阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

2.聚丙烯是一种高分子材料，无毒、密度小、质量轻，力学、电绝缘及耐化学性能优异，被广泛用于电子、建筑、纺织、装饰、机械等领域；由于聚丙烯属易燃材料，燃烧时会释放有毒的腐蚀性气体及大量浓烟，给生命财产均带来隐患，提高聚丙烯材料的阻燃性能具有重大的意义。

3.相关技术中阻燃材料选用无机的氢氧化铝和氢氧化镁，但添加量较大，必须达到40％以上才有阻燃效果，高阻燃剂添加量对于丙纶的力学性能影响较大；而以卤素为主的有机阻燃剂虽然能保证高分子材料的性能，但其燃烧时会释放有毒和致癌性物质，使应用受到很大限制。

4.因此，需要开发一种阻燃聚丙烯复合材料，该复合材料的强度高且阻燃性能好。

技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种阻燃聚丙烯复合材料，该复合材料的强度高且阻燃性能好。

6.本发明还提供了上述阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

7.本发明还提供了上述阻燃聚丙烯复合材料的应用。

8.本发明的第一方面提供了一种阻燃聚丙烯复合材料，包括以下制备原料：改性聚丙烯和聚丙烯功能母粒；

9.其中，所述改性聚丙烯包括以下制备原料：

10.低等规度聚丙烯、长玻璃纤维、相容剂、抗氧剂ⅰ和润滑剂ⅰ；

11.所述聚丙烯功能母粒包括以下制备原料：

12.聚丙烯粉料、无卤阻燃剂、增韧剂、光稳定剂、激光雕刻剂、抗氧剂ⅱ和润滑剂ⅱ。

13.其中改性聚丙烯主要为复合材料提供了机械性能，赋予了复合材料良好的强度、刚性、耐热性和尺寸稳定性；聚丙烯功能母粒主要为复合材料提供了阻燃、高灼热丝、可激光雕刻和耐候等特性。

14.采用长玻璃纤维增强的方式对聚丙烯材料进行改性，获得了机械性能高和尺寸稳定性好的聚丙烯材料，该聚丙烯材料能够替代金属或工程塑料作为结构件使用。该聚丙烯材料是以聚丙烯树脂为基体，连续长玻璃纤维在粒子长度方向定向排列的复合材料。

15.根据本发明的一些实施方式，所述阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量分数的制备原料：

16.改性聚丙烯：40％～70％；

17.聚丙烯功能母粒：30％～60％。

18.根据本发明的一些实施方式，所述改性聚丙烯包括以下重量分数的制备原料：

19.低等规度聚丙烯：45％～55％；

20.长玻璃纤维：40％～50％；

21.相容剂：3％～6％；

22.抗氧剂ⅰ：0.1％～0.5％；

23.润滑剂ⅰ：0.1％～0.5％。

24.根据本发明的一些实施方式，所述聚丙烯功能母粒包括以下重量分数的制备原料：

25.聚丙烯粉料：25％～40％；

26.无卤阻燃剂：50％～70％；

27.增韧剂：2％～9％；

28.光稳定剂：0.4％～0.8％；

29.激光雕刻剂：0.1％～0.8％；

30.抗氧剂ⅱ：0.1％～0.8％；

31.润滑剂ⅱ：0.5％～1.0％。

32.根据本发明的一些实施方式，所述低等规度聚丙烯，熔体质量流动速率为50g/10min～2000g/10min(测试条件：230℃，2.16kg)。

33.根据本发明的一些实施方式，所述低等规度聚丙烯，分子量45000～130000。

34.根据本发明的一些实施方式，所述低等规度聚丙烯，熔点60℃～150℃。

35.根据本发明的一些实施方式，所述低等规度聚丙烯，熔体质量流动速率为100g/10min～500g/10min(测试条件：230℃，2.16kg)。

36.根据本发明的一些实施方式，所述长玻璃纤维为合股无捻粗纱。

37.根据本发明的一些实施方式，所述合股无捻粗纱，线密度为2000tex～2500tex。

38.根据本发明的一些实施方式，所述合股无捻粗纱，纤维直径11μm～17μm。

39.根据本发明的一些实施方式，所述相容剂包括pp

?

g

?

mah(聚丙烯接枝马来酸酐)。

40.根据本发明的一些实施方式，所述pp

?

g

?

mah，熔体质量流动速率为50g/10min～300g/10min(测试条件：190℃，2.16kg)。

41.根据本发明的一些实施方式，所述pp

?

g

?

mah，接枝率为0.3％～2％。

42.根据本发明的一些实施方式，所述聚丙烯粉料，熔体质量流动速率为2g/10min～100g/10min(测试条件：230℃，2.16kg)。

43.根据本发明的一些实施方式，所述无卤阻燃剂包括含磷和氮的无卤阻燃剂。

44.根据本发明的一些实施方式，所述无卤阻燃剂中磷元素的质量分数为15％～30％。

45.根据本发明的一些实施方式，所述无卤阻燃剂中氮元素的质量分数为15％～35％。

46.根据本发明的一些实施方式，所述无卤阻燃剂为焦磷酸哌嗪阻燃剂(ppap)。

47.根据本发明的一些实施方式，所述增韧剂为苯乙烯

?

丁二烯

?

苯乙烯嵌段共聚物(sbs)、氢化苯乙烯

?

丁二烯

?

苯乙烯嵌段共聚物(sebs)、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、甲基丙烯酸甲酯

?

丁二烯

?

苯乙烯共聚物、乙烯

?

辛烯共聚物(poe)、乙烯

?

丙烯酸酯共聚物中的至

少一种。

48.根据本发明的一些实施方式，所述增韧剂为乙烯

?

