一种耐高温阻燃材料及其制备方法与应用

文档序号:183134 发布日期:2021-11-02 浏览:31次 >En<

阅读说明:本技术 一种耐高温阻燃材料及其制备方法与应用 (High-temperature-resistant flame-retardant material and preparation method and application thereof ) 是由 谢君 孙兴旺 赵培 于 2021-08-02 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种耐高温阻燃材料及其制备方法与应用,属于材料技术领域。按重量份数计,其制备原料包括5-15份三元共聚物-二烯烃、4-8份高密度聚乙烯、5-12份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、2-8份增塑剂、10-16份阻燃剂、0.3-0.7份分散剂、0.8-1.4份抗氧剂及0.2-0.8份着色剂等。该材料具有较强的耐高温和阻燃性能,经其制备得到的产品尤其是汽车电机罩,能在130℃处理96h或者120℃处理200h的条件下有效维持产品形状,具有较高的抗老化性能且能达到A0阻燃标准。该耐高温阻燃材料的制备方法简单,易操作。相应的汽车电机罩的制备方法不需要发泡,且只需使用一个模具,可减少浪费和人工投入。(The invention discloses a high-temperature-resistant flame-retardant material, and a preparation method and application thereof, and belongs to the technical field of materials. The preparation raw materials comprise, by weight, 5-15 parts of terpolymer-diene, 4-8 parts of high-density polyethylene, 5-12 parts of low-melt-index block copolymer polypropylene, 2-8 parts of plasticizer, 10-16 parts of flame retardant, 0.3-0.7 part of dispersant, 0.8-1.4 parts of antioxidant, 0.2-0.8 part of colorant and the like. The material has strong high temperature resistance and flame retardant property, and the product prepared by the material, especially the automobile motor cover, can effectively maintain the shape of the product under the condition of 96h treatment at 130 ℃ or 200h treatment at 120 ℃, has high aging resistance and can reach the flame retardant standard of A0. The preparation method of the high-temperature resistant flame-retardant material is simple and easy to operate. The corresponding preparation method of the automobile motor cover does not need foaming, only needs one mould, and can reduce waste and labor input.)

一种耐高温阻燃材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及材料技术领域,具体而言,涉及一种耐高温阻燃材料及其制备方法与应用。

背景技术

电机罩是汽车电机产品上的重要组件,其主要用于容纳电机以对电机起到一定的保护作用。

但汽车领域普遍使用的电机罩耐高温性能较差,无法满足目前汽车电机罩的越来越高的耐高温要求,同时,目前普遍适用的电机罩阻燃效果不佳。

鉴于此,特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种耐高温阻燃材料,该材料能够同时起到较佳的耐高温和阻燃效果。

本发明的目的之二在于提供一种耐高温阻燃材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种上述耐高温阻燃材料的应用。

本发明的目的之四在于提供一种由上述耐高温阻燃材料制得的汽车电机罩。

本发明可这样实现:

第一方面,本发明提供一种耐高温阻燃材料,按重量份数计,其制备原料包括5-15份三元共聚物-二烯烃、4-8份高密度聚乙烯、5-12份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、2-8份增塑剂、10-16份阻燃剂、0.3-0.7份分散剂、0.8-1.4份抗氧剂、0.2-0.8份着色剂、2-4份偶联剂、1-3份润滑剂以及45-55份填充料。

在优选的实施方式中,制备原料包括8-12份三元共聚物-二烯烃、5-7份高密度聚乙烯、6-10份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、4-6份增塑剂、12-15份阻燃剂、0.4-0.6份分散剂、0.9-1.2份抗氧剂、0.4-0.6份着色剂、2.5-3.5份偶联剂、1.5-2.5份润滑剂以及48-52份填充料。

在更优的实施方式中,制备原料包括10份三元共聚物-二烯烃、6份高密度聚乙烯、8份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、5份增塑剂、14份阻燃剂、0.5份分散剂、1份抗氧剂、0.5份着色剂、3份偶联剂、2份润滑剂以及50份填充料。

在可选的实施方式中,三元共聚物-二烯烃包括牌号为4725P、1703P、3702、5601、7001和9301中的至少一种。

在可选的实施方式中,高密度聚乙烯包括牌号为5200B、5301B、5000S、3300F、6000F、MH502、MH602和MH702中的至少一种。

在可选的实施方式中,低熔融指数嵌段共聚聚丙烯包括牌号为T30S、PP022、HP550J、F501、H5300、K8003、Y-130、F79S、3365和5014中的至少一种。

