碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料

碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料。

背景技术

聚乙烯是一种质轻无毒，具有优良的电绝缘性能和耐化学腐蚀性能的热塑性材料，其价格低廉，成型加工容易，广泛应用于电器、化工、食品、机械等行业。但是，聚乙烯有耐燃性差和作为工程塑料的强度不足等缺点，聚乙烯的阻燃主要采用卤素/三氧化二锑体系，由于卤素类阻燃剂在燃烧时放出大量具有毒性、腐蚀性强的卤化氢气体，严重污染环境。

碳纤维具有高强度、低密度、高耐温、耐水、耐腐蚀等特点，是一种优异的高强度增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。碳纤维增强聚乙烯具有非常高的比强度，但是由于碳纤维表面平滑、活性官能团少、表面能低，呈现表面化学惰性，与树脂基体浸润性差，使得复合材料界面粘合力较弱，严重地影响了复合材料整体优异性能的发挥，并且聚乙烯的化学惰性也使碳纤维与基体树脂的粘合性差，从而影响应力的传递。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异力学性能和优良阻燃符合环保要求的碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料，其组分按质量百分数配比为：聚乙烯40%～70%、碳纤维10%～40%、无卤阻燃剂15%～30%、阻燃增效剂3%～6%、相容剂1%～3%、分散剂0.5%～2%、抗氧剂0.1%～1%。

所述的碳纤维为表面经过氧化处理的碳纤维，其具体方法为配制处理溶液，将50wt%～70wt%硝酸、25wt%～50wt%硝酸钠和5wt%～20wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为60%～70%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡处理，在40℃～90℃的反应温度下，浸泡处理30～90分钟后，取出碳纤维，用水充分冲洗，然后在80℃～120℃温度下烘干，即得表面经过氧化处理的碳纤维。

所述的无卤阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。

所述的阻燃增效剂为微胶囊化红磷。

所述的相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物（E-MA-GMA）。

所述的分散剂为聚乙烯蜡。

所述的抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物。

上述的碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）碳纤维表面氧化处理：配制处理溶液，将50wt%～70wt%硝酸、25wt%～50wt%硝酸钠和5wt%～20wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为60%～70%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡处理，在40℃～90℃的反应温度下，浸泡处理30～90分钟后，取出碳纤维，用水充分冲洗，然后在80℃～120℃温度下烘干，即得表面经过氧化处理的碳纤维，待用；

（2）按重量配比称取聚乙烯、无卤阻燃剂、阻燃增效剂、相容剂、分散剂和抗氧剂，加入高速混合器中充分混合3～15分钟；

（3）将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的主料口，将按重量配比称取的表面经过氧化处理的碳纤维从双螺杆挤出机的侧料口加入，调整双螺杆挤出机的主侧料口转速以均匀碳纤维含量，通过双螺杆挤出机熔融混炼、挤出、冷却、造粒，即得本发明的碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料。

本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明制得的碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料，不仅具有很好的无卤阻燃性（氧指数为30以上），达到UL94-0阻燃级标准，发烟量小，无毒，无熔滴现象等，而且加入碳纤维的表面经过氧化处理，大大提高了碳纤维与聚乙烯的相容性与粘合性能，具有高强度、高模量、高耐热、高耐磨和高耐腐蚀等优点，可适合于多种环境条件下应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

一种碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料，其组分按质量百分数配比为：聚乙烯54%、碳纤维20%、氢氧化铝18%、微胶囊化红磷4%、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物（E-MA-GMA）2%、聚乙烯蜡1.5%、受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物0.5%。所述的碳纤维为表面经过氧化处理的碳纤维，其具体方法为配制处理溶液，将60wt%硝酸、30wt%硝酸钠和10wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为60%～70%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡处理，在40℃～90℃的反应温度下，浸泡处理30～90分钟后，取出碳纤维，用水充分冲洗，然后在80℃～120℃温度下烘干，即得表面经过氧化处理的碳纤维。

制备方法：（1）碳纤维表面氧化处理：配制处理溶液，将60wt%硝酸、30wt%硝酸钠和10wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为60%～70%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡处理，在40℃～90℃的反应温度下，浸泡处理30～90分钟后，取出碳纤维，用水充分冲洗，然后在80℃～120℃温度下烘干，即得表面经过氧化处理的碳纤维，待用；（2）按重量配比称取聚乙烯、氢氧化铝、微胶囊化红磷、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物（E-MA-GMA）、聚乙烯蜡和受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物，加入高速混合器中充分混合3～15分钟；（3）将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的主料口，将按重量配比称取的表面经过氧化处理的碳纤维从双螺杆挤出机的侧料口加入，调整双螺杆挤出机的主侧料口转速以均匀碳纤维含量，通过双螺杆挤出机熔融混炼、挤出、冷却、造粒，即得本发明的碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料。

实施例2：

一种碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料，其组分按质量百分数配比为：聚乙烯48%、碳纤维25%、氢氧化镁20%、微胶囊化红磷4%、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物（E-MA-GMA）2%、聚乙烯蜡0.8%、受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物0.2%。所述的碳纤维为表面经过氧化处理的碳纤维，其具体方法为配制处理溶液，将70wt%硝酸、15wt%硝酸钠和15wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为60%～70%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡处理，在40℃～90℃的反应温度下，浸泡处理30～90分钟后，取出碳纤维，用水充分冲洗，然后在80℃～120℃温度下烘干，即得表面经过氧化处理的碳纤维。

制备方法：（1）碳纤维表面氧化处理：配制处理溶液，将70wt%硝酸、15wt%硝酸钠和15wt%双氧水进行混合配制、并加水调配到浓度为60%～70%溶液，然后将其加热到60℃～90℃，再加入碳纤维浸泡处理，在40℃～90℃的反应温度下，浸泡处理30～90分钟后，取出碳纤维，用水充分冲洗，然后在80℃～120℃温度下烘干，即得表面经过氧化处理的碳纤维，待用；（2）按重量配比称取聚乙烯、氢氧化镁、微胶囊化红磷、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物（E-MA-GMA）、聚乙烯蜡和受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物，加入高速混合器中充分混合3～15分钟；（3）将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的主料口，将按重量配比称取的表面经过氧化处理的碳纤维从双螺杆挤出机的侧料口加入，调整双螺杆挤出机的主侧料口转速以均匀碳纤维含量，通过双螺杆挤出机熔融混炼、挤出、冷却、造粒，即得本发明的碳纤维增强的无卤阻燃聚乙烯材料。