一种阻燃增韧聚丙烯复合材料及其生产工艺的制作方法

本发明涉及聚丙烯复合材料，尤其涉及一种阻燃增韧聚丙烯复合材料及其生产工艺。

背景技术：

1、聚丙烯（pp）具有密度低、机械性能优良、耐化学腐蚀、易于加工成型及成本低等优点，被广泛应用于家用电器、汽车零部件、电子电气、建筑材料及日用品等领域；然而，聚丙烯属于易燃高分子材料，其极限氧指数较低，在受热或遇火源时容易发生燃烧，并伴随熔融滴落现象，存在一定的安全隐患，难以满足电子电器、轨道交通、新能源汽车及建筑材料等领域对阻燃性能的要求；因此，通常需要通过添加阻燃剂对聚丙烯进行阻燃改性，以提高材料的阻燃等级和使用安全性；

2、但是，在聚丙烯阻燃改性过程中，阻燃剂的大量加入容易破坏聚丙烯基体的连续结构，使材料的冲击韧性、延伸率及加工流动性明显下降；同时，为了改善韧性而引入聚烯烃弹性体、聚乙烯等增韧组分时，又会由于各组分相容性差、分散不均匀等原因，影响阻燃体系的完整性，导致材料难以兼顾阻燃性能和力学性能；此外，现有聚丙烯改性生产工艺通常采用连续熔融共混方式进行加工，工艺过程中缺乏对熔体状态的实时调控，当原料波动或加工条件发生变化时，容易造成组分分散不均、熔体稳定性不足及产品性能一致性较差等问题；

3、综合上述，本技术提出了一种阻燃增韧聚丙烯复合材料及其生产工艺。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种阻燃增韧聚丙烯复合材料及其生产工艺。

2、本发明提出的一种阻燃增韧聚丙烯复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂40～55份、阻燃母粒35～50份、线性低密度聚乙烯3～8份、聚烯烃弹性体3～8份、色母粒0.5～2份、润滑剂0.3～2份、抗滴落剂0.05～0.5份、抗氧剂0.2～1份。

3、优选地，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂40份、阻燃母粒35份、线性低密度聚乙烯3份、聚烯烃弹性体3份、色母粒0.5份、润滑剂0.3份、抗滴落剂0.05份、抗氧剂0.2份。

4、优选地，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂47份、阻燃母粒40份、线性低密度聚乙烯5份、聚烯烃弹性体5份、色母粒1份、润滑剂0.5份、抗滴落剂0.2份、抗氧剂0.4份。

5、优选地，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂55份、阻燃母粒50份、线性低密度聚乙烯8份、聚烯烃弹性体8份、色母粒2份、润滑剂2份、抗滴落剂0.5份、抗氧剂1份。

6、优选地，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯和共聚聚丙烯，抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂；

7、所述均聚聚丙烯为pp3003，共聚聚丙烯为pp k8003，聚烯烃弹性体为poe8150，线性低密度聚乙烯为lldpe7042，阻燃母粒为m8026xs阻燃母粒，润滑剂为pets sc861，主抗氧剂为抗氧剂1010，辅助抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂p-130。

8、本发明还提出了一种阻燃增韧聚丙烯复合材料的生产工艺，包括以下步骤：

9、s1：原料预处理：按照配方称取40～55份聚丙烯树脂、35～50份阻燃母粒、3～8份线性低密度聚乙烯、3～8份聚烯烃弹性体、0.5～2份色母粒、0.3～2份润滑剂、0.05～0.5份抗滴落剂及0.2～1份抗氧剂，并分别进行干燥处理；

10、s2：基体预混：将s1中称取的聚丙烯树脂、抗氧剂及润滑剂加入高速混合机中进行预混合，得到基体混合料；

11、s3：增韧熔融共混：将s2中得到的基体混合料送入双螺杆挤出机，在熔融状态下加入线性低密度聚乙烯及聚烯烃弹性体进行共混，使增韧组分均匀分散于聚丙烯基体中，得到增韧熔体；

12、s4：阻燃协同分散：向s3所得增韧熔体中加入s1称取的阻燃母粒、色母粒及抗滴落剂进行熔融混炼，使阻燃组分均匀分散于聚丙烯基体中，得到阻燃增韧混合熔体；

13、s5：在线稳定化调控：实时采集挤出机熔体压力、熔体温度及主机扭矩，根据熔体状态调节螺杆转速及喂料速度，使熔体保持稳定混炼状态；

14、s6：真空排气、冷却造粒：将s5得到的混合熔体进行双级真空排气，以去除水分及挥发性小分子，再经冷却、切粒处理，制得阻燃增韧聚丙烯复合材料。

15、优选地，所述s1中，聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯和共聚聚丙烯，两者质量比为(1.0～2.0)：1；

16、所述s2中，高速混合机的混合温度为80～110℃，混合时间为5～15min，混合转速为500～1200r/min。

17、优选地，所述s3的具体逻辑步骤如下：

18、s301：基体熔融塑化：将s2得到的基体混合料输送至双螺杆挤出机，通过加热系统提供热量，并利用螺杆旋转产生的剪切作用，使聚丙烯树脂逐渐熔融塑化，形成连续的聚丙烯熔融基体，为增韧组分的引入提供熔融环境；

19、s302：增韧组分加入：在双螺杆挤出机熔融段，通过侧向喂料装置加入线性低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体，使线性低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体进入聚丙烯熔融体系，并与聚丙烯熔体充分接触；