在可选的实施方式中,阻燃剂包括无机阻燃剂和卤系阻燃剂中的至少一种。

在可选的实施方式中,阻燃剂为无机阻燃剂。

在可选的实施方式中,无机阻燃剂包括氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种。

在优选的实施方式中,阻燃剂包括重量比为1:0.8-1.2的氢氧化铝和氢氧化镁。

在更优的实施方式中,氢氧化铝包括牌号为Space Rite S-3、Space Rite S-11和Space Rite S-23中的至少一种,或,氢氧化镁包括牌号包括Magshields S和MagshieldsM中的至少一种。

在可选的实施方式中,分散剂包括硬脂酸和硬脂酸钙中的至少一种。

在优选的实施方式中,分散剂包括重量比为0.25:0.2-0.3的硬脂酸和硬脂酸钙。

在更优的实施方式中,硬脂酸包括牌号为1830、1831、1838和1839中的至少一种,或,硬脂酸钙包括牌号为BS-3818和CSP-501中的至少一种。

在可选的实施方式中,增塑剂包括聚乙烯蜡;更优地,聚乙烯蜡包括牌号为100、200、300和500中的至少一种。

在可选的实施方式中,抗氧剂包括牌号为168/1010、215和225中的至少一种。

在可选的实施方式中,着色剂包括炭黑。

在优选的实施方式中,炭黑包括牌号为N219、N220、N231和N299中的至少一种。

在可选的实施方式中,偶联剂包括硅烷偶联剂。

在优选的实施方式中,硅烷偶联剂包括牌号为KH530、KH570、KH792、KH561、KH560、KH550、KH470、A186、A174、A1120、A1871、A187和A1100中的至少一种。

在可选的实施方式中,润滑剂包括白油,优选为工业级白油。

在优选的实施方式中,工业级白油包括牌号为3、5、7、10、15、32和68中的至少一种。

在可选的实施方式中,填充料包括碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。

在优选的实施方式中,填充料的目数为350-450目。

第二方面,本发明提供如前述实施方式任一项的耐高温阻燃材料的制备方法,包括以下步骤:将按配比混合后的制备原料于挤出机中进行挤出成型。

在可选的实施方式中,挤出成型采用双螺杆和单螺杆结合的方式或双螺杆和熔体棒结合的方式进行。

在可选的实施方式中,挤出成型采用双螺杆和单螺杆结合的方式,双螺杆具有6个温区,第一温区和第二温区的温度为155-165℃,第六温区的温度为85-95℃,其余温区的温度为120-140℃;单螺杆的工作温度均为90-120℃。

在优选的实施方式中,双螺杆的第一温区和第二温区的温度为160℃,第六温区的温度为90℃,其余温区的温度为120-130℃。

在可选的实施方式中,双螺杆挤出过程中,真空排气段到熔体泵之间的压力为1.7-2.2MPa。

在可选的实施方式中,挤出成型还包括对挤出后的材料进行冷却。

在可选的实施方式中,冷却过程中,冷却辊所对应的电机的电流为95-115A。

在可选的实施方式中,冷却过程包括三个冷却阶段,三个冷却阶段的冷却温度分别为55-65℃、38-42℃以及25-35℃,三个冷却阶段的冷却时间分别为5-10s、15-20s以及55-65s。

第三方面,本发明提供如前述实施方式任一项的耐高温阻燃材料的应用,例如可用于汽车、空调、高铁或建筑中。

在可选的实施方式中,耐高温阻燃材料用于制备汽车电机罩。

第四方面,本发明提供一种汽车电机罩,其由前述实施方式任一项的耐高温阻燃材料制得。

第五方面,本发明提供如前述实施方式任一项的汽车电机罩的制备方法,包括以下步骤:将前述实施方式的耐高温阻燃材料于汽车电机罩的模具中成型成所需形状。

在可选的实施方式中,模具的数量为1个。

在可选的实施方式中,模具边缘的温度高于模具中间的温度。

本申请的有益效果包括:

本申请通过将三元共聚物-二烯烃、高密度聚乙烯、低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、增塑剂、阻燃剂、分散剂、抗氧剂、着色剂、偶联剂、润滑剂以及填充料按本申请提供的配比配合,可使得到的材料具有较强的耐高温和阻燃性能,经其制备得到的产品尤其是汽车电机罩,能在130℃处理96h或者120℃处理200h的条件下有效维持产品形状,具有较高的抗老化性能且能达到A0阻燃标准。上述耐高温阻燃材料以及汽车电机罩的制备方法均较为简单,易操作,适于工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1至图10为试验例1中各测试样品进行阻燃、断裂、直角撕裂、裤型撕裂、硬度以及热收缩率方面的性能测试图;

图11至图19为试验例2中各测试样品进行耐热老化性、耐冷热交变性、耐低温冲击性和耐高温性方面的性能测试图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请提供的耐高温阻燃材料及其制备方法与应用进行具体说明。

