（二十一）无卤阻燃长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料及其制备方法

长玻璃纤维增强聚丙烯是长玻璃纤维增强热塑性塑料中的一种，目前被大量用于制作轿车的发动机罩、仪表板骨架、蓄电池托架、座椅骨架、轿车前端模块、保险杠、行李架、备胎盘、挡泥板、风扇叶片、发动机底盘、车顶棚衬架等。但是，现有的长玻璃纤维增强聚丙烯的氧指数（LOI）很低，极易燃烧且燃烧放热量大，甚至在燃烧过程中会产生大量不饱和气体，进一步促进燃烧。这就使得长玻璃纤维增强聚丙烯不适合在对材料阻燃性能要求较高的场合上应用，需要对长玻璃纤维增强聚丙烯进行阻燃改性，才能将其应用到对材料阻燃性能要求较高的场合上。以往增强长玻璃纤维增强聚丙烯的阻燃性，通常采用含卤素的阻燃剂对长玻璃纤维增强聚丙烯进行阻燃改性，但由于含卤素的阻燃剂在燃烧过程中会产生大量有害物质，许多国家颁布法令控制长玻璃纤维增强聚丙烯所用阻燃剂中卤素的添加量。

本例提供了一种工艺简单、制作成本低、性能优异的膨胀型无卤阻燃长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料。其优点在于：①采用来源丰富且成本低的回收聚丙烯作原料；②膨胀型阻燃剂经化学反应复合，提高了分子量，有效解决传统膨胀型阻燃剂的析出问题；③配方中加入抑烟剂，有效地降低材料燃烧时的发烟量，提高阻燃效果；④采用一步法制备阻燃长玻璃纤增强回收聚丙烯材料，有效解决阻燃剂经多次加工后易受热分解、阻燃效果降低的问题；⑤长玻璃纤维直接从挤出机模头处的浸渍模具中加入，避免长玻璃纤维被螺杆剪切、打断，保证从模头牵引出的粒条为聚丙烯包覆的连续长玻璃纤维，通过切粒机控制粒子的长度为5～50mm。采用回收聚丙烯作为底料且加入膨胀型无卤阻燃剂、抑烟剂改善阻燃性能，成本低、制作简易且综合性能佳，可应用于家电、电器、汽车零配件等领域。

1.配方

上述组分中回收聚丙烯可以是粒状、粉状、块状的共聚或均聚聚丙烯。长玻璃纤维采用无碱连续无捻粗纱，纤维直径为12～20mm，号数为1200～2400号。

膨胀型无卤阻燃剂可选择由磷酸酯、磷酸盐、淀粉、季戊四醇、三聚氰胺、双氰胺、聚磷酸铵中任几种物质组合而成的磷氮系阻燃剂。优选是由其中几种物质在反应釜内经化学反应复合而成的膨胀型阻燃剂。

配方中加入适量抑烟剂，有助于降低材料燃烧时的发烟量，降低材料在火灾中产生大量毒烟而造成伤亡事故的可能性。抑烟剂包括氧化钼、八钼酸铵、氧化锌、硼酸锌中的一种或几种。偶联剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂中的一种或两种。相容剂为热塑性弹性体接枝物，配方中的热塑性弹性体接枝物包括丙烯酸、马来酸酐或丙烯酸缩水甘油酯接枝改性的三元乙丙橡胶EPDM或聚烯烃弹性体POE。热塑性弹性体接枝物采用弹性体作为基体，可大大提高材料的韧性，但是加入过多弹性体接枝物，将使材料的强度和刚性降低。

熔体流动速率改性剂为过氧化二异丙苯（DCP）和过氧化苯甲酰（BPO）中的一种或两种有机过氧化物，加入目的是使聚丙烯微量降解，提高聚丙烯的流动性能，改善加工性，提高玻璃纤维的浸润效果，但过量的熔体流动速率改性剂使材料的冲击性能和伸长率大大降低，因此需控制其添加量。配方中的硅烷偶联剂可选用DCP或BPO。添加时用丙酮稀释后加入，以利于分散均匀。

偶联剂作为表面处理剂，与热塑性弹性体接枝物协同使用，作为相容剂可以很好地改善聚丙烯和玻璃纤维的界面黏结力，使材料的综合物理性能得到改善。配方中的硅烷偶联剂可选用KH550或KH560。添加时用乙醇稀释后加入，以利于分散均匀。

加入抗氧剂能有效防止材料在加工和使用过程中的氧化降解。抗氧剂可选择抗氧剂1010和抗氧剂168，可单独或复合使用。

加入合适的润滑剂，以减少材料在加工过程中与设备的摩擦，降低能耗并提高其流动性和脱模性。润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、亚乙基双硬脂酸胺（EBS）中的一种或几种的混合物。功能助剂根据最终产品的性能要求可选择抗紫外线吸收剂、色粉或色母粒的一种或几种。

2.加工工艺

①将回收聚丙烯、阻燃剂、抑烟剂、偶联剂、相容剂、熔体流动速率改性剂、抗氧剂、润滑剂及功能助剂加入高速搅拌机中搅拌均匀。

②将搅拌均匀的物料加入平行双螺杆挤出机的料斗中，将挤出机从料斗到模头分成六段，各段的温度分别为：130～140℃、140～150℃、140～150℃、150～160℃、150～160℃、160～170℃。主机的螺杆转速为250～330r/min，料斗进料螺杆的转速为24～35r/min，然后将物料共混、熔融、挤出，长玻璃纤维通过挤出机模头处的模具加入并与熔体充分浸润，然后经拉伸牵引，形成聚丙烯包覆的连续长玻璃纤维。

③将步骤②制得的粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行造粒，制得无卤阻燃长玻璃纤维增强回收聚丙烯粒料。

配方1：

制备步骤如下：

先将上述物料加入高速搅拌机中搅拌均匀；再将混合物加入双螺杆挤出机的料斗中，挤出机从料斗到模头分成六段，设置各段温度分别为135℃、145℃、148℃、155℃、158℃、160℃。控制主机的螺杆转速为280r/min，料斗进料螺杆的转速为33r/min；随后将占总质量分数为15%的长玻璃纤维从挤出机模头处的模具中加入，长玻璃纤维通过模具进入后，与聚丙烯混合物的熔体充分浸润，然后经牵引拉条形成聚丙烯包覆的连续长玻璃纤维。最后冷却、切粒，制得阻燃长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料。

配方2：

配方3：

配方4：

配方5：

制备步骤同配方1。

3.参考性能

上述配方中所得膨胀型无卤阻燃长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的力学性能及阻燃性能如表3-13所示，从表中数据可以看出，当选择配方3中的物料配比制备时，制得的膨胀型无卤阻燃长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料虽然断裂伸长率比较低，但综合性能比较好，可以作为优化配方使用。