材料的阻燃性能至关重要。同时，聚丙烯材料本身的氧指数过低，存在易燃烧的缺点，限制了其在有燃烧要求等汽车内饰零部件上的使用；因此，需要在植物纤维中添加阻燃剂改性的方法来改善其易燃烧的缺陷。虽然卤素阻燃具有高的阻燃效率，但卤素阻燃剂通燃烧时生成较多的烟和有毒有害气体，对人体健康产生不利的影响的同时严重影响生态环境。
[0005]而且，由于植物纤维中含有大量的羟基基团，使其具有极性和亲水性，但大部分热塑性塑料表现为非极性，具有疏水性，从而导致它们的界面相容性比较差。这会使复合材料基体与纤维之间存在较多的孔洞结构，导致复合材料的性能下降，达不到预期值。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提供高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料。本专利技术的麻纤维增强聚丙烯复合材料的性能具体如下：阻燃等级均可达到V
‑
0级；拉伸强度均大于43.0MPa；拉伸模量均大于1405MPa；弯曲强度均大于34.5MPa；弯曲模量均大于1420MPa；简支梁无缺口冲击强度均无断裂；简支梁缺口冲击强度
均大于21.5kJ/m2。
[0007]本说明书的第二个目的在于提供一种高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
[0008]基于上述第一项目的，本说明书提供如下技术方案：
[0009]一种高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料，包括如下重量份数的原料：
[0010][0011]作为一个实施方式，所述聚丙烯树脂选自北京燕山石油化工公司生产销售的聚丙烯树脂F401。
[0012]作为一个实施方式，所述天然麻纤维选自苎麻、亚麻、大麻、黄麻、剑麻纤维中的一种或多种。
[0013]作为一个实施方式，所述阻燃剂为氮磷系阻燃剂与硅系阻燃剂的组合。
[0014]作为一个实施方式，所述氮磷系阻燃剂和硅系阻燃剂的质量比为0.5
‑
5.5：1。
[0015]作为一个优选的实施方式，所述氮磷系阻燃剂选自三聚氰胺、聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或多种；所述硅系阻燃剂选自二氧化硅、有机硅阻燃剂中的一种或多种；优选地，所述有机硅阻燃剂为聚硅氧烷、聚硼硅氧烷、硅油中的一种或多种。
[0016]作为一个实施方式，所述增容剂为乙烯
‑
丙烯酸丁酯
‑
甲基丙烯酸缩水甘油酯(EGMA)、异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)、异氰脲酸三烯丙酯(TAIC)、马来酸酐接枝聚丙烯(PP
‑
g
‑
MAH)中的一种或多种。
[0017]作为一个实施方式，所述抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂组成。
[0018]作为一个优选的实施方式，所述主抗氧剂为受阻酚抗氧剂，所述受阻酚抗氧剂选自抗氧剂1035、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的一种或多种；所述辅抗氧剂为含硫抗氧剂，所述含硫抗氧剂选自抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP中的一种或两种。
[0019]作为一个优选的实施方式，所述主抗氧剂和辅抗氧剂的质量比是0.5
‑
2.2:1。
[0020]基于上述第二项目的，本说明书提供如下技术方案：
[0021]一种高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
[0022]1)将天然麻纤维剪切成2
‑
8mm长的短切纤维，将短切麻纤维在质量分数为1.5
‑
9wt％的碱性溶液中浸泡15
‑
90min进行改性处理，过滤，再用0.03
‑
0.3wt％乙酸去离子水溶液清洗至中性，将改性处理后的短切麻纤维干燥处理；或者
[0023]将天然麻纤维剪切成2
‑
8mm长的短切纤维，将短切麻纤维在质量分数为10
‑
40wt％的硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡90
‑
240min进行改性处理，过滤，将偶联剂处理后的短切麻纤维干燥处理；
[0024]2)将改性处理后的短切麻纤维、聚丙烯树脂、阻燃剂、增容剂和抗氧剂在40
‑
70℃下干燥4
‑
10h；按配方量将聚丙烯树脂、表面改性后的短切麻纤维、阻燃剂、增容剂和抗氧剂
在高速混合机中机械混合10
‑
30min，混合均匀后投入密炼机熔融共混5
‑
25min，混炼完成后冷却、造粒，得到高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料。
[0025]作为一个实施方式，步骤1)中，所述干燥处理的温度为30
‑
70℃，干燥处理的时间为6
‑
72h。
[0026]作为一个实施方式，所述高速混合机的转速为500
‑
1000rpm；所述密炼机的密炼温度为170
‑
220℃，转子转速35
‑
120rpm。
[0027]本专利技术所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高模量、无卤阻燃的麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚丙烯树脂29
‑
78份；天然麻纤维8
‑
36份；阻燃剂12
‑
28份；增容剂0.8
‑
4.2份；抗氧剂0.3
‑
1.2份。2.根据权利要求1所述的麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述天然麻纤维选自苎麻、亚麻、大麻、黄麻、剑麻纤维中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为氮磷系阻燃剂与硅系阻燃剂的组合。4.根据权利要求3所述的麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述氮磷系阻燃剂和硅系阻燃剂的质量比为0.5
‑
5.5：1。5.根据权利要求3所述的麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述氮磷系阻燃剂选自三聚氰胺、聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或多种；所述硅系阻燃剂选自二氧化硅、有机硅阻燃剂中的一种或多种；优选地，所述有机硅阻燃剂为聚硅氧烷、聚硼硅氧烷、硅油中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增容剂为乙烯
‑
丙烯酸丁酯
‑
甲基丙烯酸缩水甘油酯、异氰脲酸三缩水甘油酯、异氰脲酸三烯丙酯、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：，所述抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂组成。8.根据权利要求7所述的麻纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述主抗氧剂为受阻酚抗氧剂，所述受阻酚抗氧剂选自抗氧剂1035、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的一种或多种；所述辅抗氧剂为含硫抗氧剂，所述含硫抗氧剂选自抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP中的一种或两种。9.根据权利要求7所述的麻纤维增强聚丙烯复合材料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迪，滕腾，任晓珊，朱熠，于洪阳，孙琦岳，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：