本申请提出一种耐高温阻燃材料,按重量份数计,其制备原料包括5-15份三元共聚物-二烯烃、4-8份高密度聚乙烯、5-12份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、2-8份增塑剂、10-16份阻燃剂、0.3-0.7份分散剂、0.8-1.4份抗氧剂、0.2-0.8份着色剂、2-4份偶联剂、1-3份润滑剂以及45-55份填充料。

可参考地,三元共聚物-二烯烃具体可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等,也可以为5-15份范围内的其它任意重量份数值。

高密度聚乙烯可以为4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份或8份等,也可以为4-8份范围内的其它任意重量份数值。

低熔融指数嵌段共聚聚丙烯可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份或12份等,也可以为5-12份范围内的其它任意重量份数值。

增塑剂可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份或8份等,也可以为2-8份范围内的其它任意重量份数值。

阻燃剂可以为10份、10.5份、11份、11.5份、12份、12.5份、13份、13.5份、14份、14.5份、15份、15.5份或16份等,也可以为10-16份范围内的其它任意重量份数值。

分散剂可以为0.3份、0.35份、0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份、0.65份或0.7份等,也可以为0.3-0.7份范围内的其它任意重量份数值。

抗氧剂可以为0.8份、0.85份、0.9份、0.95份、1份、1.05份、1.1份、1.15份、1.2份、1.25份、1.3份、1.35份或1.4份等,也可以为0.8-1.4份范围内的其它任意重量份数值。

着色剂可以为0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份、0.65份、0.7份、0.75份或0.8份等,也可以为0.2-0.8份范围内的其它任意重量份数值。

偶联剂可以为2份、2.5份、3份、3.5份或4份等,也可以为2-4份范围内的其它任意重量份数值。

润滑剂可以为1份、1.5份、2份、2.5份或3份等,也可以为1-3份范围内的其它任意重量份数值。

填充料可以为45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份或55份等,也可以为45-55份范围内的其它任意重量份数值。

在优选的实施方式中,制备原料包括8-12份三元共聚物-二烯烃、5-7份高密度聚乙烯、6-10份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、4-6份增塑剂、12-15份阻燃剂、0.4-0.6份分散剂、0.9-1.2份抗氧剂、0.4-0.6份着色剂、2.5-3.5份偶联剂、1.5-2.5份润滑剂以及48-52份填充料。

在更优的实施方式中,制备原料包括10份三元共聚物-二烯烃、6份高密度聚乙烯、8份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、5份增塑剂、14份阻燃剂、0.5份分散剂、1份抗氧剂、0.5份着色剂、3份偶联剂、2份润滑剂以及50份填充料。

值得说明的是,本申请提供的各成分可在上述范围内自由组合,但优选上述各成分组合后总重量份数为100份,此外,也不排除可额外添加其它材料的情况。

本申请中,三元共聚物-二烯烃(EPDM)又可称“乙烯-丙烯-非共轭二烯烃三元共聚物”,其具有耐高温和耐腐蚀的特点。在优选地实施方式中,本申请所用的三元共聚物-二烯烃包括牌号为4725P、1703P、3702、5601、7001和9301中的至少一种。通过采用上述牌号的合成类三元共聚物-二烯烃比传统天然橡胶类EPDM的寿命更长,能耐175℃的温度。

高密度聚乙烯(HDPE)主要用于辅助增加产品的延展性和强度,对材料刚性和韧性的平衡起到调节和缓冲的作用。值得说明的是,若制备原料中仅使用低熔融指数嵌段共聚聚丙烯而不使用高密度聚乙烯时,会导致材料强度(刚性)高且韧性脆,容易开裂。在优选地实施方式中,本申请所用的高密度聚乙烯包括牌号为5200B、5301B、5000S、3300F、6000F、MH502、MH602和MH702中的至少一种。

低熔融指数嵌段共聚聚丙烯是通过在单一的丙烯聚合后除去未反应的丙烯,再与乙烯聚合而得,其实际是由聚丙烯、聚乙烯和末端嵌段共聚物组合而成的混合物,其一方面能够具有一定程度的刚性,另一方面又提高了聚丙烯的抗冲击性能(尤其是低温抗冲击性能)。在优选地实施方式中,本申请所用的低熔融指数嵌段共聚聚丙烯包括牌号为T30S、PP022、HP550J、F501、H5300、K8003、Y-130、F79S、3365和5014中的至少一种。上述低熔融指数嵌段共聚聚丙烯可与EPDM以及高密度聚乙烯有效结合并进行分子链的重新排布,提高材料的强度。

本申请中,增塑剂包括聚乙烯蜡。在优选地实施方式中,本申请所用的聚乙烯蜡包括牌号为100、200、300和500中的至少一种。值得说明的是,本申请中增塑剂不能采用普通的注塑成型用增塑剂,否则无法满足本申请所要求的吸塑成型要求。

