一种高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料及其制备方法，其由以下重量百分比的原料制成：PP 46‑70％，无卤阻燃剂6‑20％，玻璃纤维20‑30％，相容剂3‑10％，抗氧剂0.2‑1％，金属化合物0.2‑1％；所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种原料混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。本发明的PP材料具有较高的CTI值，无卤环保，强度高，综合性能均衡，可以广泛用于制备低压电子电容器外壳、负载断路开关、碳刷支架、塑壳断路器等。

权利要求

1.一种高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料，其特征在于，其由以下重量百分比的原料制成：PP 46-70％，无卤阻燃剂6-20％，玻璃纤维20-30％，相容剂3-10％，抗氧剂0.2-1％，金属化合物0.2-1％；

其中，所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种原料混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物；

a)按所述的重量百分比称取各原料放入高混机中混合2-5分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220-230℃，螺杆转速在30-35Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具；

b)将玻璃纤维以100-150m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2-4m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

2.根据权利要求1所述的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料，其特征在于，所述的PP熔指为200-500g/min。

3.根据权利要求1所述的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料，其特征在于，所述的玻璃纤维为无碱连续长玻纤，其表面经硅烷偶联剂处理。

4.根据权利要求1所述的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝PP。

5.根据权利要求1所述的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1330。

6.权利要求1-5任一所述的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)按权利要求1-5任一所述的重量百分比称取除玻璃纤维以外的各原料放入高混机中混合2-5分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220-230℃，螺杆转速在30-

35Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具；

b)将玻璃纤维以100-150m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2-4m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

说明书

一种高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种PP材料，具体地说，涉及一种高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚丙烯分子式：(C3H6)n，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。按甲基排列位置分为等规聚丙烯(isotaetic polyprolene)、无规聚丙烯(atactic polypropylene)和间规聚丙烯(syndiotatic polypropylene)三种。聚丙烯无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯，可在100℃左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度影响。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。

[0003] 21世纪，电子、电气、通讯、家电、机电设备向高性能、微型化发展，对阻燃PP材料的要求越来越高。同时，随着人类对环保的认识，绿色环保产品受到普遍关注。因此，环保、高性能、功能化阻燃PP材料发展方向成为主流；绿色环保型阻燃PP材料的品种与需求越来越多；阻燃PP材料的生产向多品种系列化方向发展；阻燃剂的使用向多元化、复合型发展。一些传统的阻燃方式有(GF+十溴二苯乙烷+三氧化二锑)复配体系、(GF+溴化聚苯乙烯+三氧化二锑)复配体系，但是这些复配体系均采用含卤阻燃剂，不能满足阻燃材料的环保发展趋势；其次，PP结构不易成碳，本身具有较高的CTI值，然而添加阻燃剂后材料的成碳性能提高，CTI值下降，造成阻燃PP在实际使用过程中产生漏电安全隐患，为满足环保安全、使用安全，必须优化CTI和阻燃性能之间的对抗关系，寻找合适的配方体系。另一方面，连续长玻纤增强技术与常规玻纤增强技术相比，长玻纤保留长度高、分布均一，可大大提高增强PP的力学性能，特别是阻燃增强体系中阻燃剂的添加会大大影响材料的机械性能，尤其是韧性，而连续长玻纤增强PP生产工艺下对阻燃剂配方和CTI协效助剂的要求更加高，在这一方面目前仍缺乏相关技术。

[0004] 综上所述，研发一种高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料具有广阔的应用前景。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种高CTI值、环保阻燃、综合性能优异的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料。

[0006] 本发明的再一的目的是，提供所述的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料的制备方法。

[0007] 为实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案是：

[0008] 一种高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料，其由以下重量百分比的原料制成：PP 46-70％，无卤阻燃剂6-20％，玻璃纤维20-30％，相容剂3-10％，抗氧剂0.2-1％，金属化合物
0.2-1％；

[0009] 其中，所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种原料混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。

[0010] 所述的PP熔指为200-500g/min。

[0011] 所述的玻璃纤维为无碱连续长玻纤，其表面经硅烷偶联剂处理。

[0012] 所述的相容剂为马来酸酐接枝PP。

[0013] 所述的抗氧剂为抗氧剂1330。

[0014] 为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：

[0015] 如上任一所述的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料的制备方法，包括以下步骤：

