一種阻燃劑、使用該阻燃劑的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種阻燃劑，以下重量份數(shù)的組分組成：聚磷酸銨5～20份、季戊四醇5～20份、蒙脫土5～13.5份、炭黑0.2份；同時還公開了使用該阻燃劑的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的阻燃劑，加入超高分子量聚乙烯粉中制備阻燃復(fù)合材料，阻燃劑分布于超高分子量聚乙烯粉間隙，低添加量便可在制品內(nèi)部形成網(wǎng)絡(luò)狀阻燃層，提高阻燃效率；炭黑的介電損耗高，在制備過程中產(chǎn)生熱效應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)超高分子量聚乙烯粉熔融，改善復(fù)合材料的力學(xué)性能；所得超高分子量聚乙烯復(fù)合材料同時具有良好的力學(xué)性能和阻燃性能。
【專利說明】一種阻燃劑、使用該阻燃劑的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于阻燃復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種阻燃劑，同時還涉及使用該阻燃劑的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是分子量100萬以上、具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料。超高分子量聚乙烯管材在2001年被中國科學(xué)技術(shù)部列為國家科技成果重點推廣計劃，屬化工類新材料、新產(chǎn)品。國家計委科技部將超高分子量聚乙烯管材列為當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高科技產(chǎn)業(yè)重點領(lǐng)域項目。UHMWPE具有突出的抗沖擊性、耐應(yīng)力開裂性、耐高溫蠕變性、低摩擦系數(shù)、自潤滑性，卓越的耐化學(xué)腐蝕性、抗疲勞性、噪音阻尼性、耐核輻射性等，上述特性使其廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、食品機械、運輸、醫(yī)療、煤礦、化工等領(lǐng)域。
[0003]由于UHMWPE熔融狀態(tài)的粘度高達(dá)108Pa*s，流動性極差，其熔體指數(shù)幾乎為零，所以很難用一般的聚合物成型加工方法進(jìn)行加工。模壓是UHMWPE最常用的加工方法，但是現(xiàn)有的模壓法生產(chǎn)效率低，在加工過程中UHMWPE易發(fā)生氧化和降解，使其強度下降。同時，UHMWPE氧指數(shù)僅有17%左右，屬易燃材料，高溫受熱降解成低分子量物質(zhì)，極易傳播火焰，引發(fā)火災(zāi)，使其在許多領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。在采用模壓法制備阻燃型UHMWPE時，由于UHMWPE具有極高的粘度，使得阻燃劑只能分布于UHMWPE粉末間隙。而分布于UHMWPE間隙的阻燃劑會限制UHMWPE粉末的相互熔融，從而降低其加工效率，且其強度也會顯著下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種阻燃劑，在保證聚乙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能的同時，提高其阻燃性能。
`[0005]本發(fā)明的第二個目的是提供一種使用上述阻燃劑的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。
[0006]本發(fā)明的第二個目的是提供一種超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法。
[0007]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種阻燃劑，由以下重量份數(shù)的組分組成:聚磷酸銨5~20份、季戊四醇5~20份、蒙脫土 5~13.5份、炭黑0.2份。
[0008]所述炭黑的粒徑為20~25nm。
[0009]一種使用上述阻燃劑的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的組分組成:超高分子量聚乙烯粉60~80份、聚磷酸銨5~20份、季戊四醇5~20份、蒙脫土 5~13.5份、炭黑0.2份。
[0010]一種上述的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0011]I)取聚磷酸銨、季戊四醇、蒙脫土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑混合并攪拌，得混合物料；
[0012]2)將步驟I)所得混合物料放入平板硫化機的模具中，3~50MPa加壓2~3min排出混合物料中的氣體后，在180~210°C、3~50MPa條件下保壓15min ；[0013]3)將模具停止加熱，保持5~50MPa壓力冷卻至室溫，脫模；