阻燃剂可包括无机阻燃剂和卤系阻燃剂中的至少一种。在优选的实施方式中,阻燃剂为无机阻燃剂,具体包括氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种。可参考地,阻燃剂包括重量比为1:0.8-1.2(如1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1或1:1.2等)的氢氧化铝和氢氧化镁。在优选地实施方式中,本申请所用的氢氧化铝包括牌号为Space Rite S-3、Space Rite S-11和Space Rite S-23中的至少一种,氢氧化镁包括牌号包括Magshields S和MagshieldsM中的至少一种。

通过以氢氧化铝和氢氧化镁复合作为阻燃剂,能够在较低的成本条件下有效提高材料的耐燃性,通过按上述配比将二者配合并与本申请的其它原料配合,可使最终得到的耐高温阻燃材料满足A-0阻燃级别的要求;而采用卤系阻燃剂一方面会大大增加生产成本,降低经济效益,另一方面其阻燃效果只能达到常规的单位时间内离火至熄的要求。具体的,传统汽车行业要求100s内离火至熄,现有的汽车相应部位的材料大多仅能满足70-80s内实现离火至熄,而本申请提供的上述材料能够实现在15s内离火至熄。

本申请中,分散剂可包括硬脂酸和硬脂酸钙中的至少一种。可参考地,分散剂包括重量比为0.25:0.2-0.3(如0.25:0.2、0.25:0.25或0.25:0.3等)的硬脂酸和硬脂酸钙。在优选的实施方式中,硬脂酸包括牌号为1830、1831、1838和1839中的至少一种,硬脂酸钙包括牌号为BS-3818和CSP-501中的至少一种。

本申请中,抗氧剂可包括牌号为168/1010(此处的“168/1010指氧化剂168和氧化剂1010复合而成”)、215和225中的至少一种,也即本申请所用的抗氧剂均为复合型抗氧剂。正常环境中,紫外线照射或高温以及汽车在正常行驶过程中产生的振动等均会加速材料老化,而本申请中的抗氧剂可阻隔一部分氧气,起到分散和对外层进行保护的作用,避免外层材料发生分解和氧化还原反应,有效延长材料的寿命。

本申请中,着色剂可包括炭黑,此外,也可根据需要,采用其它着色剂。在优选的实施方式中,炭黑包括牌号为N219、N220、N231和N299中的至少一种。

本申请中,偶联剂包括硅烷偶联剂,其主要起到偶联和塑化作用。在优选的实施方式中,硅烷偶联剂包括牌号为KH530、KH570、KH792、KH561、KH560、KH550、KH470、A186、A174、A1120、A1871、A187和A1100中的至少一种。

本申请中,润滑剂可包括白油,优选为工业级白油。在优选的实施方式中,工业级白油包括牌号为3、5、7、10、15、32和68中的至少一种。上述润滑剂可防止材料剪切力过高,减小摩擦力。

本申请中,填充料可包括碳酸钙和硫酸钡中的至少一种,上述物质主要用于控制材料的密度和成型情况。在优选的实施方式中,填充料的目数为350-450目(优选400目)。上述目数的碳酸钙和硫酸钡能够有效提高材料的韧性和延展性。值得说明的是,填充料的目数会直接影响塑化效果,若目数过小,会导致单位颗粒粒径较大,塑化效果差,从而使得材料的韧性和延展性均大大降低。

值得说明的是,本申请的上述原料均可通过市售购买得到。

相应地,本申请还提供了一种上述耐高温阻燃材料的制备方法,例如可包括以下步骤:将按配比混合后的制备原料于挤出机中进行挤出成型。

上述混合过程可以采用机械搅拌的方式进行,搅拌功率可以为60-70KW,如60KW、65KW或70KW等,搅拌时间优选至少为5min,更优为5-10min,如5min、6min、7min、8min、9min或10min。

通过采用上述条件混合各原料,可使原料充分混合均匀,有利于后续的挤出成型。

可参考地,挤出成型可以采用双螺杆和单螺杆结合的方式可避免出现损耗大以及零部件更换频繁的缺陷。

当以双螺杆和单螺杆结合的方式进行挤出成型时,双螺杆具有6个温区,第一温区和第二温区的温度为155-165℃(如155℃、160℃或165℃等),第六温区的温度为85-95℃(如85℃、90℃或95℃等),其余温区的温度为120-140℃(如120℃、125℃、130℃、135℃或140℃等)。

