一種可替代阻燃abs的無鹵阻燃pp加纖材料及其制備方法
【專利摘要】本發明屬于PP材料領域，涉及一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料及其制備方法，其主要原料組分包括PP樹脂、短纖維、表面處理助劑、相容劑、抗氧化劑、磷氮無鹵阻燃劑、抗滴落劑等，該改性材料通過相容劑與超細玻璃短纖的化學偶聯作用后在PP相中形成網狀結構，同時碳酸鈣晶須的加入能改變PP材料的微結晶狀態，使材料的尺寸穩定極佳，收縮率達到ABS的收縮率（3‰左右），并且，沖擊性能、拉伸強度和彎曲強度等各項性能指均能達到和超過ABS本身的性能指標。另外磷氮無鹵阻燃劑本身帶有強極性基團，對短纖維有極佳的強極性吸附作用，有很好的附纖效果；因此，完全可替代汽車配件及電子電器中的所用的阻燃ABS，從而既解決了阻燃ABS的環保問題，又降低了其材料成本。
【專利說明】—種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于PP材料領域，涉及一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料及其制備方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]ABS樹脂是一種性能優良的熱塑性塑料，具有較高的沖擊強度，耐熱性和尺寸穩定性，由于其具有的種種優點，被廣泛應用于工業零配件，電子電器產品的外殼和傳動件，及其它應用領域，但使用ABS樹脂的特定場合往往需產品具有阻燃性，因此阻燃ABS的需求同樣相當的廣泛。但是，目前國內大部分阻燃ABS基本都是有鹵阻燃，價格高且性能下降明顯，不環保；
無鹵阻燃PP，目前國內研究和應用也都較多，但是也存在諸多問題，如:阻燃劑嚴重影響PP本身的性能，阻燃劑吸潮及表面晰出等問題。
[0004]一般的PP加纖材料，其拉伸強度和彎曲強度及其模量都相對較高，缺口沖擊強度及伸長率相對較低，露纖及尺寸穩定性較差，如果再加入阻燃劑，其基本性能就更差。
[0005]
【發明內容】
[0006]為解決以上技術問題，本發明提供可替代阻燃ABS的一種無鹵阻燃PP加纖材料及其制備方法，材料缺口沖擊強度、彎曲強度和拉伸強度高，露纖及尺寸穩定性好；該方法簡單易于操作。
[0007]解決以上技術問題在本發明中的一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料，主要原料組分包括:PP樹脂、短纖維、表面處理助劑、相容劑、抗氧化劑、磷氮無鹵阻燃劑、抗滴落劑，其中，各組分的質量份數比例如下:
PP 樹脂35-45%
短纖維20-30%
相容劑5-15%
表面處理助劑2-4%
抗氧化劑0.25-0.3%
磷氮無鹵阻燃劑20-30 %
抗滴落劑0.15-2.5%。
[0008]其中，所述PP樹脂為市場出售的不同熔體指數的均聚和共聚PP，如K8003、K9928、T30S、Z30S、S1003、1100Ν的一種或幾種材料的混合物。
[0009]所述短纖維為超細玻璃短纖維和鈣晶須混合物。
[0010]所述短纖維為超細玻璃短纖維直徑為8-12--m，長度6_10mm ;鈣晶須直徑為5-25nm，長徑比 15-60。[0011]所述的鈣晶須為直徑5-20nm、長徑比15_30的CaCO3晶須、CaSO4晶須、硅鈣鎂晶須其中一種或幾種粉狀物質的混合物。
[0012]所述相容劑為POE-g-MAH、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、SEBS-g-MAH中的一種或兩種以上的混合物。
[0013]所述的粉體表面處理助劑為鋁酸脂偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、硅烷偶聯劑、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、EBS、PP蠟等其中一種或兩種以上混合物。
[0014]所述抗氧化劑為受阻酚類、芳胺類中的一種或兩種以上的混合物。
[0015]所述磷氮無鹵阻燃劑為成都碩屋科技公司的磷氮無鹵阻燃劑，該磷氮無鹵阻燃劑也為磷酸、間苯二酚、及聚氰銨或三聚氰銨的合成物。
[0016]所述抗滴落劑為聚四氟乙烯類抗滴落劑。
[0017]本發明中一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料的制備方法，包括下述主要步驟:
(I)將配方中短纖維、磷氮無鹵阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入抗氧化劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵、調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶、將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0018]本發明通過相容劑與超細玻璃短纖的化學偶聯作用后在PP相中形成網狀結構，同時碳酸鈣晶須的加入能改變PP材料的微結晶狀態，使材料的尺寸穩定極佳，收縮率達到ABS的收縮率(3%。左右)， 并且，沖擊性能、拉伸強度和彎曲強度等各項性能指均能達到和超過ABS本身的性能指標。另外磷氮無鹵阻燃劑本身帶有強極性基團，對短纖維有極佳的強極性吸附作用，有很好的附纖效果，從而解決了 PP加纖的露纖問題。
[0019]
【具體實施方式】
[0020]以下結合實施例來進一步解釋本發明，但實施例并不對本發明做任何形式的限制。以下實施例中磷氮無鹵阻燃劑為成都碩屋科技公司生產的磷氮無鹵阻燃劑。