[0014]4)將脫模后的制品微波輻照3min，即得。
[0015]步驟I)中所述攪拌的轉(zhuǎn)速為9000rpm，攪拌的時間為3min。
[0016]步驟4)中所述微波輻照的功率為500~800W。
[0017]本發(fā)明的阻燃劑，采用無鹵、低煙、低毒的蒙脫土作為無機阻燃劑與聚磷酸銨、季戊四醇這兩種膨脹阻燃劑進(jìn)行復(fù)配，并加入炭黑作為協(xié)效阻燃劑，阻燃效率高；將該阻燃劑加入超高分子量聚乙烯粉中制備阻燃復(fù)合材料，阻燃劑分布于超高分子量聚乙烯粉間隙，低添加量便可在制品內(nèi)部形成網(wǎng)絡(luò)狀阻燃層，提高阻燃效率；炭黑的介電損耗高，在制備過程中產(chǎn)生熱效應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)超高分子量聚乙烯粉熔融，改善復(fù)合材料的力學(xué)性能；所得超高分子量聚乙烯復(fù)合材料同時具有良好的力學(xué)性能和阻燃性能。[0018]本發(fā)明的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，將超高分子量聚乙烯粉與阻燃劑混合后采用模壓法直接熱壓成型，成型制品再經(jīng)微波輻照，利用微波輻照過程中炭黑產(chǎn)生的熱效應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)超高分子量聚乙烯熔融，改善復(fù)合材料的力學(xué)性能；在保證復(fù)合材料力學(xué)性能的同時，提高復(fù)合材料的阻燃性能；工藝簡單、操作方便，加工效率高，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0020]實施例1
[0021]本實施例的阻燃劑，由以下重量份數(shù)的組分組成:聚磷酸銨6.5份、季戊四醇6.5份、蒙脫土 6.5份、炭黑0.2份。所述炭黑的粒徑為20~25nm。
[0022]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的組分組成:超高分子量聚乙烯粉80份、聚磷酸銨6.5份、季戊四醇6.5份、蒙脫土 6.5份、炭黑0.2份。
[0023]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0024]I)取聚磷酸銨、季戊四醇、蒙脫土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑，放入高速攪拌機，混合并攪拌，攪拌的轉(zhuǎn)速為9000rpm,攪拌時間為5min,得混合物料；
[0025]2)將步驟I)所得混合物料平鋪至平板模具中，覆蓋聚酯膜，將模具合攏，放至高壓平板硫化機中，50MPa條件下加壓2min，排出模具及混合物料中的氣體；排氣結(jié)束后，啟動平板硫化機，在185°C、50MPa條件下保壓15min ；
[0026]3)將模具停止加熱，保持50MPa壓力冷卻至室溫，脫模；
[0027]4)將脫模后的制品微波輻照3min，微波輻照的功率為500W，即得。
[0028]實施例2
[0029]本實施例的阻燃劑，由以下重量份數(shù)的組分組成:聚磷酸銨10份、季戊四醇10份、蒙脫土 10份、炭黑0.2份。所述炭黑的粒徑為20~25nm。
[0030]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的組分組成:超高分子量聚乙烯粉70份、聚磷酸銨10份、季戊四醇10份、蒙脫土 10份、炭黑0.2份。
[0031]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0032]I)取聚磷酸銨、季戊四醇、蒙脫土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑，放入高速攪拌機，混合并攪拌，攪拌的轉(zhuǎn)速為9000rpm,攪拌時間為5min,得混合物料；[0033]2)將步驟I)所得混合物料平鋪至平板模具中，覆蓋聚酯膜，將模具合攏，放至平板高壓硫化機中，3MPa條件下加壓3min，排出模具及混合物料中的氣體；排氣結(jié)束后，啟動平板硫化機，在210°C、3MPa條件下保壓15min ；
[0034]3)將模具停止加熱，保持5MPa壓力冷卻至室溫，脫模；
[0035]4)將脫模后的制品微波輻照3min，微波輻照的功率為800W，即得。
[0036]實施例3
[0037]本實施例的阻燃劑，由以下重量份數(shù)的組分組成:聚磷酸銨13.5份、季戊四醇
13.5份、蒙脫土 13.5份、碳納米管0.2份。所述炭黑的粒徑為20~25nm。
[0038]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的組分組成:超高分子量聚乙烯粉60份、聚磷酸銨13.5份、季戊四醇13.5份、蒙脫土 13.5份、炭黑0.2份。