20、s303：增韧组分熔融分散：利用双螺杆挤出机螺杆元件产生的剪切、拉伸及分流混合作用，使线性低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体充分熔融，并以微相结构分散于聚丙烯连续相内部，形成聚丙烯/lldpe/poe多相共混体系；

21、s304：多相熔体均化：将含有lldpe和poe的共混熔体输送至双螺杆挤出机均化段，通过持续混炼作用，使不同组分之间充分融合，降低各区域组分差异，形成结构稳定的增韧熔体；

22、s305：增韧熔体输出：将均化后的增韧熔体由双螺杆挤出机输出，使其保持聚丙烯连续相与lldpe、poe分散相构成的稳定多相结构，并输送至s4进行阻燃母粒、色母粒及抗滴落剂的熔融混炼。

23、优选地，所述s4的具体逻辑步骤如下：

24、s401：阻燃组分定量加入：将s3得到的增韧熔体输送至双螺杆挤出机的阻燃混炼区域，通过主喂料口或侧向喂料装置加入s1称取的阻燃母粒、色母粒及抗滴落剂，使阻燃组分进入聚丙烯/lldpe/poe多相熔融体系中；

25、s402：阻燃母粒熔融释放：利用双螺杆挤出机产生的热量及剪切作用，使阻燃母粒中的阻燃有效组分从载体树脂中充分释放，并与增韧熔体发生充分接触，形成含有阻燃微粒的复合熔体；

26、s403：阻燃相剪切分散：通过双螺杆挤出机混炼段的剪切、拉伸和分流作用，使阻燃微粒均匀分布于聚丙烯连续相内部，并与lldpe、poe增韧相形成复合分散结构；

27、当阻燃组分在熔体内部均匀分散时，浓度波动降低，阻燃分散指数提高，有利于形成连续稳定的阻燃保护体系；

28、s404：阻燃增韧协同混炼：将含有阻燃组分的熔体继续进行混炼，使阻燃微粒、增韧弹性相及聚丙烯基体之间形成稳定的多相结构，通过阻燃相与增韧相协同作用，提高材料的综合性能；

29、s405：阻燃增韧混合熔体形成：将经过充分混炼后的熔体输送至均化区域，使阻燃母粒、色母粒及抗滴落剂均匀分布于聚丙烯/lldpe/poe复合体系中，形成结构稳定的阻燃增韧混合熔体，并输送至s5进行在线稳定化调控。

30、优选地，所述s5的具体逻辑步骤如下：

31、s501：熔体状态参数采集：通过安装于双螺杆挤出机上的压力传感器、温度传感器及扭矩传感器，实时采集熔体压力、熔体温度及主机扭矩，建立熔体运行状态数据集；

32、s502：熔体稳定状态评价：根据采集得到的熔体压力、熔体温度及主机扭矩，计算各参数相对于目标值的偏差；

33、s503：工艺参数调整：根据综合稳定指数，对螺杆转速及喂料速度进行修正，通过同步调整螺杆转速和喂料速度，使熔体压力、温度及扭矩恢复至稳定工作区间；

34、s504：调控结果验证：完成工艺参数调整后，继续实时采集熔体状态数据，并重新计算综合稳定指数；

35、s505：稳定熔体输出：将经在线稳定化调控后的阻燃增韧混合熔体保持连续稳定输送，并进入s6真空排气及冷却造粒工序，为后续制备阻燃增韧聚丙烯复合材料提供稳定的熔体条件。

36、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

37、通过构建由聚丙烯树脂、阻燃母粒、线性低密度聚乙烯、聚烯烃弹性体、抗滴落剂及抗氧剂组成的复合配方体系，并采用基体预混、增韧熔融共混、阻燃协同分散的分阶段生产工艺，使增韧组分优先在聚丙烯基体中形成均匀分散相，再将阻燃组分引入复合体系，有效减少阻燃组分与增韧组分之间的相互干扰，提高各组分在聚丙烯基体中的分散均匀性和界面结合性能，在保证材料阻燃性能的同时，提高材料的冲击韧性及综合力学性能，实现阻燃性能与增韧性能的协同提升；

38、通过在生产过程中设置在线稳定化调控工艺，实时采集挤出机熔体压力、熔体温度及主机扭矩等加工参数，并根据熔体运行状态对螺杆转速及喂料速度进行动态调节，使熔体始终保持稳定混炼状态，再结合双级真空排气及冷却造粒工艺，有效降低加工过程中因原料波动或工艺变化引起的熔体不稳定、组分分散不均及热降解等问题，提高复合材料加工过程的稳定性和产品批次一致性，进一步保证阻燃增韧聚丙烯复合材料的综合性能和生产可靠性。

39、本发明通过合理构建聚丙烯树脂、阻燃母粒、线性低密度聚乙烯、聚烯烃弹性体、抗滴落剂及抗氧剂组成的复合配方体系，并结合基体预混、增韧熔融共混、阻燃协同分散、在线稳定化调控及真空排气造粒等工艺步骤，使阻燃组分和增韧组分能够在聚丙烯基体中均匀分散并形成稳定的复合结构，有效兼顾材料的阻燃性能和冲击韧性，另外通过对熔体压力、熔体温度及主机扭矩等加工参数进行实时监测和动态调控，提高了熔体混炼稳定性和产品批次一致性，降低了加工过程中的热降解及组分分散不均现象，从而提升了阻燃增韧聚丙烯复合材料的综合力学性能、加工稳定性及生产可靠性。