[0016] a)按如上所述的重量百分比称取各原料放入高混机中混合2-5分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220-230℃，螺杆转速在30-35Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具；

[0017] b)将玻璃纤维以100-150m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2-4m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0018] 本发明优点在于：

[0019] 1、本发明采用新型阻燃复配体系，和传统的阻燃体系相比，在阻燃剂百分含量相同的情况下，该新型复配阻燃体系能使材料CTI值提高到600V(最高级别)，且材料的灼热丝温度能够提高50℃以上水平。而传统阻燃剂由于阻燃过程长，伴随严重成碳，导致材料CTI值在400V左右甚至更低。同时，配方中加入相容剂可改善材料的冲击性能，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，可提高组合物在加工过程中的抗氧化性能和使用过程中的抗老化性能；

[0020] 2、采用经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁作为提高CTI值的助剂，还可提高材料加工流动性，降低摩擦系数，提高滑爽性，削弱剪切力，可有效防止阻燃剂分解，从而保证了材料的质量稳定；

[0021] 3、采用的是连续长玻纤增强PP生产工艺，与普通的玻纤增强PP生产工艺相比，所获材料的机械性能更优。

[0022] 本发明的PP材料具有较高的CTI值，无卤环保，强度高，综合性能均衡，可广泛用于制备低压电子电容器外壳、负载断路开关、碳刷支架、塑壳断路器等。

具体实施方式

[0023] 下面对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

[0024] 以下实施例中，所用PP熔指为200-500g/min。所述的经硅烷偶联剂处理的无碱连续长玻纤，是将连续长玻纤加入硅烷偶联剂中，使其表面经硅烷偶联剂处理，其处理方法为本领域公知常识。所述的经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌或经硅烷偶联剂表面处理的氧化铁，是将液体硅烷偶联剂KH550按氧化锌或氧化铁质量的0.5％加入到氧化锌或氧化铁的粉体中，经混料机均匀混合后，KH550会均匀的负载于氧化锌或氧化铁表面，即得经表面处理的氧化锌或经表面处理的氧化铁。

[0025] 实施例1 本发明的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料制备(一)

[0026] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 46％，无卤阻燃剂20％，玻璃纤维25％，市售马来酸酐接枝PP 7.8％，抗氧剂1330 1％，金属化合物0.2％。

[0027] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种组分混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。

[0028] 将原料放入高混机中混合2分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220℃，螺杆转速在30Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0029] (2)将玻璃纤维以125m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0030] 实施例2 本发明的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料制备(二)

[0031] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 70％，无卤阻燃剂6％，玻璃纤维20％，市售马来酸酐接枝PP 3％，抗氧剂1330 0.2％，金属化合物0.8％。

[0032] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种组分混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。

[0033] 将原料放入高混机中混合5分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在230℃，螺杆转速在35Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0034] (2)将玻璃纤维以100m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为3m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0035] 实施例3 本发明的高CTI环保阻燃玻纤增强PP材料制备(三)

[0036] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 50％，无卤阻燃剂10％，玻璃纤维30％，市售马来酸酐接枝PP 8.5％，抗氧剂1330 0.5％，金属化合物1％。

[0037] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种组分混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。

[0038] 将原料放入高混机中混合4分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在225℃，螺杆转速在32Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0039] (2)将玻璃纤维以150m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为4m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0040] 对比例1

[0041] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 46％，常规阻燃体系20％，玻璃纤维25％，市售马来酸酐接枝PP 7.8％，抗氧剂1330 1％，金属化合物0.2％。

[0042] 所述的常规阻燃体系由十溴二苯乙烷及三氧化二锑复配而成，其复配质量比为3:1；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。

[0043] 将原料放入高混机中混合2分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220℃，螺杆转速在30Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0044] (2)将玻璃纤维以125m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0045] 对比例2

[0046] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 46.2％，无卤阻燃剂20％，玻璃纤维25％，市售马来酸酐接枝PP 7.8％，抗氧剂1330 1％。

[0047] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种组分混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％。

[0048] 将原料放入高混机中混合2分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220℃，螺杆转速在30Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0049] (2)将玻璃纤维以125m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0050] 对比例3

[0051] 按以下重量百分比称取各原料：PP 46％，无卤阻燃剂20％，玻璃纤维25％，市售马来酸酐接枝PP 7.8％，抗氧剂1330 1％，金属化合物0.2％。

[0052] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种组分混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。

