（二十一）無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料及其制備方法

長玻璃纖維增強聚丙烯是長玻璃纖維增強熱塑性塑料中的一種，目前被大量用于制作轎車的發動機罩、儀表板骨架、蓄電池托架、座椅骨架、轎車前端模塊、保險杠、行李架、備胎盤、擋泥板、風扇葉片、發動機底盤、車頂棚襯架等。但是，現有的長玻璃纖維增強聚丙烯的氧指數（LOI）很低，極易燃燒且燃燒放熱量大，甚至在燃燒過程中會產生大量不飽和氣體，進一步促進燃燒。這就使得長玻璃纖維增強聚丙烯不適合在對材料阻燃性能要求較高的場合上應用，需要對長玻璃纖維增強聚丙烯進行阻燃改性，才能將其應用到對材料阻燃性能要求較高的場合上。以往增強長玻璃纖維增強聚丙烯的阻燃性，通常采用含鹵素的阻燃劑對長玻璃纖維增強聚丙烯進行阻燃改性，但由于含鹵素的阻燃劑在燃燒過程中會產生大量有害物質，許多國家頒布法令控制長玻璃纖維增強聚丙烯所用阻燃劑中鹵素的添加量。

本例提供了一種工藝簡單、制作成本低、性能優異的膨脹型無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料。其優點在于：①采用來源豐富且成本低的回收聚丙烯作原料；②膨脹型阻燃劑經化學反應復合，提高了分子量，有效解決傳統膨脹型阻燃劑的析出問題；③配方中加入抑煙劑，有效地降低材料燃燒時的發煙量，提高阻燃效果；④采用一步法制備阻燃長玻璃纖增強回收聚丙烯材料，有效解決阻燃劑經多次加工后易受熱分解、阻燃效果降低的問題；⑤長玻璃纖維直接從擠出機模頭處的浸漬模具中加入，避免長玻璃纖維被螺桿剪切、打斷，保證從模頭牽引出的粒條為聚丙烯包覆的連續長玻璃纖維，通過切粒機控制粒子的長度為5～50mm。采用回收聚丙烯作為底料且加入膨脹型無鹵阻燃劑、抑煙劑改善阻燃性能，成本低、制作簡易且綜合性能佳，可應用于家電、電器、汽車零配件等領域。

1.配方

上述組分中回收聚丙烯可以是粒狀、粉狀、塊狀的共聚或均聚聚丙烯。長玻璃纖維采用無堿連續無捻粗紗，纖維直徑為12～20mm，號數為1200～2400號。

膨脹型無鹵阻燃劑可選擇由磷酸酯、磷酸鹽、淀粉、季戊四醇、三聚氰胺、雙氰胺、聚磷酸銨中任幾種物質組合而成的磷氮系阻燃劑。優選是由其中幾種物質在反應釜內經化學反應復合而成的膨脹型阻燃劑。

配方中加入適量抑煙劑，有助于降低材料燃燒時的發煙量，降低材料在火災中產生大量毒煙而造成傷亡事故的可能性。抑煙劑包括氧化鉬、八鉬酸銨、氧化鋅、硼酸鋅中的一種或幾種。偶聯劑為硅烷偶聯劑、酞酸酯偶聯劑中的一種或兩種。相容劑為熱塑性彈性體接枝物，配方中的熱塑性彈性體接枝物包括丙烯酸、馬來酸酐或丙烯酸縮水甘油酯接枝改性的三元乙丙橡膠EPDM或聚烯烴彈性體POE。熱塑性彈性體接枝物采用彈性體作為基體，可大大提高材料的韌性，但是加入過多彈性體接枝物，將使材料的強度和剛性降低。

熔體流動速率改性劑為過氧化二異丙苯（DCP）和過氧化苯甲酰（BPO）中的一種或兩種有機過氧化物，加入目的是使聚丙烯微量降解，提高聚丙烯的流動性能，改善加工性，提高玻璃纖維的浸潤效果，但過量的熔體流動速率改性劑使材料的沖擊性能和伸長率大大降低，因此需控制其添加量。配方中的硅烷偶聯劑可選用DCP或BPO。添加時用丙酮稀釋后加入，以利于分散均勻。

偶聯劑作為表面處理劑，與熱塑性彈性體接枝物協同使用，作為相容劑可以很好地改善聚丙烯和玻璃纖維的界面黏結力，使材料的綜合物理性能得到改善。配方中的硅烷偶聯劑可選用KH550或KH560。添加時用乙醇稀釋后加入，以利于分散均勻。

加入抗氧劑能有效防止材料在加工和使用過程中的氧化降解。抗氧劑可選擇抗氧劑1010和抗氧劑168，可單獨或復合使用。

加入合適的潤滑劑，以減少材料在加工過程中與設備的摩擦，降低能耗并提高其流動性和脫模性。潤滑劑包括聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸鈣、亞乙基雙硬脂酸胺（EBS）中的一種或幾種的混合物。功能助劑根據最終產品的性能要求可選擇抗紫外線吸收劑、色粉或色母粒的一種或幾種。

2.加工工藝

①將回收聚丙烯、阻燃劑、抑煙劑、偶聯劑、相容劑、熔體流動速率改性劑、抗氧劑、潤滑劑及功能助劑加入高速攪拌機中攪拌均勻。

②將攪拌均勻的物料加入平行雙螺桿擠出機的料斗中，將擠出機從料斗到模頭分成六段，各段的溫度分別為：130～140℃、140～150℃、140～150℃、150～160℃、150～160℃、160～170℃。主機的螺桿轉速為250～330r/min，料斗進料螺桿的轉速為24～35r/min，然后將物料共混、熔融、擠出，長玻璃纖維通過擠出機模頭處的模具加入并與熔體充分浸潤，然后經拉伸牽引，形成聚丙烯包覆的連續長玻璃纖維。

③將步驟②制得的粒條經過水槽冷卻，風干后進入切粒機進行造粒，制得無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯粒料。

配方1：

制備步驟如下：

先將上述物料加入高速攪拌機中攪拌均勻；再將混合物加入雙螺桿擠出機的料斗中，擠出機從料斗到模頭分成六段，設置各段溫度分別為135℃、145℃、148℃、155℃、158℃、160℃。控制主機的螺桿轉速為280r/min，料斗進料螺桿的轉速為33r/min；隨后將占總質量分數為15%的長玻璃纖維從擠出機模頭處的模具中加入，長玻璃纖維通過模具進入后，與聚丙烯混合物的熔體充分浸潤，然后經牽引拉條形成聚丙烯包覆的連續長玻璃纖維。最后冷卻、切粒，制得阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料。

配方2：

配方3：

配方4：

配方5：

制備步驟同配方1。

3.參考性能

上述配方中所得膨脹型無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料的力學性能及阻燃性能如表3-13所示，從表中數據可以看出，當選擇配方3中的物料配比制備時，制得的膨脹型無鹵阻燃長玻璃纖維增強回收聚丙烯材料雖然斷裂伸長率比較低，但綜合性能比較好，可以作為優化配方使用。