阅读说明：本技术 一种高强度阻燃型橡塑材料的制备方法 (Preparation method of high-strength flame-retardant rubber and plastic material ) 是由 谢志平 于 2020-04-17 设计创作，主要内容包括：本发明属于橡塑材料制备技术领域,具体涉及一种高强度阻燃型橡塑材料的制备方法。首先将棉花与盐酸混合,后将反应溶液与聚丙烯、橡胶以及其它物料混合,密炼再用双螺杆挤出机挤出、干燥即得高强度阻燃型橡塑材料,本发明将棉花经过酸液浸泡和碱液反应,使其中的纤维成分断裂,在纤维成分中增加羧基、羟基以及其它有机官能团数量,提高纤维对橡塑材料中各成分之间的粘结程度,提高力学强度和柔韧性,利用络合作用吸附铝离子成分,增强橡塑材料的柔韧性和力学强度；将二氧化硅和铝离子引入棉花纤维中,利用纤维成分分散于橡塑材料中,结合二氧化硅分子刚性和热稳定性,包覆橡塑材料中各成分后提高了力学性能和阻燃性能,具有广阔的应用前景。(The invention belongs to the technical field of rubber and plastic material preparation, and particularly relates to a preparation method of a high-strength flame-retardant rubber and plastic material. Firstly, mixing cotton and hydrochloric acid, then mixing a reaction solution with polypropylene, rubber and other materials, banburying, extruding by using a double-screw extruder, and drying to obtain the high-strength flame-retardant rubber-plastic material; the silicon dioxide and aluminum ions are introduced into the cotton fiber, fiber components are dispersed in the rubber plastic material, and the mechanical property and the flame retardant property are improved after the components in the rubber plastic material are coated by combining the rigidity and the thermal stability of silicon dioxide molecules, so that the cotton fiber has a wide application prospect.)

一种高强度阻燃型橡塑材料的制备方法

技术领域

本发明属于橡塑材料制备技术领域，具体涉及一种高强度阻燃型橡塑材料的制备方法。

背景技术

橡塑是橡胶和塑料产业的统称，它们都是石油的附属产品，它们在来源上都是一样的，不过，在制成产品的过程里，物性却不一样，用途更是不同，橡胶用的广的就是轮胎，塑料在随着技术和市场的需求和用途越来越是广泛，在日常生活里头已经离不开了。橡塑材料因其化学结构的独特性，属于易燃产品，在燃烧过程中产生融滴。

简单的说，塑料与橡胶最本质的区别在于塑料发生形变时塑性变形，而橡胶是弹性变形。换句话说，塑料变形后不容易恢复原状态，而橡胶相对来说就容易得多。塑料的弹性是很小的，通常小于100%，而橡胶可以达到1000%甚至更多。塑料在成型上绝大多数成型过程完毕产品过程也就完毕；而橡胶成型过程完毕后还得需要硫化过程。

塑料与橡胶同属于高分子材料，主要由碳和氢两种原子组成，其性能特殊，用途也特别。在常温下塑料是固态，很硬，不能拉伸变形。而橡胶硬度不高，有弹性，可拉伸变长，停止拉伸又可回复原状。这是由于它们的分子结构不同造成的。另一不同点是塑料可以多次回收重复使用，而橡胶则不能直接回收使用，只能经过加工制成再生胶，然后才可用。塑料在100多度至200度时的形态与橡胶在60至100度时的形态相似，塑料不包括橡胶。