辛烯共聚物(poe)

49.根据本发明的一些实施方式，所述光稳定剂为光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂、自由基捕获剂中的至少一种。

50.根据本发明的一些实施方式，所述自由基捕获剂为低碱性的受阻胺类自由基捕获剂。

51.根据本发明的一些实施方式，所述激光雕刻剂为金属化合物。

52.根据本发明的一些实施方式，所述激光雕刻剂为德国爱卡的ls

?

402。

53.根据本发明的一些实施方式，所述抗氧剂包括四[甲基

?

β

?

(3,5

?

二叔丁基

?4?

羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、1,3,5

?

三(3,5

?

二叔丁基

?4?

羟基苄基)异氰尿酸(抗氧剂3114)、1,3,5

?

三甲基

?

2,4,6

?

三(3,5

?

二叔丁基

?4?

羟基苄基)苯(抗氧剂330)、1,3,5

?

三(4

?

叔丁基

?3?

羟基

?

2,6

?

二甲基苄基)

?

1,3,5

?

三嗪

?

2,4,6

?

(1h,3h,5h)

?

三酮(抗氧剂1790)、亚磷酸三(壬基苯酯)(抗氧剂tnpp)、三(2,4

?

二叔丁基)亚磷酸苯酯(抗氧剂168)和双(2,4

?

二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂626)中的至少一种。

[0054]

根据本发明的一些实施方式，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和n,n'

?

乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

[0055]

根据本发明的一些实施方式，所述改性聚丙烯的长度与所述聚丙烯功能母粒的长度相匹配。

[0056]

根据本发明的一些实施方式，所述改性聚丙烯的长度为7mm～15mm。

[0057]

根据本发明的一些实施方式，所述聚丙烯功能母粒的长度为7mm～15mm。

[0058]

本发明第二方面提供了上述阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将所述改性聚丙烯和所述聚丙烯功能母粒混合，即得所述阻燃聚丙烯复合材料；

[0059]

其中，所述改性聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：

[0060]

s1、将所述低等规度聚丙烯、所述相容剂、所述抗氧剂ⅰ和所述润滑剂ⅰ混合，得混合物ⅰ；

[0061]

s2、将所述混合物ⅰ添加至双螺杆挤出机中，得聚合物熔体ⅰ；

[0062]

s3、将所述长玻璃纤维预热，然后添加至所述聚合物熔体ⅰ中加热反应，降温后即得所述改性聚丙烯；

[0063]

所述聚丙烯功能母粒的制备方法，包括以下步骤：

[0064]

s01、将所述聚丙烯粉料、所述无卤阻燃剂、所述增韧剂、所述光稳定剂、所述激光雕刻剂、所述抗氧剂ⅱ和所述润滑剂ⅱ混合，得混合物ⅱ；

[0065]

s02、将所述混合物ⅱ添加至双螺杆挤出机中，得聚合物熔体ⅱ；

[0066]

将所述聚合物熔体ⅱ，降温后即得所述聚丙烯功能母粒。

[0067]

本发明的制备方法通过采用拉挤成型的生产方法，即长玻璃纤维穿过浸渍槽，槽内充满聚丙烯熔体，长玻璃纤维表面与熔体充分浸润，当长玻璃纤维穿出浸渍槽时经水槽冷却后形成料条，经切粒机切粒制备成尺寸为7mm～15mm的粒子，长玻璃纤维的长度与粒子的长度相同。该材料注塑成型时长玻璃纤维长度得到了保留，长玻璃纤维之间互相缠结，在阻燃聚丙烯复合材料中形成了三维网络结构，使其具备了低密度、高比强度、高模量、不吸水和耐疲劳等优点，因此具备了高强度、高刚性以及耐热性能好的特点。

[0068]

根据本发明的一些实施方式，步骤s3中所述预热温度为100℃～150℃。

[0069]

根据本发明的一些实施方式，步骤s3中所述加热温度为250℃～300℃。

[0070]

根据本发明的一些实施方式，所述步骤s2中双螺杆挤出机，从料斗到模头的各段温度分别为：第一区温度：150℃～200℃，第二区温度：150℃～200℃，第三区温度：150℃～200℃，第四区温度：160℃～230℃，第五区温度：160℃～230℃，第六区温度：170℃～210℃，第七区温度：170℃～210℃，第八区温度：170℃～210℃，第九区温度：170℃～220℃，第十区温度：180℃～200℃，第十一区温度：180℃～220℃，第十二区温度：190℃～230℃。

[0071]

根据本发明的一些实施方式，所述步骤s2中双螺杆挤出机，转速为300r/min～600r/min。

[0072]

根据本发明的一些实施方式，所述步骤s2中双螺杆挤出机，螺杆的频率为10hz～35hz。

[0073]

根据本发明的一些实施方式，所述步骤s2中双螺杆挤出机，真空度为500mmhg～600mmhg。

[0074]

根据本发明的一些实施方式，所述步骤s02中双螺杆挤出机，从料斗到模头的各段温度分别为：第一区温度：160℃～220℃，第二区温度：160℃～220℃，第三区温度：160℃～220℃，第四区温度：160℃～220℃，第五区温度：170℃～230℃，第六区温度：170℃～230℃，第七区温度：170℃～230℃，第八区温度：170℃～230℃，第九区温度：180℃～230℃，第十区温度：180℃～230℃，第十一区温度：190℃～240℃，第十二区温度：190℃～240℃。

[0075]

根据本发明的一些实施方式，所述步骤s02中双螺杆挤出机，转速为800r/min～1000r/min。

[0076]

根据本发明的一些实施方式，所述步骤s02中双螺杆挤出机，螺杆的频率为25hz～45hz；优选地，所述步骤s2中双螺杆挤出机，真空度为500mmhg～600mmhg。

[0077]