在优选的实施方式中,双螺杆的第一温区和第二温区的温度为160℃,第六温区的温度为90℃,其余温区的温度为125℃。

单螺杆的工作温度均为90-120℃(如90℃、95℃、100℃、115℃或120℃等)。

值得说明的是,本申请的上述挤出成型的工作温度均是根据本申请提供的特定的原料配方针对性设置的。若温度过高,一方面容易导致材料碳化,使其在挤出过程中,使得螺杆内的打料块和塑化块的剪切热较高,从而导致材料粘度变高、阻力变大,在出料时出现阻塞以及出料不均匀和材料缺失的情况,损失率高;另一方面还容易导致材料提前老化,无法有效进行后续工艺。若温度过低,容易导致材料无法实现物理熔融,也即无法成胶体状态往前推送和挤出。

在可选的实施方式中,双螺杆挤出过程中,真空排气段到熔体泵之间的压力为1.7-2.2MPa,如1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2MPa、2.1MPa或2.2MPa等。上述溶体泵位于真空排气段至计量段之间。

通过将真空排气段到熔体泵之间的压力设置在上述范围,可避免压力过大导致的:其一,材料碳化和结块,导致出料堵塞以及出料不稳定,无法确保产品的成型情况;其二,电机电流高负荷运转后导致电机烧料,值得说明的是,此处所提“烧料”对于实际加工生产而言具有非常重要的经济影响,其至少会导致以10W为单位计算的经济损失。

进一步地,在制备过程中,挤出设备还外接有2个真空泵,真空泵的压力约在0.08-0.095MPa,以吸出挤压成型过程中,制备原料产生的挥发性物质以及杂质和水分,使材料的含水率降至几乎为0。

进一步地,对挤出后的材料进行冷却。

可参考地,冷却过程中,冷却辊所对应的电机的电流可设置为95-115A,如95A、100A、105A、110A或115A等。

本申请中,冷却过程包括三个冷却阶段,三个冷却阶段的冷却温度分别为55-65℃(优选60℃)、38-42℃(优选40℃)以及25-35℃(优选30℃),三个冷却阶段的冷却时间分别为5-10s(如5s、6s、7s、8s、9s或10s等)、15-20s(如15s、16s、17s、18s、19s或20s等)以及55-65s(如55s、58s、60s、62s或65s等)。

若冷却时间过短,容易造成材料降温速率不够,材料收缩率偏大,以及退火不完全,进而导致材料表面极性偏大,影响成品性能;冷却时间过长,容易降低产生和生产效率。

承上,通过按照本申请提供的各原料配合后结合本申请提供的制备工艺,可得到在130℃处理96h或者120℃处理200h的条件下能有效维持产品形状,并具有较高的抗老化性能和达到A0阻燃标准的耐高温阻燃材料。

值得说明的是,本申请中未提及的挤出成型工艺过程和条件均可参照现有技术,在此不做过多赘述。

此外,本申请还提供了上述耐高温阻燃材料的应用,例如可用在汽车(如汽车电机罩或汽车内饰等)、空调、高铁或建筑(如建筑隔音板材)中,尤其是用在汽车电机罩制备过程中。

相应地,本申请还提供了一种汽车电机罩,其由上述耐高温阻燃材料制得。

进一步地,本申请还提供了上述汽车电机罩的制备方法,例如可包括以下步骤:将上述耐高温阻燃材料于汽车电机罩的模具中成型成所需形状。

具体的,其是通过对挤压成型后的板材进行切割,随后再经模具成型成电机罩。

值得说明的是,本申请提供的耐高温阻燃材料仅需采用1个模具即可成型,模具的温度呈现两边温度高于中间温度的山谷型温度曲线。而现有技术提供的制备电机罩的材料需要同时使用2个模具(上下对模)才能成型成电机罩,其原因在于,通过本申请提供的制备工艺即可满足材料的吸塑要求,因而不需要模压。此外,本申请的制备过程中还避免了现有技术的发泡过程,减少了浪费和人工投入。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种耐高温阻燃材料,其经以下步骤得到:

将10份三元共聚物-二烯烃(牌号4725P)、6份高密度聚乙烯(牌号5000S)、8份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯(牌号K8003)、5份增塑剂(牌号100#的聚乙烯蜡)、14份阻燃剂(由牌号为Space Rite S-3氢氧化铝和牌号为Magshields S的氢氧化镁按重量比为5:7组成)、0.5份分散剂(牌号为1830的硬脂酸与牌号为BS-3818的硬脂酸钙以重量比为1:1组成)、1份抗氧剂(牌号为168/1010)、0.5份着色剂(牌号为N219的炭黑)、3份偶联剂(牌号为KH530的硅烷偶联剂)、2份润滑剂(牌号为3#的工业级白油)以及50份填充料(400目的碳酸钙)于65KW的机械搅拌条件下混合5min。