[0021]對比例I
按質量百分比的配方包括:
ABS 樹脂:60%
增韌劑:高膠粉12.5%
阻燃劑:十溴二苯醚18%，三氧化二銻6%
抗氧劑:1010抗氧劑0.1%，168抗氧劑0.2%
潤滑助劑:硬脂酸鈣0.2%，EBS 0.4%
光熱穩定劑:3，5- 二叔丁基-4-羥基苯甲酸正十六酯,0.1%,
抗滴落劑:2.5%，
制備方法為:(1)、將上述ABS樹脂、高膠粉和潤滑助劑在高混機中充分混合，然后加入所述增韌劑、潤滑助劑、抗氧劑、抗滴落劑、阻燃劑、光熱穩定劑，充分混合后導出；
⑵、將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為220-230 °C )，即得阻燃 ABS ；
對比例2
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:T30S PP 樹脂 58.7%
玻璃纖維:無捻粗紗玻璃纖維30%，
相容劑:POE-g-MAH 8%
表面處理助劑:鈦酸酯偶聯劑1%，硬脂酸鈣1%，EBS 1%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.2%
制備方法為:(1)、將上述PP樹脂、無捻粗紗玻璃纖維和相容劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧化劑、表面處理助劑，充分混合后導出；
⑵、將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為220-230 0C )，即得阻燃 ABS實施例1
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:K8003 PP 樹脂 20%，Z30S PP 樹脂 17.7%
短纖維:超細玻璃短纖維18%，直徑8-12--m，長度12mm 碳酸鈣晶須7%，直徑為5-25nm，長徑比15-60 相容劑:POE-g-MAH 10%
表面處理助劑:鈦酸酯偶聯劑1%，硬脂酸鈣1%，EBS 1%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.2%
磷氮無鹵阻燃劑:22 %
抗滴落劑:2.0%,
制備方法為:⑴將上述短纖維、磷氮無齒阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0022]從實施例1和對比例I和2的檢測結果看，實施例1的各項性能指標均好于對比例1，特別是IZOD缺口沖擊強度和彎曲強度及彎曲模量優勢明顯，而相對于對比例2，其性能指標相對接近，但阻燃性和附纖效果、以及尺寸穩定明顯好很多，所以本發明新材料在一定范圍內可以替代阻燃ABS，并有明顯的低溫沖擊和熱變型性能方面性能優勢和價格優勢。
[0023]實施例2
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:T30S PP 樹脂 20%，Z30S PP 樹脂 19.7%
短纖維:超細玻璃短纖維15%，直徑為8-12--m，長度IOmm 碳酸鈣晶須5%，直徑為5-25nm，長徑比15-60 相容劑:SEBS-g-MAH 15%
表面處理助劑:鈦酸酯偶聯劑1%，硬脂酸鈣1%，EBS 1%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.2%磷氮無鹵阻燃劑:20 %
抗滴落劑:2.0%,
制備方法為:(1)、將上述短纖維、磷氮無鹵阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵、調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶、將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0024]該改性材料通過相容劑與超細玻璃短纖的化學偶聯作用后在PP相中形成網狀結構，同時碳酸鈣晶須的加入能改變PP材料的微結晶狀態，使材料的尺寸穩定極佳，收縮率達到ABS的收縮率(3%。左右)，并且，沖擊性能、拉伸強度和彎曲強度等各項性能指均能達到和超過ABS本身的性能指標。另外磷氮無鹵阻燃劑本身帶有強極性基團，對短纖維有極佳的強極性吸附作用，有很好的附纖效果；因此，完全可替代汽車配件及電子電器中的所用的阻燃ABS，從而既解決了阻燃ABS的環保問題，又降低了其材料成本。
[0025]實施例3
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:Z30S PP 樹脂 25%， 1100N PP 樹脂 10%
短纖維:超細玻璃短纖維20%，直徑為8-12--m，長度8mm 碳酸鈣晶須10%，直徑為5-25nm，長徑比15-60 相容劑:P0E-g-MAH 10% 表面處理助劑:鈦酸酯偶聯劑1%，硬脂酸鈣0.5%，EBS 0.7%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.2%
磷氮無鹵阻燃劑:20 %
抗滴落劑:2.5%,
制備方法為:⑴將上述短纖維、磷氮無齒阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧化劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0026]實施例4
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:K9928 PP 樹脂 25%，T30S PP 樹脂 20%
