一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能高分子复合材料技术领域，具体地涉及一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯是一种无色、无臭、半透明的热塑性材料。由于其价格低、加工方式便捷，且具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，使其在机械、汽车、电子电器、等领域得到广泛的开发应用。然而在加工和使用的过程中，聚丙烯材料受到了外力后，容易在外力作用下产生微裂纹、微孔或银纹，从而出现应力发白，严重影响产品的美观和使用。

针对耐应力发白性能，中国专利CN113881136A公开了一种高耐压、抗应力发白聚丙烯组合物及其制备方法和应用。使用高熔体强度聚丙烯作为主体树脂，碳氢流体作为相界面修复剂，两者协同作用使制备的聚丙烯组合物具有优异的耐压性能以及耐应力发白性能，可用于制备净水器滤瓶或水路板等领域。

中国专利CN111925597B公开了一种耐老化耐应力发白聚丙烯组合物及其制备方法。通过加入SEBS、改性玻璃纤维及十一烯酸-马来酸酐共聚物挤出制得的聚丙烯组合物具有良好的力学性能和耐应力发白性能。此外，在经过老化试验后，聚丙烯组合物耐应力发白性能依然良好，可以广泛用于汽车内饰领域。

以上两种方案通过改善填料与树脂间的相容性，得到了性能优异的耐应力发白聚丙复合材料。然而，对阻燃聚丙烯复合材料抗应力发白的研究却很少，因为阻燃剂的加入会影响材料的应力发白现象。

因此，在阻燃聚丙烯材料快速发展的时代，研究一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，不仅具有理论意义，还具有实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括70-85份共聚聚丙烯、5-10份阻燃剂、2-8份聚乙烯、2-8份聚苯乙烯、1-3份纳米玻璃纤维和0.05-0.2份成核剂；阻燃剂为溴含量为6wt％的含溴类阻燃剂，溴含量低，不易析出。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，共聚聚丙烯为乙烯-丙烯共聚物，乙烯-丙烯共聚物存在的乙烯链段与聚乙烯相容性好。

如上所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，共聚聚丙烯在230℃、2.16kg测试条件下的熔融指数为5-15g/10min。

如上所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的一种以上。

如上所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，聚苯乙烯为HIPS。

如上所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，聚乙烯与聚苯乙烯的重量份数比为1:1。

如上所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，成核剂为山梨醇类成核剂NA-88。

如上所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，按重量份数计，还包括0.2-0.5份抗氧剂。

如上所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，抗氧剂为抗氧剂168和/或抗氧剂1010。

如上所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能为1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为1.48△L-1.60△L。

本发明还提供制备如上任一项所述的一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的方法，按重量配比将各组分混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，混合均匀采用高混机，转速为300rpm，时间为10-15min，双螺杆挤出机各区的温度范围为160-170℃。

发明原理

在聚丙烯中添加聚苯乙烯和聚乙烯后，聚苯乙烯在多相体系中微观结构呈近似珠粒状分散于基体连续相中，受外力作用后，可使内应力沿球面分散缓解并阻止裂纹扩展，从而降低内应力；而基体连续相中聚乙烯外部由于分子量的差异以及不完全相容可形成一段一段的封闭空白区，阻碍了应力传递，降低了裂纹拓展的概率。受到外力的作用后，聚苯乙烯和聚乙烯共同作用，内应力逐渐分散并减弱，到达空白区时，内应力降低到最低。当聚苯乙烯与聚乙烯的比例为1:1时，复合材料的抗应力发白性能更好。

进一步地，纳米玻璃纤维的加入可以降低材料的内应力，这是因为纳米纤维的长径比较大，容易缠结很多大分子链，形成网络结构。受到外力作用后，分子链的运动受到阻碍，从而提高复合材料应力开裂的能力。

本发明还在复合材料中添加了少量的成核剂，能够加快结晶速度，可以在其制品中形成细小致密的球晶颗粒，使内应力降低并得到分散。

进一步地，本发明制备的抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的配方中不同的基体材料燃烧机理相似，因此本发明制备的复合材料对材料的阻燃性能影响较小，性能优异的阻燃剂(例如含溴类阻燃剂)都适用本方法。

有益效果

(1)本发明的制备方法工艺简单；

(2)本发明制备的抗应力发白阻燃聚丙烯材料，兼具优良的抗应力发白性能和阻燃性能，应用前景广阔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