采用双螺杆和单螺杆结合的方式对上述混合后的原料进行挤出成型,即可得到耐高温阻燃材料。

上述挤出成型涉及的工艺条件包括:

双螺杆具有6个温区,第一温区和第二温区的温度为160℃、第六温区的温度为90℃,其余温区的温度为125℃。单螺杆的工作温度为120℃。

双螺杆挤出过程中,真空排气段到熔体泵之间的压力为2MPa,挤出设备外接的2个真空泵的压力为0.09MPa。

对挤出的物料进行冷却,冷却辊所对应的电机的电流为110A,三个冷却阶段的冷却温度分别为60℃、40℃和30℃,冷却时间分别为10s、20s以及60s。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于仅在于各成分的用量不同,而每种成分采用的具体物质以及制备条件均同实施例1。

按重量份数计,本实施例中耐高温阻燃材料的制备原料的用量为:

8份三元共聚物-二烯烃、7份高密度聚乙烯、10份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、4份增塑剂、15份阻燃剂、0.4份分散剂、1.2份抗氧剂、0.4份着色剂、2.5份偶联剂、1.5份润滑剂以及58份填充料。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于仅在于各成分的用量不同,而每种成分采用的具体物质以及制备条件均同实施例1。

按重量份数计,本实施例中耐高温阻燃材料的制备原料的用量为:

12份三元共聚物-二烯烃、5份高密度聚乙烯、6份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、6份增塑剂、12份阻燃剂、0.6份分散剂、0.9份抗氧剂、0.6份着色剂、3.5份偶联剂、2.5份润滑剂以及48份填充料。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于仅在于各成分的用量不同,而每种成分采用的具体物质以及制备条件均同实施例1。

按重量份数计,本实施例中耐高温阻燃材料的制备原料的用量为:

15份三元共聚物-二烯烃、8份高密度聚乙烯、12份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、8份增塑剂、16份阻燃剂、0.7份分散剂、1.4份抗氧剂、0.8份着色剂、4份偶联剂、3份润滑剂以及55份填充料。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于仅在于各成分的用量不同,而每种成分采用的具体物质以及制备条件均同实施例1。

按重量份数计,本实施例中耐高温阻燃材料的制备原料的用量为:

5份三元共聚物-二烯烃、4份高密度聚乙烯、5份低熔融指数嵌段共聚聚丙烯、2份增塑剂、10份阻燃剂、0.3份分散剂、0.8份抗氧剂、0.2份着色剂、2份偶联剂、1份润滑剂以及45份填充料。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于:

三元共聚物-二烯烃的牌号为3702,高密度聚乙烯的牌号为5000S,低熔融指数嵌段共聚聚丙烯的牌号为T30S,聚乙烯蜡的牌号为200#,氢氧化铝的牌号为S-11,氢氧化镁的牌号为M(氢氧化铝和氢氧化镁的重量比为1:0.8),硬脂酸的牌号为1831,硬质酸钙的牌号为CSP-501(硬脂酸和硬脂酸钙的重量比为0.25:0.2),抗氧剂的牌号为215,炭黑的牌号为N220,偶联剂的牌号为KH570,工业级白油的牌号为5#,填充料为硫酸钡。

实施例7

本实施例与实施例1的区别在于:

三元共聚物-二烯烃的牌号为5601,高密度聚乙烯的牌号为6000F,低熔融指数嵌段共聚聚丙烯的牌号为HP550J,聚乙烯蜡的牌号为300#,氢氧化铝的牌号为S-23,氢氧化镁的牌号为Magshields S(氢氧化铝和氢氧化镁的重量比为1:1.2),硬脂酸的牌号为1838,硬质酸钙的牌号为CSP-501(硬脂酸和硬脂酸钙的重量比为0.25:0.3),抗氧剂的牌号为225,炭黑的牌号为N231,偶联剂的牌号为A189,工业级白油的牌号为7#,填充料为硫酸钡。

实施例8

本实施例与实施例1的区别在于:

三元共聚物-二烯烃的牌号为7001和9301(重量比为1:1),高密度聚乙烯的牌号为5301B和MH502(重量比为1:1),低熔融指数嵌段共聚聚丙烯的牌号为F501和H5300(重量比为1:1),聚乙烯蜡的牌号为500#和100#(重量比为1:1),氢氧化铝的牌号为Space Rite S-23和Space Rite S-11(重量比为1:1),氢氧化镁的牌号为Magshields S和Magshields M(重量比为1:1),硬脂酸的牌号为1839和1830(重量比为1:1),硬质酸钙的牌号为BS-3818和CSP501(重量比为1:1),抗氧剂的牌号为225和168/1010(重量比为1:1),炭黑的牌号为N299和N219(重量比为1:1),偶联剂的牌号为A1100和KH530(重量比为1:1),工业级白油的牌号为68#和A1100(重量比为1:1),填充料为硫酸钙和硫酸钡(重量比为1:1)。

