本發(fā)明涉及一種低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料及制備方法，屬阻燃復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚丙烯作為五大通用塑料之一應(yīng)用非常廣泛。但是聚丙烯具有致命的缺點(diǎn)，它的氧指數(shù)很低(17.4)，容易燃燒，且燃燒發(fā)熱量大，產(chǎn)生大量熔滴，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，不易熄滅。目前市?chǎng)上的阻燃聚丙烯存在三大弊端。
1)含鹵阻燃劑的添加，對(duì)人體及環(huán)境存在危害；
2)要達(dá)到v-0級(jí)阻燃效果，需添加阻燃劑20％以上，嚴(yán)重影響復(fù)合材料力學(xué)性能；
3)復(fù)合材料使用過程中有機(jī)揮發(fā)物不斷揮發(fā)，危害人體健康。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料。
本發(fā)明的另一目的在于提供低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
一種低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于按重量份數(shù)計(jì)其原料由下列組分組成：55～75份共聚聚丙烯、10～25份均聚聚丙烯、2～8份碳化鉭、3～10份氫氧化鉭、1～8份玻璃纖維、1～5份彈性體、0.1～0.5份偶聯(lián)劑、0.1-1.5份防滴落劑、0.1-0.3份抗氧劑。
進(jìn)一步的，所述碳化鉭和氫氧化鉭的重量之和占總重量的10％。。
進(jìn)一步的，上述碳化鉭的平均粒徑為20～200納米，比表面積12～38m2/g。
進(jìn)一步的，氫氧化鉭平均粒徑為55～260微米，長(zhǎng)徑比為120:1～220:1，比表面積2～8m2/g。
進(jìn)一步的，上述彈性體選自poe、sbs、sebs中至少一種。
進(jìn)一步的，上述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑kh560(γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)。
進(jìn)一步的，上述防滴落劑為聚四氟乙烯。
進(jìn)一步的，上述抗氧劑為抗氧劑1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯)。
一種低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
1)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為碳化鉭重量的0.15％；將碳化鉭用高錳酸鉀溶液刻蝕,取出烘干；將烘干的碳化鉭用配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液浸泡，揮發(fā)除去乙醇；
2)將共聚聚丙烯與經(jīng)步驟1)處理的碳化鉭通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得剛性母粒；
3)將均聚聚丙烯與玻璃纖維通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得增強(qiáng)母粒；
4)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為氫氧化鉭、彈性體總重量的0.15％；將氫氧化鉭、彈性體與配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液于高速混料機(jī)里混合；
5)將剛性母粒和增強(qiáng)母粒加入步驟4)中的高速混料機(jī)里混合；
6)將經(jīng)步驟5)中得到的混合物料和防滴落劑、抗氧劑置于雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)熔融擠出、造粒。
進(jìn)一步地，所述步驟1)中碳化鉭用濃度35g/l高錳酸鉀溶液，60℃刻蝕30分鐘后取出烘干。
本發(fā)明的有益效果是：1、通過鉭系填料粒徑分布、長(zhǎng)徑比分布、比表面積分布的篩選，達(dá)到阻燃與有機(jī)揮發(fā)物吸收效果的統(tǒng)一，填料的表面刻蝕與處理，剛性母粒與增強(qiáng)母粒的制備，使得聚丙烯復(fù)合材料具有低voc、ul-94v-0級(jí)的阻燃效果、極佳的耐刮擦性、高剛性等優(yōu)異的力學(xué)性能。2、10％鉭系填料既吸收有機(jī)揮發(fā)物，又起到阻燃效果，同時(shí)提升復(fù)合材料的剛性，提高耐刮擦性。3、本發(fā)明制備的低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料為綠色環(huán)保材料，能夠通過注塑成型，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀的產(chǎn)品，且制備工藝簡(jiǎn)單易行，可進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，滿足市場(chǎng)對(duì)聚丙烯的材料的苛刻要求。
具體實(shí)施方式
為便于對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)其原料由下列組分組成：66份共聚聚丙烯、16份均聚聚丙烯、4份碳化鉭(平均粒徑優(yōu)選為20～200納米，比表面積12～38m2/g)、6份氫氧化鉭(平均粒徑為55～260微米，長(zhǎng)徑比為120:1～220:1，比表面積2～8m2/g)、4份玻璃纖維、3份poe彈性體、0.3份硅烷偶聯(lián)劑kh560、0.5份防滴落劑聚四氟乙烯、0.2份抗氧劑四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