本发明的第三方面提供了上述阻燃聚丙烯复合材料在制备塑料零部件中的应用。

[0078]

根据本发明的一些实施方式，所述塑料零部件包括5g天线罩、汽车零部件和蓄电池盖中的至少一种。

[0079]

根据本发明的一些实施方式，所述汽车零部件包括汽车主副仪表板、汽车前端框架、汽车天窗骨架和汽车尾门内板中的至少一种。

[0080]

该阻燃聚丙烯复合材料应用于汽车零部件领域，例如汽车主副仪表板、前端框架、天窗骨架以及尾门内板等零件，具备了高的机械性能和良好的尺寸稳定性。

[0081]

本发明至少具备如下有益效果：

[0082]

本发明采用低等规度聚丙烯为主要基体，该低等规度聚丙烯相比常规的聚丙烯材料具有超高流动性和较低的熔体粘度，大大提高了熔体对长玻璃纤维表面的浸润和包覆；另外，由于其等规度较低，结晶度较低、熔点低于常规的聚丙烯树脂等特点，赋予了材料良好的外观表面，避免了玻纤外露的缺陷。同时，本发明还采用聚丙烯粉料为基体来制备聚丙烯功能母粒，避免了常规的聚丙烯颗粒与粉状的阻燃剂等物料混合时混合不均、容易分层的缺陷。本发明将无卤阻燃剂、光稳定剂和激光雕刻剂等单独做成功能母粒的方式，避免了常规的生产工艺中，添加剂阻隔或降低了玻纤表面与聚丙烯熔体的界面结合力，从而影响复合材料的物理力学性能。

[0083]

本发明的制备方法，通过将两种母粒掺混的方式进行制备，通过对原料比例的控

制，实现了对阻燃聚丙烯复合材料力学性能和阻燃性能的调整；同时还采用了超大长径比、高转速和大扭矩的双螺杆挤出机进行熔融混炼，提高了材料的混炼分散效果，提高了材料的稳定性。

[0084]

本发明制备的阻燃聚丙烯复合材料具有高强度、高模量、耐候、抗翘曲、阻燃、高灼热丝和可激光打标等特点，实现了在制备5g天线罩、汽车的行李架和蓄电池盖等塑料零部件中的应用。

具体实施方式

[0085]

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

[0086]

本发明实施方式中的阻燃聚丙烯复合材料，由以下组分按质量百分比所组成：

[0087]

改性聚丙烯40％～70％和聚丙烯功能母粒30％～60％。

[0088]

其中，改性聚丙烯是由以下组分按质量百分比所组成：

[0089]

低等规度聚丙烯：45％～55％，长玻璃纤维40％～50％，相容剂3％～6％，抗氧剂0.1％～0.5％，润滑剂0.1％～0.5％；

[0090]

聚丙烯功能母粒是由以下组分按质量百分比所组成：聚丙烯粉料25％～40％，无卤阻燃剂50％～70％，增韧剂2％～9％，光稳定剂0.4％～0.8％，激光雕刻剂0.1％～0.8％，抗氧剂0.1％～0.8％，润滑剂0.5％～1.0％。

[0091]

其中改性聚丙烯主要为复合材料提供了机械性能，赋予了复合材料良好的强度、刚性、耐热性和尺寸稳定性；聚丙烯功能母粒主要提供了材料的阻燃、高灼热丝、可激光雕刻和耐候等功能特性。

[0092]

低等规度聚丙烯作为复合材料的基本组分，赋予了复合材料良好的加工特性和优异的物理力学性能；长玻璃纤维作为填充增强剂，提升了材料的强度、刚性和耐热性；相容剂提高了长玻璃纤维和聚丙烯树脂的界面结合强度；无卤阻燃剂赋予了材料良好的阻燃性能和灼热丝性能；增韧剂主要改善了材料的冲击韧性和提高了材料的耐低温性能；光稳定剂改善了材料的室外使用性能，防止了材料变色和减缓材料机械性能的衰减；激光雕刻剂赋予了材料良好的激光吸能性能，实现了良好的打标清晰度；抗氧剂防止了材料在加工时的高温氧化降解，同时提高了材料在使用过程中的抗氧化降解性能；润滑剂赋予了材料良好的润滑性能，提高了材料中各物料的分散性能，降低了材料与设备筒体之间的摩擦，提高了材料的脱模性和外观光泽度。

[0093]

实施例1

[0094]

本实施例为改性聚丙烯及其制备方法。

[0095]

改性聚丙烯由以下质量百分比的制备原料组成：低等规度聚丙烯55％(牌号：s600，日本出光兴产株式会社，熔体质量流动速率为450g/10min，分子量70000，熔点85℃)，长玻璃纤维40％(牌号：er4305pm

?

2400，重庆国际复合材料股份有限公司，线密度为2400tex，纤维直径为11μm)，相容剂4.6％(牌号：ca100，阿科玛化学有限公司，熔体质量流动速率为96g/10min，接枝率为0.8％)，抗氧剂1010：0.1％(型号：sonox 1010，山东省临沂

市三丰化工有限公司)，抗氧剂168：0.1％(型号：sonox 168，山东省临沂市三丰化工有限公司)，润滑剂0.2％(型号：ebs，北京星贝达化工材料有限公司)。

[0096]

本实施例的改性聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：

[0097]

s1、将上述物料(除长玻璃纤维外)称量完毕后加入到高速搅拌机(转速1300rpm)中搅拌6min，得混合物；

[0098]

s2、将混合物添加至长径比为48:1的平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：180℃，180℃，190℃，220℃，220℃，210℃，210℃，210℃，220℃，200℃，220℃，230℃，主机的螺杆转速为450r/min，主料斗进料螺杆的频率为26hz，主机筒体上含有两个真空口，真空度550mmhg，进而将物料共混熔融挤出到浸渍模头内，得聚合物熔体；

[0099]

s3、将长玻璃纤维经红外加热器预热(红外加热器的温度为130℃)，然后穿入浸渍模头(浸渍模头的温度为260℃)内与聚合物熔体充分浸润、包覆；上述经浸渍模头牵引出来的料条通过水槽冷却、风机吹干，然后进入切粒机进行切粒，即可得到长度约为12mm的改性聚丙烯。

[0100]

实施例2

[0101]

本实施例为改性聚丙烯及其制备方法。

[0102]

改性聚丙烯由以下质量百分比的制备原料组成：低等规度聚丙烯50％(牌号：s600，日本出光兴产株式会社，熔体质量流动速率为450g/10min，分子量70000，熔点85℃)，长玻璃纤维45％(牌号：er4305pm

?