形状记忆材料同时具备塑料和橡胶的共性，在常温范围内具有塑料的性质，即硬性、形状稳定恢复性，同时在一定温度下具有橡胶的特性，一般高分子材料在其玻璃化转变温度附近，机械性能会发生明显变化。耳机制品如线材用大多数为塑胶材料，其耐折性、弹性还不够，不耐老化，长期使用会变硬、不易回复形状，产品弹性和柔软性不足。随着人民生活水平的日益提高，对一些日常的生活用品提出了更高的要求，现在越来越多的人们热爱体育锻炼，目前，市场上有各种各样的运动鞋，但在鞋底的柔软度与弹性方面均存在一些不足，因而具有进一步改善的空间，且橡塑材料在低温环境下易发生硬化甚至龟裂等现象。汽车档位防尘罩的主要功能为防止灰尘、水分等进入档位调节机统内，对挡杆产生锈蚀。热塑性硫化橡胶具有良好的弹性和耐压缩变形性，耐环境、耐老化性相当于乙丙橡胶，同时其耐油耐溶剂性能与通用型氯丁橡胶不相上下。热塑性硫化橡胶体可在－60℃-135℃温度范围内使用，热塑性硫化橡胶体使用时不需要硫化，可直接通过吹塑等方式加工成型，能缩短加工工艺流程，降低加工成本。目前市场上主流档位防尘罩产品均使用热塑性硫化橡胶材料。市场上现有的防尘罩的强度、阻燃以及柔韧性能相对较差，还不能满足汽车转向防尘罩的性能要求。

目前橡塑材料存在：柔韧性一般、力学性能不佳、阻燃性能较差等问题。

因此，发明一种优良的橡塑材料对橡塑材料制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前橡塑材料柔韧性差、力学性能不佳以及阻燃性能差的缺陷，提供了一种高强度阻燃型橡塑材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高强度阻燃型橡塑材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

将反应溶液、聚丙烯、三元乙丙橡胶、过氧化二异丙苯、滑石粉、油酸酰胺投入搅拌釜中混合均匀，混合后投入密炼机中密炼，密炼后投入双螺杆挤出机中挤出、干燥制得高强度阻燃型橡塑材料；

所述的反应溶液的具体制备步骤为：

（1）将有机纤维产物与质量分数为8～12%的氢氧化钠溶液投入反应釜中，将反应釜密闭，向反应釜内冲入氮气，将釜内气压升高至1.2～1.4MPa，升高反应釜内温度至140～150℃，恒温恒压反应40～60min制得热反应物；

（2）向反应釜中加入二氧化硅粉末，继续将反应釜密闭，升高反应釜内温度至130～150℃，恒温条件下用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得反应产物，将反应产物与质量分数为10～15%的乙酸溶液投入烧杯中混合均匀制得预制混合液；

（3）向烧杯中加入氯化铝粉末，将烧杯投入超声振荡仪中，在频率为40～42kHz的条件下振荡2～3h，向烧杯中滴加质量分数为70～90%的硫酸溶液调节pH值至2～3，用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌60～80min，向烧杯中滴加质量分数为8～10%的氢氧化钠溶液调节pH值至5～6制得反应溶液；

所述的有机纤维产物的具体制备步骤为：

（1）将棉花与质量分数为6～10%的盐酸投入三口烧瓶中，将三口烧瓶密封并置于电阻加热套中，将加热套内温度升高至100～110℃，恒温条件下用搅拌器以100～120r/min的转速搅拌40～50min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次制得反应物料；

（2）将反应物料与二甲苯投入反应釜中，升高反应釜内温度至50～60℃，用搅拌装置以300～400r/min的转速搅拌50～60min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗滤饼3～5次，将滤饼投入烘箱中，在温度为90～100℃的条件下干燥2～3h制得有机纤维产物。

优选的按重量份数计，所述的反应溶液为12～14份、聚丙烯为50～55份、三元乙丙橡胶为45～50份、过氧化二异丙苯为1～2份、滑石粉为1.2～1.6份、油酸酰胺为2～4份。