[0053] 将原料放入高混机中混合2分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，用双螺杆挤出机挤出造粒，玻璃纤维由螺杆第4段加入，加工温度在220℃，螺杆转速在30Hz，共混物在挤出机中熔融共混、冷却、切粒。

[0054] 对比例4

[0055] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 46％，无卤阻燃剂20％，玻璃纤维25％，市售马来酸酐接枝PP 7.8％，抗氧剂1330 1％，金属化合物0.2％。

[0056] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的两种组分混合而成：MPP 50％，次磷酸镁50％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。

[0057] 将原料放入高混机中混合2分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220℃，螺杆转速在30Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0058] (2)将玻璃纤维以125m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0059] 对比例5

[0060] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 46％，无卤阻燃剂20％，玻璃纤维25％，市售马来酸酐接枝PP 7.8％，抗氧剂1330 1％，金属化合物0.2％。

[0061] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的两种组分混合而成：MPP 50％，硼酸铝50％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。

[0062] 将原料放入高混机中混合2分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220℃，螺杆转速在30Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0063] (2)将玻璃纤维以125m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0064] 对比例6

[0065] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 46％，无卤阻燃剂20％，玻璃纤维25％，市售马来酸酐接枝PP 7.8％，抗氧剂1330 1％，金属化合物0.2％。

[0066] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的两种组分混合而成：次磷酸镁50％，硼酸铝50％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁质量比2:1的混合物。

[0067] 将原料放入高混机中混合2分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220℃，螺杆转速在30Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0068] (2)将玻璃纤维以125m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0069] 对比例7

[0070] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 46％，无卤阻燃剂20％，玻璃纤维25％，市售马来酸酐接枝PP 7.8％，抗氧剂1330 1％，金属化合物0.2％。

[0071] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种组分混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌。

[0072] 将原料放入高混机中混合2分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220℃，螺杆转速在30Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0073] (2)将玻璃纤维以125m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0074] 对比例8

[0075] (1)按以下重量百分比称取各原料：PP 46％，无卤阻燃剂20％，玻璃纤维25％，市售马来酸酐接枝PP 7.8％，抗氧剂1330 1％，金属化合物0.2％。

[0076] 所述的无卤阻燃剂是由以下重量百分比的三种组分混合而成：MPP 50％，次磷酸镁25％，硼酸铝25％；所述的金属化合物为经硅烷偶联剂表面处理的氧化铁。

[0077] 将原料放入高混机中混合2分钟，出料，然后加入到双螺杆挤出机中，加工温度在220℃，螺杆转速在30Hz，共混物在挤出机中熔融共混，然后进入模具。

[0078] (2)将玻璃纤维以125m/min的速度牵引输入模具中，模具长度为2m，充分压延浸渍后，冷却，切粒，即得。

[0079] 实验结果

[0080] 对实施例1-3及对比例1-8制得的样品采用ASTM标准进行性能测试，测试性能对比如下表所示：

[0081]

[0082] 由上表可以看出实施例1-3所获材料具有高CTI性能、优良的阻燃性能及GWIT性能。对比例1与实施例1相比，采用同等阻燃剂用量的常规阻燃体系替代实施例1中的无卤阻燃剂，两者均采用连续长玻纤增强工艺，在该工艺下，对阻燃剂的热稳定性要求较高，常规阻燃体系的热稳定性无法满足要求，部分降解，导致力学性能和阻燃性能恶化，且该类阻燃剂发烟量高，燃烧过程极易成碳，无法通过CTI 600V的测试；对比例2与实施例1相比，未添加复配处理的金属化合物，CTI性能不稳定；对比例3与实施例1相比，采用常规玻纤增强工艺，所获材料的性能相对较低，对于机械强度要求高的材料存在使用局限性。对比例4、5、6和实施例1相比，无卤阻燃剂配方不同，表明MPP、次磷酸镁、硼酸铝复配的阻燃体系发挥了一定的协同作用；对比例7、8和实施例1相比，金属化合物配方不同，表明质量比2:1的经硅烷偶联剂表面处理的氧化锌与氧化铁发挥了一定的协同作用。

[0083] 综上所述，本发明制备的PP材料具有高CTI、环保阻燃、综合性能优异的优点，因此可广泛用于低压电子电容器外壳、负载断路开关、碳刷支架、塑壳断路器等的制备。

[0084] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。