实施例9

本实施例与实施例1的区别在于:阻燃剂只含氢氧化铝,也即实施例1中的氢氧化镁以等量的氢氧化铝代替。

实施例10

本实施例与实施例1的区别在于:阻燃剂只含氢氧化镁,也即实施例1中的氢氧化铝以等量的氢氧化镁代替。

实施例11

本实施例与实施例1的区别在于:分散剂只含硬脂酸,也即实施例1中的硬脂酸钙以等量的硬脂酸代替。

实施例12

本实施例与实施例1的区别在于:分散剂只含硬脂酸钙,也即实施例1中的硬脂酸以等量的硬脂酸钙代替。

实施例13

本实施例与实施例1的区别在于:填充料的目数为100目。

实施例14

本实施例与实施例1的区别在于:

挤出成型涉及的工艺条件包括:

双螺杆具有6个温区,第一温区和第二温区的温度为155℃、第六温区的温度为85℃,其余温区的温度为120℃。单螺杆的工作温度为90℃。

双螺杆挤出过程中,真空排气段到熔体泵之间的压力为1.7MPa,挤出设备外接的2个真空泵的压力为0.08MPa。

对挤出的物料进行冷却,冷却辊所对应的电机的电流为95A,三个冷却阶段的冷却温度分别为55℃、38℃和25℃,冷却时间分别为10s、20s以及65s。

实施例15

本实施例与实施例1的区别在于:

挤出成型涉及的工艺条件包括:

双螺杆具有6个温区,第一温区和第二温区的温度为165℃、第六温区的温度为95℃,其余温区的温度为140℃。单螺杆的工作温度为120℃。

双螺杆挤出过程中,真空排气段到熔体泵之间的压力为2.2MPa,挤出设备外接的2个真空泵的压力为0.095MPa。

对挤出的物料进行冷却,冷却辊所对应的电机的电流为115A,三个冷却阶段的冷却温度分别为65℃、42℃和35℃,冷却时间分别为5s、15s以及55s。

实施例16

以实施例1提供的耐高温阻燃材料直接以1个预设的汽车电机罩的模具进行成型,模具中间部位的温度高于模具两侧边缘的温度,得到汽车电机罩。

对比例

以实施例1为例,设置以下对比例:

对比例1与实施例1的区别在于:三元共聚物-二烯烃的用量为15份、高密度聚乙烯的用量为10份、低熔融指数嵌段共聚聚丙烯的用量为15份,其余条件不变。

该对比例1得到的材料在成型成电机罩后在130℃处理96h或者120℃处理200h的条件下不能维持电机罩产品形状(也即产品成型后放入烘箱处理出现软化情况),会发生软化、表面流动甚至破裂,而实施例1得到的产品成型后放入烘箱不发生上述情况。

对比例2与实施例1的区别在于:三元共聚物-二烯烃的用量为5份、高密度聚乙烯的用量为10份、低熔融指数嵌段共聚聚丙烯的用量为5份,其余条件不变。

该对比例2得到的材料在成型成电机罩后在130℃处理96h或者120℃处理200h的条件下不能维持电机罩产品形状(也即产品成型后放入烘箱处理出现软化情况),会发生软化、表面流动甚至破裂,而实施例1得到的产品成型后放入烘箱不发生上述情况。对比例3与实施例1的区别在于:以传统的天然橡胶类EPDM(牌号为DNR4610.01)代替牌号为4725P的三元共聚物-二烯烃。

该对比例3得到的材料在成型成电机罩后在130℃处理96h或者120℃处理200h的条件下不能维持电机罩产品形状(也即产品成型后放入烘箱处理出现软化情况),会发生软化、表面流动甚至破裂,而实施例1得到的产品成型后放入烘箱不发生上述情况。

对比例4与实施例1的区别在于:阻燃剂的份数为4.5份,其由牌号为Space RiteS-3氢氧化铝和牌号为Magshields S的氢氧化镁按重量比为1:0.5组成。

该对比文件4得到的产品阻燃效果最高仅能达到B级。

需要强调的是,本申请中并非仅需达到较高的阻燃性能,而是需要使成型后的电机罩同时具有较高的阻燃以及耐高温性能。阻燃剂类物质具有破坏分子链的问题,只有当阻燃剂在合适的范围内才能使成型后的产品具有良好的阻燃效果,若阻燃剂过多,其虽具有阻燃效果,但无法满足吸塑要求,也即无法使产品成型,无法得到电机罩。并且,高分子的结构是不规则的,在性能研究方面,不能仅看单因子,而是需要多因子相互影响的。本申请提供的方案是将各因素相互调整使产品整体性能趋于稳定。因此,并不能认定阻燃剂含量高即可断言相应产品的阻燃性能就高,而是要看在阻燃剂含量高的情况下是否能够得到成型产品(电机罩)以及得到的该成型产品是否能够具备相应的阻燃效果。