[0039]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0040]I)取聚磷酸銨、季戊四醇、蒙脫土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑，放入高速攪拌機，混合并攪拌，攪拌的轉(zhuǎn)速為9000rpm,攪拌時間為5min,得混合物料；
[0041 ] 2)將步驟I)所得混合物料平鋪至平板模具中，覆蓋聚酯膜，將模具合攏，放至平板高壓硫化機中，25MPa條件下加壓2.5min，排出模具及混合物料中的氣體；排氣結(jié)束后，啟動平板硫化機，在180°C、25MPa條件下保壓15min ；
[0042]3)將模具停止加熱，保持25MPa壓力冷卻至室溫，脫模；
[0043]4)將脫模后的制品微波輻照3min，微波輻照的功率為600W，即得。
[0044]實施例4
[0045]本實施例的阻燃劑，由以下重量份數(shù)的組分組成:聚磷酸銨5份、季戊四醇10份、蒙脫土 5份、碳納米管0.2份。所述炭黑的粒徑為20~25nm。
[0046]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的組分組成:超高分子量聚乙烯粉80份、聚磷酸銨5份、季戊四醇10份、蒙脫土 5份、碳納米管0.2份。
[0047]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法同實施例1。
[0048]實施例5
[0049]本實施例的阻燃劑，由以下重量份數(shù)的組分組成:聚磷酸銨7.5份、季戊四醇15份、蒙脫土 7.5份、碳納米管0.2份。所述炭黑的粒徑為20~25nm。
[0050]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的組分組成:超高分子量聚乙烯粉70份、聚磷酸銨7.5份、季戊四醇15份、蒙脫土 7.5份、碳納米管0.2份。
[0051]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法同實施例1。
[0052]實施例6
[0053]本實施例的阻燃劑，由以下重量份數(shù)的組分組成:聚磷酸銨10份、季戊四醇20份、蒙脫土 10份、碳納米管0.2份。所述炭黑的粒徑為20~25nm。
[0054]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的組分組成:超高分子量聚乙烯粉60份、聚磷酸銨10份、季戊四醇20份、蒙脫土 10份、碳納米管0.2份。
[0055]本實施例的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法同實施例1。
[0056]實驗例
[0057]將實施例1~6所得超高分子量聚乙烯復(fù)合材料進(jìn)行檢測，結(jié)果如表1所示。
[0058]其中，對比例I~6的復(fù)合材料的組分及含量分別同實施例1~6，制備方法分別同實施例1~6的制備方法，但是不施加微波輻照。對比例7是未添加阻燃劑的超高分子量聚乙烯材料。
[0059]表1實施例1~6所得超高分子量聚乙烯復(fù)合材料檢測結(jié)果
[0060]
【權(quán)利要求】
1.一種阻燃劑，其特征在于:由以下重量份數(shù)的組分組成:聚磷酸銨5~20份、季戊四醇5~20份、蒙脫土 5~13.5份、炭黑0.2份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃劑，其特征在于:所述炭黑的粒徑為20~25nm。
3.一種使用如權(quán)利要求1所述的阻燃劑的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，其特征在于:由以下重量份數(shù)的組分組成:超高分子量聚乙烯粉60~80份、聚磷酸銨5~20份、季戊四醇5~20份、蒙脫土 5~13.5份、炭黑0.2份。
4.一種如權(quán)利要求3所述的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:包括下列步驟: 1)取聚磷酸銨、季戊 四醇、蒙脫土、超高分子量聚乙烯粉、炭黑混合并攪拌，得混合物料； 2)將步驟I)所得混合物料放入平板硫化機的模具中，3~50MPa加壓2~3min排出混合物料中的氣體后，在180~210°C、3~50MPa條件下保壓15min ； 3)將模具停止加熱，保持5~50MPa壓力冷卻至室溫，脫模； 4)將脫模后的制品微波輻照3min，即得。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟I)中所述攪拌的轉(zhuǎn)速為9000rpm,攪拌的時間為3min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟4)中所述微波輻照的功率為500~800W。
【文檔編號】C08K3/32GK103694497SQ201310435605
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】陸昶, 黃新輝, 胡小寧, 李瑞廣, 楚展奇, 曹青青, 王睿, 楊典, 陳國偉, 杭廣林, 郝康康 申請人:河南科技大學(xué)