2400，重庆国际复合材料股份有限公司，线密度为2400tex，纤维直径为11μm)，相容剂4.4％(牌号：ca100，阿科玛化学有限公司，熔体质量流动速率为96g/10min，接枝率为0.8％)，抗氧剂1010：0.15％(型号：sonox 1010，山东省临沂市三丰化工有限公司)，抗氧剂168：0.15％(型号：sonox 168，山东省临沂市三丰化工有限公司)，润滑剂0.3％(型号：ebs，北京星贝达化工材料有限公司)。

[0103]

本实施例的改性聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：

[0104]

s1、将上述物料(除长玻璃纤维外)称量完毕后加入到高速搅拌机(转速1300rpm)中搅拌6min，得混合物；

[0105]

s2、将混合物添加至长径比为48:1的平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：180℃，180℃，190℃，220℃，220℃，210℃，210℃，210℃，220℃，200℃，220℃，230℃，主机的螺杆转速为420r/min，主料斗进料螺杆的频率为23hz，主机筒体上含有两个真空口，真空度550mmhg，进而将物料共混熔融挤出到浸渍模头内，得聚合物熔体；

[0106]

s3、将长玻璃纤维经红外加热器预热(红外加热器的温度为130℃)，然后穿入浸渍模头(浸渍模头的温度为260℃)内与聚合物熔体充分浸润、包覆；上述经浸渍模头牵引出来的料条通过水槽冷却、风机吹干，然后进入切粒机进行切粒，即可得到长度约为12mm的改性聚丙烯。

[0107]

实施例3

[0108]

本实施例为改性聚丙烯及其制备方法。

[0109]

改性聚丙烯由以下质量百分比的制备原料组成：低等规度聚丙烯45％(牌号：s600，日本出光兴产株式会社，熔体质量流动速率为450g/10min，分子量70000，熔点85℃)，

长玻璃纤维50％(牌号：se4805

?

2400，美国欧文斯科宁公司，线密度为2400tex，纤维直径为11μm)，相容剂4.1％(牌号：kt

?

1，沈阳科通塑胶有限公司，熔体质量流动速率为117g/10min，接枝率为0.7％)，抗氧剂1010:0.2％(型号：sonox 1010，山东省临沂市三丰化工有限公司)，抗氧剂168：0.2％(型号：sonox 168，山东省临沂市三丰化工有限公司)，润滑剂0.5％(型号：ebs，北京星贝达化工材料有限公司)。

[0110]

本实施例的改性聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：

[0111]

s1、将上述物料(除长玻璃纤维外)称量完毕后加入到高速搅拌机(转速1300rpm)中搅拌6min，得混合物；

[0112]

s2、将混合物添加至长径比为48:1的平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：180℃，180℃，190℃，220℃，220℃，210℃，210℃，210℃，220℃，200℃，220℃，230℃，主机的螺杆转速为420r/min，主料斗进料螺杆的频率为23hz，主机筒体上含有两个真空口，真空度550mmhg，进而将物料共混熔融挤出到浸渍模头内，得聚合物熔体；

[0113]

s3、将长玻璃纤维经红外加热器预热(红外加热器的温度为130℃)，然后穿入浸渍模头(浸渍模头的温度为260℃)内与聚合物熔体充分浸润、包覆；上述经浸渍模头牵引出来的料条通过水槽冷却、风机吹干，然后进入切粒机进行切粒，即可得到长度约为12mm的改性聚丙烯。

[0114]

实施例4

[0115]

本实施例为一种聚丙烯功能母粒及其制备方法。

[0116]

本实施例的聚丙烯功能母粒由以下质量百分比的制备原料组成：聚丙烯粉料40％(牌号：pp225粉，浙江卫星石化有限公司，熔体质量流动速率为28g/10min)，无卤阻燃剂50％(牌号：fp

?

2200，日本艾迪科株式会社，磷元素的质量分数为18％，氮元素的质量分数为25％)，增韧剂8.5％(牌号：poe8200，美国陶氏化学公司)，光稳定剂0.4％(牌号：tht4611，美国氰特化工公司)，激光雕刻剂0.5％(牌号：ls

?

402，爱卡特殊效果颜料(珠海)有限公司)，抗氧剂1790:0.15％(型号：1790，美国氰特化工有限公司)，抗氧剂626：0.15％(型号：sonox 626，山东省临沂市三丰化工有限公司)，润滑剂0.3％(硬脂酸锌bs

?