短纖維:超細玻璃短纖維15%，直徑為8-12--m，長度8mm 碳酸鈣晶須5%，直徑為5-25nm，長徑比 15-60
相容劑:乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物5%
表面處理助劑:鋁酸脂偶聯劑0.5%，硬脂酸鋅0.5%，EBS 1%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.15%
磷氮無鹵阻燃劑:25.75 %
抗滴落劑:2.0%，
制備方法為:(1)將上述短纖維、磷氮無齒阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧化劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0027]實施例5
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:K8003 PP 樹脂 20%， 1100Ν PP 樹脂 15%
短纖維:超細玻璃短纖維20%，直徑8-12--m，長度7mm 碳酸鈣晶須5%，直徑為5-20nm，長徑比15-30 相容劑:乙烯-丙烯酸酯共聚物5.2%
表面處理助劑:鈦酸酯偶聯劑1%，硬脂酸鈣0.5%，EBS 1%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.2%
磷氮無鹵阻燃劑:30 %
抗滴落劑:2.0%,
制備方法為:(1)、將上述短纖維、磷氮無鹵阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵、調整同向雙螺桿擠出 機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶、將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0028]實施例6
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:K8003 PP 樹脂 20%，Κ9928 PP 樹脂 15%
短纖維:超細玻璃短纖維20%，直徑為8-12--m，長度6mm 碳酸鈣晶須5%，直徑為5-20nm，長徑比15-30 相容劑:P0E-g-MAH 5.2%
表面處理助劑:鈦酸酯偶聯劑1%，硬脂酸鈣0.5%，EBS 1%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.2%
磷氮無鹵阻燃劑:30 %
抗滴落劑:2.0%,
制備方法為:⑴將上述短纖維、磷氮無齒阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧化劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0029]實施例7
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:K8003 PP 樹脂 20%，Κ9928 PP 樹脂 18%
短纖維:超細玻璃短纖維17%，直徑為8-12--m，長度8mm 碳酸鈣晶須5%， 直徑為5-25nm，長徑比15-60相容劑:POE-g-MAH 10.2%
表面處理助劑:鈦酸酯偶聯劑1%，硬脂酸鈣0.5%，EBS 1%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.2%
磷氮無鹵阻燃劑:25 %
抗滴落劑:2.0%,
制備方法為:(1)、將上述短纖維、磷氮無鹵阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧化劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵、調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶、將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0030]實施例8
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:T30S PP 樹脂 20%，K9928 PP 樹脂 15%
短纖維:超細玻璃短纖維25%，直徑為8-12--m，長度8mm 碳酸鈣晶須5%，直徑為5-25nm，長徑比15-60 相容劑:P0E-g-MAH 10%
表面處理助劑:硅烷偶聯劑 0.7%，硬脂酸鈣1%，EBS 1%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.2%
磷氮無鹵阻燃劑:20%
抗滴落劑:2.0%,
制備方法為:⑴將上述短纖維、磷氮無齒阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧化劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0031]實施例9
按質量百分比的配方包括:
PP 樹脂:T30S PP 樹脂 20%，K9928 PP 樹脂 15%
短纖維:超細玻璃短纖維20%、直徑為8-12--m，長度8mm 碳酸鈣晶須5%，直徑為5-25nm，長徑比15-60 相容劑:P0E-g-MAH 15%
表面處理助劑:硅烷偶聯劑0.7%，硬脂酸鈣1%，PP蠟1%
抗氧化劑:抗氧劑1010 0.1%，抗氧劑168 0.2%
磷氮無鹵阻燃劑:20 %
抗滴落劑:2.0%,