反应溶液的具体制备步骤（1）中所述的有机纤维产物与质量分数为8～12%的氢氧化钠溶液的质量比为1：10。

反应溶液的具体制备步骤（2）中所述的向反应釜中加入的二氧化硅粉末的质量为热反应物质量的2～4%。

反应溶液的具体制备步骤（2）中所述的反应产物与质量分数为10～15%的乙酸溶液的质量比为1：10。

反应溶液的具体制备步骤（3）中所述的向烧杯中加入的氯化铝粉末的质量为预制混合液质量的1.5～2.0%。

有机纤维产物的具体制备步骤（1）中所述的棉花与质量分数为6～10%的盐酸的质量比为1：10。

有机纤维产物的具体制备步骤（2）中所述的反应物料与二甲苯的质量比为1：10。

本发明的有益技术效果是：

（1）本发明首先将棉花与盐酸混合，高温加热制得反应物料，随后将反应物料与二甲苯混合，混合后过滤得到滤饼，将滤饼烘干后与碱液混合进行高温高压反应制得热反应物，随后向热反应物中加入二氧化硅粉末，进行加热反应，反应后滴加乙酸溶液制得预制混合液，再向预制混合液中加入氯化铝振荡混合再低价碱液调节pH值制得反应溶液，随后将反应溶液与聚丙烯、橡胶以及其它物料混合，密炼再用双螺杆挤出机挤出、干燥即得高强度阻燃型橡塑材料，本发明将棉花经过酸液浸泡和碱液反应，以及高温高压反应使棉花分解，使其中的纤维成分断裂，分子链长度缩短，同时在纤维成分中增加羧基、羟基以及其它有机官能团数量，从而提高纤维对橡塑材料中各成分之间的粘结程度，分散于橡塑材料中有利于提高橡塑材料的粘结性能和内部结构强度，从而提高橡塑材料的力学强度和柔韧性，同时纤维材料中加入铝离子成分，利用络合作用吸附铝离子成分，从而进一步提高纤维材料的力学强度和机械强度，从而提高橡塑材料的结构强度，增强橡塑材料的柔韧性和力学强度；

（2）本发明将二氧化硅和铝离子引入棉花纤维中，利用碱液处理使二氧化硅溶液生成硅酸盐成分，游离于纤维成分中，再经过pH值调节生成硅酸成分，在高温处理后使硅酸分解，生成二氧化硅分子，重新生成的二氧化硅分子高度分散于纤维成分中，利用纤维成分分散于橡塑材料中，结合二氧化硅分子本身良好的刚性和热稳定性，包覆橡塑材料中各成分后提高了橡塑材料的力学性能和阻燃性能，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

将棉花与质量分数为6～10%的盐酸按质量比为1：10投入三口烧瓶中，将三口烧瓶密封并置于电阻加热套中，将加热套内温度升高至100～110℃，恒温条件下用搅拌器以100～120r/min的转速搅拌40～50min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次制得反应物料；将上述反应物料与二甲苯按质量比为1：10投入反应釜中，升高反应釜内温度至50～60℃，用搅拌装置以300～400r/min的转速搅拌50～60min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗滤饼3～5次，将滤饼投入烘箱中，在温度为90～100℃的条件下干燥2～3h制得有机纤维产物；将上述有机纤维产物与质量分数为8～12%的氢氧化钠溶液按质量比为1：10投入反应釜中，将反应釜密闭，向反应釜内冲入氮气，将釜内气压升高至1.2～1.4MPa，升高反应釜内温度至140～150℃，恒温恒压反应40～60min制得热反应物；向上述反应釜中加入热反应物质量2～4%的二氧化硅粉末，继续将反应釜密闭，升高反应釜内温度至130～150℃，恒温条件下用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得反应产物，将反应产物与质量分数为10～15%的乙酸溶液按质量比为1：10投入烧杯中混合均匀制得预制混合液；向上述烧杯中加入预制混合液质量1.5～2.0%的氯化铝粉末，将烧杯投入超声振荡仪中，在频率为40～42kHz的条件下振荡2～3h，向烧杯中滴加质量分数为70～90%的硫酸溶液调节pH值至2～3，用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌60～80min，向烧杯中滴加质量分数为8～10%的氢氧化钠溶液调节pH值至5～6制得反应溶液；按重量份数计，将12～14份上述反应溶液、50～55份聚丙烯、45～50份三元乙丙橡胶、1～2份过氧化二异丙苯、1.2～1.6份滑石粉、2～4份油酸酰胺投入搅拌釜中混合均匀，混合后投入密炼机中密炼，密炼后投入双螺杆挤出机中挤出、干燥制得高强度阻燃型橡塑材料。