2818，中山华明泰化工股份有限公司)。

[0117]

本实施例的聚丙烯功能母粒的制备方法，包括以下步骤：

[0118]

s1、将上述物料称量完毕后加入到高速搅拌机(转速1800rpm)中搅拌7min，得混合物；

[0119]

s2、将混合物添加至长径比为48:1的平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：160℃，170℃，170℃，180℃，190℃，180℃，180℃，190℃，190℃，180℃，190℃，200℃，主机的螺杆转速为850r/min，主料斗进料螺杆的频率为28hz，主机筒体上含有两个真空口，真空度500mmhg，进而将物料共混熔融挤出，得粒条。

[0120]

s3、将粒条通过水槽冷却、风机吹干，然后进入切粒机进行切粒，即可得到长度约为12mm的聚丙烯功能母粒。

[0121]

实施例5

[0122]

本实施例为一种聚丙烯功能母粒及其制备方法。

[0123]

本实施例的聚丙烯功能母粒由以下质量百分比的制备原料组成：聚丙烯粉料35％(牌号：pp225粉，浙江卫星石化有限公司，熔体质量流动速率为28g/10min)，无卤阻燃剂60％(牌号：fp

?

2200，日本艾迪科株式会社，磷元素的质量分数为18％，氮元素的质量分数为25％)，增韧剂3.2％(牌号：poe8200，美国陶氏化学公司)，光稳定剂0.5％(牌号：tht4611，美国氰特化工公司)，激光雕刻剂0.7％(牌号：ls

?

402，爱卡特殊效果颜料(珠海)有限公司)，抗氧剂1790：0.15％(型号：1790，美国氰特化工有限公司)，抗氧剂626：0.15％(型号：sonox 626，山东省临沂市三丰化工有限公司)，润滑剂0.3％(硬脂酸锌bs

?

2818，中山华明泰化工股份有限公司)。

[0124]

本实施例的聚丙烯功能母粒的制备方法，包括以下步骤：

[0125]

s1、将上述物料称量完毕后加入到高速搅拌机(转速1800rpm)中搅拌7min，得混合物；

[0126]

s2、将混合物添加至长径比为48:1的平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：160℃，170℃，170℃，180℃，190℃，180℃，180℃，190℃，190℃，180℃，190℃，200℃，主机的螺杆转速为880r/min，主料斗进料螺杆的频率为30hz，主机筒体上含有两个真空口，真空度500mmhg，进而将物料共混熔融挤出，得粒条。

[0127]

s3、将粒条通过水槽冷却、风机吹干，然后进入切粒机进行切粒，即可得到长度约为12mm的聚丙烯功能母粒。

[0128]

实施例6

[0129]

本实施例为一种聚丙烯功能母粒及其制备方法。

[0130]

本实施例的聚丙烯功能母粒由以下质量百分比的制备原料组成：聚丙烯粉料25％(牌号：ppb045粉，山东东方宏业化工有限公司，熔体质量流动速率为5g/10min)，无卤阻燃剂70％(牌号：fr1420，重庆科聚孚新材料有限责任公司，磷元素的质量分数为19％，氮元素的质量分数为23％)，增韧剂2.5％(牌号：poe lc565，韩国lg化学公司)，光稳定剂0.8％(牌号：tht4611，美国氰特化工公司)，激光雕刻剂0.8％(牌号：ls

?

402，爱卡特殊效果颜料(珠海)有限公司)，抗氧剂1010:0.2％(型号：sonox 1010，山东省临沂市三丰化工有限公司)，抗氧剂168：0.2％(型号：sonox 168，山东省临沂市三丰化工有限公司)，润滑剂0.5％(硬脂酸钙3818，中山华明泰化工股份有限公司)。

[0131]

本实施例的聚丙烯功能母粒的制备方法，包括以下步骤：

[0132]

s1、将上述物料称量完毕后加入到高速搅拌机(转速1500rpm)中搅拌8min，得混合物；

[0133]

s2、将混合物添加至长径比为48:1的平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：160℃，170℃，170℃，180℃，190℃，180℃，180℃，190℃，190℃，180℃，190℃，200℃，主机的螺杆转速为850r/min，主料斗进料螺杆的频率为33hz，主机筒体上含有两个真空口，真空度500mmhg，进而将物料共混熔融挤出，得粒条。

[0134]

s3、将粒条通过水槽冷却、风机吹干，然后进入切粒机进行切粒，即可得到长度约为12mm的聚丙烯功能母粒。

[0135]

实施例7

[0136]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

[0137]

将上述实施例3制得的改性聚丙烯与实施例5制得的聚丙烯功能母粒按照50％：50％的质量配比准确称量后掺混均匀，即得阻燃聚丙烯复合材料。

[0138]

实施例8

[0139]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

[0140]

将上述实施例3制得的改性聚丙烯与实施例4制得的聚丙烯功能母粒按照40％：60％的质量配比准确称量后掺混均匀，即得阻燃聚丙烯复合材料。

[0141]

实施例9

[0142]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

[0143]

将上述实施例2制得的改性聚丙烯与实施例6制得的聚丙烯功能母粒按照70％：30％的质量配比准确称量后掺混均匀，即得阻燃聚丙烯复合材料。

[0144]

实施例10

[0145]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

[0146]

将上述实施例1制得的改性聚丙烯与实施例4制得的聚丙烯功能母粒按照40％：60％的质量配比准确称量后掺混均匀，即得阻燃聚丙烯复合材料。

[0147]

实施例11

[0148]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

[0149]

将上述实施例3制得的改性聚丙烯与实施例6制得的聚丙烯功能母粒按照70％：30％的质量配比准确称量后掺混均匀，即得阻燃聚丙烯复合材料。

[0150]

实施例12

[0151]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

[0152]

本实施例选用的改性聚丙烯与实施例1的差异在于：将上述实施例1中的低等规度聚丙烯改为等量的常规聚丙烯(牌号：ep548r，中海壳牌石油化工有限公司)。

[0153]

将本实施例所得改性聚丙烯与实施例4所制得的聚丙烯功能母粒按照40％：60％的质量配比准确称量后掺混均匀，即得阻燃聚丙烯复合材料。

[0154]

实施例13

[0155]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

[0156]

本实施例中选用的阻燃聚丙烯复合材料由以下质量百分比的制备原料组成：低等规度聚丙烯18％(牌号：s600，日本出光兴产株式会社)，长玻璃纤维20％(牌号：se4805

?