制備方法為:(1)、將上述短纖維、磷氮無鹵阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中充分混合，然后加入所述抗氧化劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂、充分混合后導出；
⑵、調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切；
⑶、將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒(主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C )，即得到所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
[0032]性能測試
拉伸強度按GB/T1040標準進行檢驗。試樣類型為I型，樣條尺寸(mm):170 (長)X 20(±0.2)(端部寬度)X 4.0 (±0.2)(厚度)，拉伸速度為10mm/min ；
彎曲強度和彎曲模量按GB/T9341標準進行檢驗。試樣類型為I型，樣條尺寸(mm):80(±0.2) XlO (±0.2) X4.0 (±0.2)，彎曲速度為 10mm/min ；
缺口沖擊強度按GB/T1043標準進行檢驗。試樣類型為I型，樣條尺寸(mm):
(mm):80 (±0.2) XlO (±0.2) X 4.0 ( ±0.2)，缺口類型為 A 類，缺口剩余厚度為
3.2mmο
[0033]對比例和實施例1-9配方的材料性能參數測試結果:
表1 J
從實施例1-9看出，所發明新材料的各項性能指均超過或接近對比例I的性能指標，而相對于對比例2，其性能指標相對接近，但阻燃性和附纖效果、以及尺寸穩定明顯好很多。
[0034]所以本發明新材料在一定范圍內可以替代阻燃ABS，并低溫沖擊和熱變型性方面有明顯的性能優勢。從而既解決了阻燃ABS的環保問題，又降低了其材料成本。
【權利要求】
1.一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料，主要原料組分包括:PP樹脂、短纖維、表面處理助劑、相容劑、抗氧化劑、磷氮無齒阻燃劑、抗滴落劑，其中，各組分的質量份數比例如下: PP 樹脂45-60% 短纖維20-30%相容劑5-15% 表面處理助劑2-4% 抗氧化劑0.15-0.25% 磷氮無鹵阻燃劑20-30 % 抗滴落劑0.15-2.5%。
2.根據權利要求1所述的一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料，其特征在于:所述PP樹脂為均聚和共聚PP樹脂一種或兩種以上的混合物。
3.根據權利要求2所述 的一種無鹵阻燃PP加纖材料，其特征在于:所述短纖維為超細玻璃短纖維和鈣晶須的混合物。
4.根據權利要求3所述的一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料，其特征在于:所述超細玻璃短纖維直徑為8-12--m，長度6-10mm ;所述鈣晶須直徑為5_25nm，長徑比15-60。
5.根據權利要求4所述的一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料，其特征在于:所述的鈣晶須為直徑5-20nm、長徑比15-30的CaCO3晶須、CaSO4晶須、硅鈣鎂晶須其中一種或兩種以上的混合物。
6.根據權利要求1所述的一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料，其特征在于:所述相容劑為POE-g-MAH、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、SEBS-g-MAH中的一種或兩種以上的混合物。
7.根據權利要求1所述的一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料，其特征在于:所述表面處理助劑為鋁酸脂偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、硅烷偶聯劑、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、EBS、PP蠟中一種或兩種以上的混合物。
8.根據權利要求1所述的一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料，其特征在于:所述抗氧化劑為受阻酚類、芳胺類、有機硅油中的一種或兩種以上的混合物。
9.根據權利要求1所述的一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料，其特征在于:所述抗滴落劑為聚四氟乙烯類抗滴落劑。
10.一種權利要求1-9中任一項所述的一種可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖材料的制備方法，其特征在于包括下述主要步驟: ⑴將配方中短纖維、磷氮無齒阻燃劑和粉體表面處理助劑在高混機中混合，然后加入抗氧化劑、抗滴落劑、相容劑、PP樹脂，混合后導出； ⑵調整同向雙螺桿擠出機螺桿組合，使短纖維不至受到過渡剪切； ⑶將導出物加入積木式雙螺桿擠出機擠出造粒，主機轉速為380-400rpm，溫度為200-220°C，即得所述可替代阻燃ABS的無鹵阻燃PP加纖新材料。
【文檔編號】C08K13/06GK103467851SQ201310410459
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年9月11日
【發明者】雷文君, 杜林海, 陳德東 申請人:成都碩屋科技有限公司