制備方法如下：
1)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為碳化鉭重量的0.15％；將碳化鉭用濃度35g/l高錳酸鉀溶液，60℃刻蝕30分鐘后取出烘干；將烘干的碳化鉭用配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液浸泡，揮發(fā)除去乙醇；
2)將共聚聚丙烯與經(jīng)步驟1)處理的碳化鉭通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得剛性母粒；
3)將均聚聚丙烯與玻璃纖維通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得增強(qiáng)母粒；
4)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為氫氧化鉭、彈性體總重量的0.15％；將氫氧化鉭、彈性體與配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液于高速混料機(jī)里混合3～8分鐘，溫度50～70℃；；
5)將剛性母粒和增強(qiáng)母粒加入步驟4)中的高速混料機(jī)里混合，混合25～30分鐘，溫度50～70℃；
6)將經(jīng)步驟5)中得到的混合物料和防滴落劑、抗氧劑置于雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)熔融擠出、造粒。
上述所有的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比為48：1，分九區(qū)控溫的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，一至九區(qū)加工溫度依次為：198℃，194℃，190℃，196℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，機(jī)頭溫度210℃，主機(jī)頻率25～35hz，喂料頻率18～23hz，熔體壓力3.0～4.0mpa，真空度-0.03～-0.06mpa，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速350～450rpm。
對(duì)上述制備的高導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表1所述。
實(shí)施例2
低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)其原料由下列組分組成：56份共聚聚丙烯、21份均聚聚丙烯、8份碳化鉭(平均粒徑優(yōu)選為20～200納米，比表面積12～38m2/g)、10份氫氧化鉭(平均粒徑為55～260微米，長(zhǎng)徑比為120:1～220:1，比表面積2～8m2/g)、1份玻璃纖維、3份sbs彈性體、0.3份硅烷偶聯(lián)劑kh560、0.5份防滴落劑聚四氟乙烯、0.2份抗氧劑四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
制備方法如下：
1)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為碳化鉭重量的0.15％；將碳化鉭用濃度35g/l高錳酸鉀溶液，60℃刻蝕30分鐘后取出烘干；將烘干的碳化鉭用配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液浸泡，揮發(fā)除去乙醇；
2)將共聚聚丙烯與經(jīng)步驟1)處理的碳化鉭通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得剛性母粒；
3)將均聚聚丙烯與玻璃纖維通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得增強(qiáng)母粒；
4)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為氫氧化鉭、彈性體總重量的0.15％；將氫氧化鉭、彈性體與配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液于高速混料機(jī)里混合3～8分鐘，溫度50～70℃；；
5)將剛性母粒和增強(qiáng)母粒加入步驟4)中的高速混料機(jī)里混合，混合25～30分鐘，溫度50～70℃；
6)將經(jīng)步驟5)中得到的混合物料和防滴落劑、抗氧劑置于雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)熔融擠出、造粒。
上述所有的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比為48：1，分九區(qū)控溫的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，一至九區(qū)加工溫度依次為：198℃，194℃，190℃，196℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，機(jī)頭溫度210℃，主機(jī)頻率25～35hz，喂料頻率18～23hz，熔體壓力3.0～4.0mpa，真空度-0.03～-0.06mpa，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速350～450rpm。
對(duì)上述制備的高導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表1所述。
實(shí)施例3