2400，美国欧文斯科宁公司)，相容剂1.64％(牌号：kt

?

1，沈阳科通塑胶有限公司)，抗氧剂1010:0.17％(型号：sonox 1010，山东省临沂市三丰化工有限公司)，抗氧剂168：0.17％(型号：sonox 168，山东省临沂市三丰化工有限公司)，润滑剂0.38％(型号：ebs，北京星贝达化工材料有限公司)。聚丙烯粉料24％(牌号：pp225粉，浙江卫星石化有限公司)，无卤阻燃剂30％(牌号：fp

?

2200，日本艾迪科株式会社)，增韧剂5.1％(牌号：poe8200，美国陶氏化学公司)，光稳定剂0.24％(牌号：tht4611，美国氰特化工公司)，激光雕刻剂0.3％(牌号：ls

?

402，爱卡特殊效果颜料(珠海)有限公司)。

[0157]

本实施例阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0158]

s1、将上述物料(除长玻璃纤维外)称量完毕后加入到高速搅拌机(转速1300rpm)中搅拌6min，得混合物；

[0159]

s2、将混合物添加至长径比为48:1的平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：180℃，180℃，190℃，220℃，220℃，210℃，210℃，210℃，220℃，200℃，220℃，230℃，主机的螺杆转速为420r/min，主料斗进料螺杆的频率为23hz，主机筒体上含有两个真空口，真空度550mmhg，进而将物料共混熔融挤出到浸渍模头内，得聚合物熔体；

[0160]

s3、将长玻璃纤维经红外加热器预热(红外加热器的温度为130℃)，然后穿入浸渍模头(浸渍模头的温度为260℃)内与聚合物熔体充分浸润、包覆；上述经浸渍模头牵引出来的料条通过水槽冷却、风机吹干，然后进入切粒机进行切粒，即可得到长度约为12mm的阻燃聚丙烯复合材料。

[0161]

实施例14

[0162]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

[0163]

本实施例中聚丙烯功能母粒的制备方法，与实施例4的差异在于：将所得聚丙烯功能母粒切成长度为3mm～5mm的颗粒。

[0164]

将本实施例制得的聚丙烯功能母粒与实施例1制得的改性聚丙烯按照60％：40％的质量配比准确称量后掺混均匀，即得阻燃聚丙烯复合材料。

[0165]

实施例15

[0166]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

[0167]

本实施例中聚丙烯功能母粒，与实施例5的差异在于：将实施例5中的聚丙烯粉料改为相同分数的常规聚丙烯颗粒(牌号：ppz30s，中国石油化工股份有限公司茂名分公司，熔体质量流动速率为25g/10min)。

[0168]

将本实施例制得的聚丙烯功能母粒与实施例3制得的改性聚丙烯按照50％：50％的质量配比准确称量后掺混均匀，即得阻燃聚丙烯复合材料。

[0169]

实施例16

[0170]

本实施例为一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

[0171]

本实施例中选用的阻燃聚丙烯复合材料由以下质量百分比的制备原料组成：低等规度聚丙烯18％(牌号：s600，日本出光兴产株式会社，熔体质量流动速率为450g/10min，分子量70000，熔点85℃)，短切玻璃纤维20％(牌号：ecs305k

?

4.5

?

k，重庆国际复合材料股份有限公司，线密度为2400tex，短切长度4.5mm，纤维直径为13μm)，相容剂1.64％(牌号：kt

?

1，沈阳科通塑胶有限公司，熔体质量流动速率为117g/10min，接枝率为0.7％)，抗氧剂1010：0.17％(型号：sonox 1010，山东省临沂市三丰化工有限公司)，抗氧剂168：0.17％(型号：sonox 168，山东省临沂市三丰化工有限公司)，润滑剂0.38％(型号：ebs，北京星贝达化工材料有限公司)。聚丙烯粉料24％(牌号：pp225粉，浙江卫星石化有限公司，熔体质量流动速率为28g/10min)，无卤阻燃剂30％(牌号：fp

?

2200，日本艾迪科株式会社，磷元素的质量分数为18％，氮元素的质量分数为25％)，增韧剂5.1％(牌号：poe8200，美国陶氏化学公司)，光稳定剂0.24％(牌号：tht4611，美国氰特化工公司)，激光雕刻剂0.3％(牌号：ls

?

402，爱卡特殊效果颜料(珠海)有限公司)。

[0172]

本实施例阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0173]

s1、将上述物料(除玻璃纤维外)称量完毕后加入到高速搅拌机(转速1800rpm)中搅拌6min，得混合物；

[0174]

s2、将混合物添加至长径比为48:1的平行双螺杆挤出机的主喂料料斗中，玻璃纤维从侧喂料加入，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共12区)：180℃，180℃，180℃，190℃，190℃，190℃，200℃，200℃，210℃，200℃，200℃，220℃，主机的螺杆转速为800r/min，主料斗进料螺杆的频率为23hz，侧喂料料斗进料频率为16hz，主机筒体上含有两个真空口，真空度550mmhg，进而将物料共混熔融挤出到浸渍模头内，得粒条；

[0175]

s3、将粒条通过水槽冷却、风机吹干，然后进入切粒机进行切粒，即可得到长度为3mm～5mm的阻燃聚丙烯复合材料。

[0176]

本发明的实施例7～15制得的阻燃聚丙烯复合材料性能测试结果方法如下：

[0177]

拉伸强度：gb/t1040；

[0178]

悬臂梁缺口冲击强度：gb/t1843；

[0179]

弯曲强度：gb/t9341；

[0180]