实施例1

反应物料的制备：

将棉花与质量分数为6%的盐酸按质量比为1：10投入三口烧瓶中，将三口烧瓶密封并置于电阻加热套中，将加热套内温度升高至100℃，恒温条件下用搅拌器以100r/min的转速搅拌40min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3次制得反应物料；

有机纤维产物的制备：

将上述反应物料与二甲苯按质量比为1：10投入反应釜中，升高反应釜内温度至50℃，用搅拌装置以300r/min的转速搅拌50min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗滤饼3次，将滤饼投入烘箱中，在温度为90℃的条件下干燥2h制得有机纤维产物；

热反应物的制备：

将上述有机纤维产物与质量分数为8%的氢氧化钠溶液按质量比为1：10投入反应釜中，将反应釜密闭，向反应釜内冲入氮气，将釜内气压升高至1.2MPa，升高反应釜内温度至140℃，恒温恒压反应40min制得热反应物；

预制混合液的制备：

向上述反应釜中加入热反应物质量2%的二氧化硅粉末，继续将反应釜密闭，升高反应釜内温度至130℃，恒温条件下用搅拌器以500r/min的转速搅拌30min制得反应产物，将反应产物与质量分数为10%的乙酸溶液按质量比为1：10投入烧杯中混合均匀制得预制混合液；

反应溶液的制备：

向上述烧杯中加入预制混合液质量1.5%的氯化铝粉末，将烧杯投入超声振荡仪中，在频率为40kHz的条件下振荡2h，向烧杯中滴加质量分数为70%的硫酸溶液调节pH值至2，用搅拌器以500r/min的转速搅拌60min，向烧杯中滴加质量分数为8%的氢氧化钠溶液调节pH值至5制得反应溶液；

高强度阻燃型橡塑材料的制备：

按重量份数计，将12份上述反应溶液、50份聚丙烯、45份三元乙丙橡胶、1份过氧化二异丙苯、1.2份滑石粉、2份油酸酰胺投入搅拌釜中混合均匀，混合后投入密炼机中密炼，密炼后投入双螺杆挤出机中挤出、干燥制得高强度阻燃型橡塑材料。

实施例2

反应物料的制备：

将棉花与质量分数为8%的盐酸按质量比为1：10投入三口烧瓶中，将三口烧瓶密封并置于电阻加热套中，将加热套内温度升高至105℃，恒温条件下用搅拌器以110r/min的转速搅拌45min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣4次制得反应物料；

有机纤维产物的制备：

将上述反应物料与二甲苯按质量比为1：10投入反应釜中，升高反应釜内温度至55℃，用搅拌装置以350r/min的转速搅拌55min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗滤饼4次，将滤饼投入烘箱中，在温度为95℃的条件下干燥2.5h制得有机纤维产物；

热反应物的制备：

将上述有机纤维产物与质量分数为10%的氢氧化钠溶液按质量比为1：10投入反应釜中，将反应釜密闭，向反应釜内冲入氮气，将釜内气压升高至1.3MPa，升高反应釜内温度至145℃，恒温恒压反应50min制得热反应物；

预制混合液的制备：

向上述反应釜中加入热反应物质量3%的二氧化硅粉末，继续将反应釜密闭，升高反应釜内温度至140℃，恒温条件下用搅拌器以550r/min的转速搅拌35min制得反应产物，将反应产物与质量分数为12.5%的乙酸溶液按质量比为1：10投入烧杯中混合均匀制得预制混合液；

反应溶液的制备：

向上述烧杯中加入预制混合液质量1.75%的氯化铝粉末，将烧杯投入超声振荡仪中，在频率为41kHz的条件下振荡2.5h，向烧杯中滴加质量分数为80%的硫酸溶液调节pH值至2.5，用搅拌器以550r/min的转速搅拌70min，向烧杯中滴加质量分数为9%的氢氧化钠溶液调节pH值至5.5制得反应溶液；

高强度阻燃型橡塑材料的制备：

按重量份数计，将13份上述反应溶液、52.5份聚丙烯、47.5份三元乙丙橡胶、1.5份过氧化二异丙苯、1.4份滑石粉、3份油酸酰胺投入搅拌釜中混合均匀，混合后投入密炼机中密炼，密炼后投入双螺杆挤出机中挤出、干燥制得高强度阻燃型橡塑材料。