低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)其原料由下列組分組成：72份共聚聚丙烯、13份均聚聚丙烯、2份碳化鉭(平均粒徑優(yōu)選為20～200納米，比表面積12～38m2/g)、3份氫氧化鉭(平均粒徑為55～260微米，長(zhǎng)徑比為120:1～220:1，比表面積2～8m2/g)、6份玻璃纖維、3份sebs彈性體、0.3份硅烷偶聯(lián)劑kh560、0.5份防滴落劑聚四氟乙烯、0.2份抗氧劑四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
制備方法如下：
1)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為碳化鉭重量的0.15％；將碳化鉭用濃度35g/l高錳酸鉀溶液，60℃刻蝕30分鐘后取出烘干；將烘干的碳化鉭用配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液浸泡，揮發(fā)除去乙醇；
2)將共聚聚丙烯與經(jīng)步驟1)處理的碳化鉭通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得剛性母粒；
3)將均聚聚丙烯與玻璃纖維通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得增強(qiáng)母粒；
4)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為氫氧化鉭、彈性體總重量的0.15％；將氫氧化鉭、彈性體與配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液于高速混料機(jī)里混合3～8分鐘，溫度50～70℃；；
5)將剛性母粒和增強(qiáng)母粒加入步驟4)中的高速混料機(jī)里混合，混合25～30分鐘，溫度50～70℃；
6)將經(jīng)步驟5)中得到的混合物料和防滴落劑、抗氧劑置于雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)熔融擠出、造粒。
上述所有的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比為48：1，分九區(qū)控溫的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，一至九區(qū)加工溫度依次為：198℃，194℃，190℃，196℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，機(jī)頭溫度210℃，主機(jī)頻率25～35hz，喂料頻率18～23hz，熔體壓力3.0～4.0mpa，真空度-0.03～-0.06mpa，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速350～450rpm。
對(duì)上述制備的高導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表1所述。
實(shí)施例4
低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)其原料由下列組分組成：69份共聚聚丙烯、12份均聚聚丙烯、8份碳化鉭(平均粒徑優(yōu)選為20～200納米，比表面積12～38m2/g)、3份氫氧化鉭(平均粒徑為55～260微米，長(zhǎng)徑比為120:1～220:1，比表面積2～8m2/g)、4份玻璃纖維、3份sebs彈性體、0.3份硅烷偶聯(lián)劑kh560、0.5份防滴落劑聚四氟乙烯、0.2份抗氧劑四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
制備方法如下：
1)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為碳化鉭重量的0.15％；將碳化鉭用濃度35g/l高錳酸鉀溶液，60℃刻蝕30分鐘后取出烘干；將烘干的碳化鉭用配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液浸泡，揮發(fā)除去乙醇；
2)將共聚聚丙烯與經(jīng)步驟1)處理的碳化鉭通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得剛性母粒；
3)將均聚聚丙烯與玻璃纖維通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得增強(qiáng)母粒；
4)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為氫氧化鉭、彈性體總重量的0.15％；將氫氧化鉭、彈性體與配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液于高速混料機(jī)里混合3～8分鐘，溫度50～70℃；；
5)將剛性母粒和增強(qiáng)母粒加入步驟4)中的高速混料機(jī)里混合，混合25～30分鐘，溫度50～70℃；
6)將經(jīng)步驟5)中得到的混合物料和防滴落劑、抗氧劑置于雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)熔融擠出、造粒。
上述所有的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比為48：1，分九區(qū)控溫的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，一至九區(qū)加工溫度依次為：198℃，194℃，190℃，196℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，機(jī)頭溫度210℃，主機(jī)頻率25～35hz，喂料頻率18～23hz，熔體壓力3.0～4.0mpa，真空度-0.03～-0.06mpa，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速350～450rpm。