弯曲模量：gb/t9341；

[0181]

阻燃：ul94；

[0182]

灼热丝：gb/t 5169，记录gwit(灼热丝起燃性温度)；

[0183]

加工性：料斗内的物料是否下料顺畅，是否有架桥现象；挤出的料条是否断条现象，出条是否稳定等。

[0184]

耐候性(

△

e)：gb/t16422.2。

[0185]

本发明实施例7～16中所制得的阻燃聚丙烯复合材料性能测试结果见表1。

[0186]

表1本发明实施例7～16中所制得的阻燃聚丙烯复合材料性能测试结果

[0187]

[0188][0189]

本发明实施例7～11中性能差异的原因主要是由于玻纤含量和阻燃剂含量的不同造成的。实施例9和实施例11的强度和模量较高，主要是因为其玻纤含量较高，达31.5％，但是由于掺混后聚丙烯功能母粒中阻燃剂的相对含量较低，故阻燃性能稍差。

[0190]

实施例12和实施例10相比，把低等规度聚丙烯改为常规聚丙烯后，由于常规聚丙烯的熔融温度较高，熔体粘度较大，在生产改性聚丙烯时，聚合物熔体对长玻璃纤维的包覆和浸润效果较差，因此制备的阻燃聚丙烯复合材料的物理力学性能有所下降，加工过程中容易出现玻璃纤维断丝和露纤的现象。

[0191]

实施例13和实施例8相比，采用一步法生产阻燃聚丙烯复合材料时，由于配方中的阻燃剂和激光雕刻剂等阻隔和降低了聚合物熔体与长玻璃纤维表面的浸润效果，而且熔体粘度的增大也导致了加工过程出现了断线、断丝和起毛的现象，因此材料的物理力学性能都有所下降。

[0192]

实施例14和实施例10对比，当把聚丙烯功能母粒切成长度为3mm～5mm的颗粒时，由于与长度约为12mm的改性聚丙烯在颗粒尺寸上的存在较大差异，导致材料在混合时出现分层的缺陷，从而导致复合材料的物理力学性能存在较大波动，加工性变差。

[0193]

实施例15和实施例7相比，把聚丙烯粉料改为常规聚丙烯颗粒时，复合材料的混合效果变差，挤出加工时容易出现架桥现象，加工性能变差。

[0194]

实施例16和实施例8相比，采用传统的一步法生产阻燃聚丙烯复合材料时，材料的物理力学性能明显偏低，而且加工过程中由于填充剂较多，出现了断条的现象，导致加工不顺畅，加工性能较差。

[0195]

改性聚丙烯主要填充剂是玻璃纤维，突出的是材料的强度和刚性；聚丙烯功能母粒主要填充物是阻燃剂，突出的是阻燃性能。在实施例9和11中，改性聚丙烯含量高达70％，因此材料的强度和刚性较高，但阻燃性较低；在实施例8、10和12中，聚丙烯功能母粒的含量高达60％，因此材料的阻燃性能较好。

[0196]

本发明采用低等规度聚丙烯为主要基体，相比常规的聚丙烯材料具有超高流动性、较低的熔体粘度，大大提高了熔体对玻纤表面的浸润和包覆；另外，由于其等规度较低，结晶度较低、熔点低于常规的聚丙烯树脂等特点，赋予了材料良好的外观表面，避免了玻纤

外露的缺陷。

[0197]

本发明采用聚丙烯粉料为基体来制备聚丙烯功能母粒，避免了常规的聚丙烯颗粒与粉状的阻燃剂、填料、助剂混合时混合不均、容易分层的缺陷。

[0198]

本发明将无卤阻燃剂、光稳定剂、激光雕刻剂等单独做成功能母粒的方式，避免了常规的长玻纤增强无卤阻燃聚丙烯材料的生产工艺中，添加剂阻隔或降低了玻纤表面与聚丙烯熔体的界面结合力，从而影响复合材料的物理力学性能。

[0199]

本发明的目标材料采用两种母粒掺混的方式进行制备，可以很方便地根据下游客户对制品的力学性能、阻燃性能的要求随时调整两者比例。

[0200]

本发明采用超大长径比、高转速、大扭矩的双螺杆挤出机进行熔融混炼，可以大大提高材料的混炼分散效果，提高材料的稳定性。

[0201]

综上所述，本发明制备的阻燃聚丙烯复合材料具有高强度、高模量、耐候、抗翘曲、阻燃、高灼热丝和可激光打标等特点，实现了在制备5g天线罩、汽车的行李架和蓄电池盖等塑料零部件中的应用。

[0202]

上面结合说明书内容对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。技术特征：

1.一种阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下制备原料：改性聚丙烯和聚丙烯功能母粒；其中，所述改性聚丙烯包括以下制备原料：低等规度聚丙烯、长玻璃纤维、相容剂、抗氧剂ⅰ和润滑剂ⅰ；所述聚丙烯功能母粒包括以下制备原料：聚丙烯粉料、无卤阻燃剂、增韧剂、光稳定剂、激光雕刻剂、抗氧剂ⅱ和润滑剂ⅱ。2.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下重量分数的制备原料：改性聚丙烯：40％～70％；聚丙烯功能母粒：30％～60％；优选地，所述改性聚丙烯包括以下重量分数的制备原料：低等规度聚丙烯：45％～55％；长玻璃纤维：40％～50％；相容剂：3％～6％；抗氧剂ⅰ：0.1％～0.5％；润滑剂ⅰ：0.1％～0.5％；优选地，所述聚丙烯功能母粒包括以下重量分数的制备原料：聚丙烯粉料：25％～40％；无卤阻燃剂：50％～70％；增韧剂：2％～9％；光稳定剂：0.4％～0.8％；激光雕刻剂：0.1％～0.8％；抗氧剂ⅱ：0.1％～0.8％；润滑剂ⅱ：0.5％～1.0％。3.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述低等规度聚丙烯，熔体质量流动速率为50g/10min～2000g/10min；优选地，所述低等规度聚丙烯，分子量45000～130000；优选地，所述低等规度聚丙烯，熔点60℃～150℃；更优选地，所述低等规度聚丙烯，熔体质量流动速率为100g/10min～500g/10min；优选地，所述聚丙烯粉料，熔体质量流动速率为2g/10min～100g/10min。4.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述长玻璃纤维为合股无捻粗纱；优选地，所述合股无捻粗纱，线密度为2000tex～2500tex；优选地，所述合股无捻粗纱，纤维直径11μm～17μm；优选地，所述相容剂包括pp