实施例3

反应物料的制备：

将棉花与质量分数为10%的盐酸按质量比为1：10投入三口烧瓶中，将三口烧瓶密封并置于电阻加热套中，将加热套内温度升高至110℃，恒温条件下用搅拌器以120r/min的转速搅拌50min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣5次制得反应物料；

有机纤维产物的制备：

将上述反应物料与二甲苯按质量比为1：10投入反应釜中，升高反应釜内温度至60℃，用搅拌装置以400r/min的转速搅拌60min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗滤饼5次，将滤饼投入烘箱中，在温度为100℃的条件下干燥3h制得有机纤维产物；

热反应物的制备：

将上述有机纤维产物与质量分数为12%的氢氧化钠溶液按质量比为1：10投入反应釜中，将反应釜密闭，向反应釜内冲入氮气，将釜内气压升高至1.4MPa，升高反应釜内温度至150℃，恒温恒压反应60min制得热反应物；

预制混合液的制备：

向上述反应釜中加入热反应物质量4%的二氧化硅粉末，继续将反应釜密闭，升高反应釜内温度至150℃，恒温条件下用搅拌器以600r/min的转速搅拌40min制得反应产物，将反应产物与质量分数为15%的乙酸溶液按质量比为1：10投入烧杯中混合均匀制得预制混合液；

反应溶液的制备：

向上述烧杯中加入预制混合液质量2.0%的氯化铝粉末，将烧杯投入超声振荡仪中，在频率为42kHz的条件下振荡3h，向烧杯中滴加质量分数为90%的硫酸溶液调节pH值至3，用搅拌器以600r/min的转速搅拌80min，向烧杯中滴加质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节pH值至6制得反应溶液；

高强度阻燃型橡塑材料的制备：

按重量份数计，将14份上述反应溶液、55份聚丙烯、50份三元乙丙橡胶、2份过氧化二异丙苯、1.6份滑石粉、4份油酸酰胺投入搅拌釜中混合均匀，混合后投入密炼机中密炼，密炼后投入双螺杆挤出机中挤出、干燥制得高强度阻燃型橡塑材料。

对比例1与实例1的制备方法基本相同，区别在于缺少预制混合液。

对比例2与实例1的制备方法基本相同，区别在于缺少反应溶液。

对比例3常州某公司生产的橡塑材料。

分别对本发明和对比例中的橡塑材料进行性能检测，检测结果如表1所示：

检测方法：

拉伸强度参照HG/T3747.2-2004的标准进行检测。

断裂伸长率参照HG/T3747.2-2004的标准进行检测。

弹性参照HG/T3747.2-2004的标准进行检测。

压缩歪采用符合标准GB/T7759的永久压缩歪度测试仪，将实施例和对比例放置于50℃的环境下，6h后进行检测。

极限氧指数参照GBT24093的标准进行检测。

防火等级UL94：

塑料阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-0逐级递增：

HB：UL94标准中最低的阻燃等级。要求对于3到13毫米厚的样品，燃烧速度小于40毫米每分钟；小于3毫米厚的样品，燃烧速度小于70毫米每分钟；或者在100毫米的标志前熄灭；

V-2：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在30秒内熄灭。可以引燃30cm下方的药棉；

V-1：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在30秒内熄灭。不能引燃30cm下方的药棉；

V-0：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在10秒内熄灭。不能有燃烧物掉下。

表1橡塑材料性能测定结果

测试项目	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3
							拉伸强度（MPa）	1308	1315	1318	820	850	910
断裂伸长率（%）	469	476	482	225	246	274
							弹性（%）	71	73	75	36	39	45
压缩歪（%）	15.5	15.3	15.1	45.3	42.6	39.6
							极限氧指数（%）	27.3	27.9	28.3	24.6	25.1	25.5
防火等级	V-0	V-0	V-0	V-1	V-1	V-1

通过表1能够看出，本发明制备的高强度阻燃型橡塑材料，柔韧性较好、力学性较好以及极限氧指数较高，防火等级较高，有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。