以下各实施例和对比例中制得的阻燃聚丙烯复合材料相关性能的检测方法如下：

落球应力发白性能参照大众汽车集团标准PV3966进行测试；

阻燃性能参照GB/T 2408-2008进行测试。

实施例1

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，按重量份数计将80份共聚聚丙烯、8份阻燃剂、5份聚乙烯、5份聚苯乙烯、2份纳米玻璃纤维、0.05份成核剂和0.4份抗氧剂加入高混机中，以300rpm的转速混合10-15min得到混合物，将混合物加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料，双螺杆挤出机各区的温度范围为160-170℃，其中：

共聚聚丙烯为乙烯-丙烯共聚物，厂商为台塑，牌号为3080；

阻燃剂的厂商为浙江旭森，牌号为FR-8801；

聚乙烯的厂商为中石化燕山石化，牌号为LD605；

聚苯乙烯的厂商为上海赛科石化，牌号为HIPS-622；

纳米玻璃纤维的厂商为常州美克莱；

成核剂的厂商为瑞莱恩，牌号为NA-88；

抗氧剂为质量比1:1的巴斯夫168和巴斯夫1010的混合物。

最终制得的抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能为1.6mm V2(UL94)，落球应力发白性能测试结果为1.48△L。

对比例1

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于共聚聚丙烯的厂商为扬子石化，牌号为S700。

最终制得的抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能为1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为1.63△L。

对比例1与实施例1相比，对比例1的落球应力发白性能测试结果增加，这是因为实施例1中乙烯-丙烯共聚物中存在乙烯链段，与聚乙烯之间具有较好的相容性。

对比例2

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于配方中不含有聚乙烯和聚苯乙烯，且共聚聚丙烯的重量份数为90份。

最终制得的抗应力发白聚丙烯复合材料阻燃性能1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为2.52△L。

对比例2与实施例1相比，对比例2的落球应力发白测试结果增加，这是因为对比例2没有添加聚乙烯和聚苯乙烯，聚乙烯和聚苯乙烯无法共同作用将内应力分散并降低。

对比例3

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处在于配方中不含有聚苯乙烯，且聚乙烯的重量份数为10份。

最终制得的抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料阻燃性能1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为1.96△L。

对比例3与实施例1相比，对比例3的落球应力发白测试结果增加，这是因为对比例3没有添加聚苯乙烯，只是添加了聚乙烯，没有聚苯乙烯使内应力沿球面分散缓解并阻止裂纹扩展。

对比例4

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处在于配方中不含有聚乙烯，且聚苯乙烯的重量份数为10份。

最终制得的抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料阻燃性能1.6mm V2，落球应力发白性能为1.88△L。

对比例4与实施例1相比，对比例4的落球应力发白测试结果增加，这是因为对比例4没有添加聚乙烯，只是添加了聚苯乙烯，没有聚乙烯在连续相中形成的封闭空白区阻止内应力的传递。

对比例5

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处在于配方中不含有纳米玻璃纤维，且共聚聚丙烯的重量份数为82份。

最终制得的抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料阻燃性能1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为1.79△L。

对比例5与实施例1相比，对比例5的落球应力发白测试结果增加，这是因为对比例5没有添加纳米玻璃纤维，而纳米玻璃纤维的长径比较大，容易缠结很多大分子链，形成交联网络结构。

对比例6

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处在于配方中不含有成核剂，且共聚聚丙烯的重量份数为80份。

最终制得的抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料阻燃性能1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为1.67△L。

对比例6与实施例1相比，对比例6的落球应力发白测试结果增加，这是因为对比例6没有添加成核剂，不能形成细小致密的球晶颗粒，使内应力降低并得到分散。

实施例2

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于聚乙烯的份数为7份，聚苯乙烯的份数为3份。

最终制得的抗应力发白聚丙烯复合材料阻燃性能1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为1.60△L。

实施例3

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于聚乙烯的份数为3份，聚苯乙烯的份数为7份。

最终制得的抗应力发白聚丙烯复合材料阻燃性能1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为1.57△L。

实施例4

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于纳米玻璃纤维的重量份数为1.5份，聚丙烯的重量份数为80.5份。

最终制得的抗应力发白聚丙烯复合材料阻燃性能1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为1.55△L。

实施例5

一种抗应力发白阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例1，不同之处在于共聚聚丙烯的重量份数为83份，阻燃剂的重量份数为7份，聚苯乙烯的重量份数为4份，聚乙烯的重量份数为4份。

最终制得的抗应力发白聚丙烯复合材料阻燃性能1.6mm V2，落球应力发白性能测试结果为1.52△L。

以上对本发明的实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。