?

g

?

mah；更优选地，所述pp

?

g

?

mah，熔体质量流动速率为50g/10min～300g/10min；更优选地，所述pp

?

g

?

mah，接枝率为0.3％～2％。5.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述无卤阻燃剂包括含磷和氮的无卤阻燃剂；优选地，所述无卤阻燃剂中磷元素的质量分数为15％～30％；优选地，所述无卤阻燃剂中氮元素的含量为15％～35％。6.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为苯乙烯

?

丁二烯

?

苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯

?

丁二烯

?

苯乙烯嵌段共聚物、二元乙丙橡胶、三

元乙丙橡胶、甲基丙烯酸甲酯

?

丁二烯

?

苯乙烯共聚物、乙烯

?

辛烯共聚物和乙烯

?

丙烯酸酯共聚物中的至少一种。7.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述改性聚丙烯的长度与所述聚丙烯功能母粒的长度相匹配。8.一种制备如权利要求1至7任一项所述阻燃聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：将所述改性聚丙烯和所述聚丙烯功能母粒混合，即得所述阻燃聚丙烯复合材料；其中，所述改性聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：s1、将所述低等规度聚丙烯、所述相容剂、所述抗氧剂ⅰ和所述润滑剂ⅰ混合，得混合物ⅰ；s2、将所述混合物ⅰ添加至双螺杆挤出机中，得聚合物熔体ⅰ；s3、将所述长玻璃纤维预热，然后添加至所述聚合物熔体ⅰ中加热反应，降温后即得所述改性聚丙烯；所述聚丙烯功能母粒的制备方法，包括以下步骤：s01、将所述聚丙烯粉料、所述无卤阻燃剂、所述增韧剂、所述光稳定剂、所述激光雕刻剂、所述抗氧剂ⅱ和所述润滑剂ⅱ混合，得混合物ⅱ；s02、将所述混合物ⅱ添加至双螺杆挤出机中，得聚合物熔体ⅱ；将所述聚合物熔体ⅱ，降温后即得所述聚丙烯功能母粒。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤s3中所述预热温度为100℃～150℃；优选地，步骤s3中所述加热温度为250℃～300℃；优选地，所述步骤s2中双螺杆挤出机，从料斗到模头的各段温度分别为：第一区温度：150℃～200℃，第二区温度：150℃～200℃，第三区温度：150℃～200℃，第四区温度：160℃～230℃，第五区温度：160℃～230℃，第六区温度：170℃～210℃，第七区温度：170℃～210℃，第八区温度：170℃～210℃，第九区温度：170℃～220℃，第十区温度：180℃～200℃，第十一区温度：180℃～220℃，第十二区温度：190℃～230℃；优选地，所述步骤s2中双螺杆挤出机，转速为300r/min～600r/min；优选地，所述步骤s2中双螺杆挤出机，螺杆的频率为10hz～35hz；优选地，所述步骤s2中双螺杆挤出机，真空度为500mmhg～600mmhg；优选地，所述步骤s02中双螺杆挤出机，从料斗到模头的各段温度分别为：第一区温度：160℃～220℃，第二区温度：160℃～220℃，第三区温度：160℃～220℃，第四区温度：160℃～220℃，第五区温度：170℃～230℃，第六区温度：170℃～230℃，第七区温度：170℃～230℃，第八区温度：170℃～230℃，第九区温度：180℃～230℃，第十区温度：180℃～230℃，第十一区温度：190℃～240℃，第十二区温度：190℃～240℃；优选地，所述步骤s02中双螺杆挤出机，转速为800r/min～1000r/min；优选地，所述步骤s02中双螺杆挤出机，螺杆的频率为25hz～45hz；优选地，所述步骤s2中双螺杆挤出机，真空度为500mmhg～600mmhg。10.一种如权利要求1至7任一项所述的阻燃聚丙烯复合材料在制备塑料零部件中的应用。

技术总结

本发明公开了一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法与应用，该复合材料包括以下制备原料：改性聚丙烯和聚丙烯功能母粒；其中，所述改性聚丙烯包括以下制备原料：低等规度聚丙烯、长玻璃纤维、相容剂、抗氧剂Ⅰ和润滑剂Ⅰ；所述聚丙烯功能母粒包括以下制备原料：聚丙烯粉料、无卤阻燃剂、增韧剂、光稳定剂、激光雕刻剂、抗氧剂Ⅱ和润滑剂Ⅱ。本发明制备的阻燃聚丙烯复合材料具有高强度、高模量、耐候、抗翘曲、阻燃、高灼热丝和可激光打标等特点，实现了在制备5G天线罩、汽车的行李架和蓄电池盖等塑料零部件中的应用。中的应用。

技术研发人员：郝建鑫 袁海兵 秦小磊 邓爵安 黄泽彬 吴磊 侯智谋 粟新

受保护的技术使用者：广州市聚赛龙工程塑料股份有限公司

技术研发日：2021.07.28

技术公布日：2021/11/2