對(duì)上述制備的高導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表1所述。
實(shí)施例5
低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)其原料由下列組分組成：58份共聚聚丙烯、23份均聚聚丙烯、2份碳化鉭(平均粒徑優(yōu)選為20～200納米，比表面積12～38m2/g)、9份氫氧化鉭(平均粒徑為55～260微米，長(zhǎng)徑比為120:1～220:1，比表面積2～8m2/g)、4份玻璃纖維、3份sebs彈性體、0.3份硅烷偶聯(lián)劑kh560、0.5份防滴落劑聚四氟乙烯、0.2份抗氧劑四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
制備方法如下：
1)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為碳化鉭重量的0.15％；將碳化鉭用濃度35g/l高錳酸鉀溶液，60℃刻蝕30分鐘后取出烘干；將烘干的碳化鉭用配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液浸泡，揮發(fā)除去乙醇；
2)將共聚聚丙烯與經(jīng)步驟1)處理的碳化鉭通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得剛性母粒；
3)將均聚聚丙烯與玻璃纖維通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒，得增強(qiáng)母粒；
4)將偶聯(lián)劑配制成1～3wt％的偶聯(lián)劑乙醇溶液，偶聯(lián)劑用量為氫氧化鉭、彈性體總重量的0.15％；將氫氧化鉭、彈性體與配制好的偶聯(lián)劑乙醇溶液于高速混料機(jī)里混合3～8分鐘，溫度50～70℃；；
5)將剛性母粒和增強(qiáng)母粒加入步驟4)中的高速混料機(jī)里混合，混合25～30分鐘，溫度50～70℃；
6)將經(jīng)步驟5)中得到的混合物料和防滴落劑、抗氧劑置于雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)熔融擠出、造粒。
上述所有的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比為48：1，分九區(qū)控溫的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，一至九區(qū)加工溫度依次為：198℃，194℃，190℃，196℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，機(jī)頭溫度210℃，主機(jī)頻率25～35hz，喂料頻率18～23hz，熔體壓力3.0～4.0mpa，真空度-0.03～-0.06mpa，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速350～450rpm。
對(duì)上述制備的低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表1所述。
對(duì)上述實(shí)施例1～5中制備的樣品進(jìn)行各種性能測(cè)試的方法如下：
拉伸強(qiáng)度按gb/t1040-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，拉伸速度為50mm/min；
彎曲強(qiáng)度和彎曲模量按gb/t9341-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，試樣尺寸(mm)：(80士2)×(10士0.2)×(4士0.2)，彎曲速度為2mm/min；
缺口沖擊強(qiáng)度按gb/t1843-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，試樣尺寸(mm)：(80士2)×(10士0.2)×(4士0.2)，缺口底部半徑(mm)0.25士0.05，缺口保留厚度(mm)8.0士0.2；
熱變形溫度按gb/t1634-2004標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，施加的彎曲應(yīng)力1.8mpa；
燃燒性按ul94標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)；
苯類、醛類等有機(jī)物濃度檢測(cè)，按gb/t27630-2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試；
耐刮擦按gmw14688方法進(jìn)行測(cè)試，載荷6n；刮擦速度1000mm/min；刮擦頭直徑1mm；間距2mm；網(wǎng)格數(shù)19*19。
表1各實(shí)施例制備的高導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍復(fù)合材料的性能及對(duì)比
從表1中可看出，實(shí)施例1～5所制備的低voc、高強(qiáng)度、阻燃聚丙烯復(fù)合材料的阻燃級(jí)別均可達(dá)ul-94v-0級(jí)，具有高阻燃性，氫氧化鉭在高溫下釋放出結(jié)晶水迅速阻斷燃燒；高分子材料與玻璃纖維復(fù)合后，在使用過程中氣味的散發(fā)非常強(qiáng)烈，我們通過鉭系填料尺寸效應(yīng)的配發(fā)，比表面積的配合，對(duì)有機(jī)揮發(fā)物充分吸收，散發(fā)四項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)均非常優(yōu)秀；碳化鉭的高剛性改善了復(fù)合材料耐刮擦性能，這在聚丙烯改性材料非?？少F。
鉭系填料占總重量10％時(shí)，協(xié)同效果最優(yōu)，既吸收有機(jī)揮發(fā)物，又起到阻燃效果，同時(shí)提升復(fù)合材料的剛性，提高耐刮擦性。