对比例5与实施例1的区别在于:以低密度聚乙烯(牌号为PE475)代替牌号为5000S的高密度聚乙烯。

对比文件5得到的产品的断裂强度达不到1MPa、直角撕裂达不到90N/2MM(最高只能达到50N/2MM),裤型撕裂强度约为15N/2MM。

对比例6与实施例1的区别在于:双螺杆的第一温区和第二温区的温度为200℃。

在对比例6的温度条件下根本无法制备出材料,在制备过程中会出现毛料和炭化的问题。

对比例7与实施例1的区别在于:真空排气段到熔体泵之间的压力为3MPa。

在对比例7的压力条件下也无法制备出材料,制备过程中会出现堵料、电机烧损、材料碳化的问题。

对比例8与实施例1的区别在于:冷却阶段的三个冷却阶段的冷却温度分别为70℃、45℃和30℃;

上述对比例8提供制备过程中会造成材料内部有温度应力,退火不充分。

对比例9与实施例1的区别在于:冷却阶段的三个冷却阶段的冷却温度分别为50℃、35℃和30℃。

上述对比例9提供制备过程会导致退火太急,材料热收缩率较大。

试验例

以实施例1制备得到的耐高温阻燃材料为例,取该板材中的5个位置对应以下001-005测定样品,其中,001、002和003分别对应板材中的左中右的位置,对上述5个测定样品进行阻燃(参照《GB 8410-2006》)、密度(参照《GB/T 533-2008》)、硬度(参照《GB/T 6031-1998》)以及热收缩率(参照《GB/T 7767-2009》)方面的测试,并对其中001-003样品进行断裂(参照《GB/T 528-2009》)、直角撕裂(参照《GB/T 529-2008》)和裤型撕裂(参照《GB/T529-2008》)方面的性能测试。其结果如表1至表3以及图1至图10所示。

表1阻燃和断裂结果

表2直角撕裂和裤型撕裂结果

表3密度、硬度和热收缩率结果

图1为阻燃性能测试前样品的照片(从左至右分别对应001至005号样品),图2为测试后样品的照片;图3为断裂性能测试前样品的照片(从左至右分别对应001至003号样品),图4为测试后样品的照片;图5为直角撕裂性能测试前样品的照片(从左至右分别对应001至003号样品),图6为测试后样品的照片;图7为裤型撕裂性能测试前样品的照片(从左至右分别对应001至003号样品),图8为测试后样品的照片;图9为硬度测试结果图(从上左至下右依次对应001至005号样品);图10为热收缩率性能测试后001至005号样品的照片。

此外,本申请其它实施例所得的耐高温阻燃材料按照相同的测试方法进行测试后,其结果显示均具有较佳的阻燃、断裂、直角撕裂、裤型撕裂、密度、硬度以及热收缩率效果,但均较实施例1更差,其中,实施例2-3的效果优于实施例4-5。

试验例2

以实施例1提供的耐高温阻燃材料分别按照两个不同形状的电机罩模具成型,得到相应的汽车电机罩产品,分别标记为产品1和产品2。

按照以下方式测定上述2个产品的耐热老化性、耐冷热交变性、耐低温冲击性和耐高温性。

其中,耐热老化性参照《JF03-1007-2010》的方法进行测试,具体的:将总成模拟实际装车方式放置于120℃恒温箱内保持200h,然后常温放置1h,检查总成内外表面。要求:目视无变形、裂纹、分层、变粘、起皱以及粉化等现象。

耐冷热交变性参照《JF03-1007-2010》的方法进行测试,具体的:将总成模拟实际装置方式放置于-40℃/24h→室温/2h→90℃/24h→室温/2h→50℃95%RH/48h→室温/2h为一个循环,共进行三个循环,然后检查总成内外表面并测量间隙量。要求:目视无变形、裂纹、分层、变粘、起皱以及粉化等现象。

耐低温冲击性参照《JF07-1009-2014》的方法进行测试,具体的:将总成模拟实际装置方式放置于-40℃恒温箱内保持24h,取出立即用质量为500g的钢球从500mm的高度自由落下冲击总成表面,总成下面垫放一块厚度约为10mm的纤维毡,检查总成内外表面。要求:目视无裂纹现象。

耐高温性参照《JF03-1007-2010》的方法进行测试,具体的:将总成模拟实际装车方式放置于130℃恒温箱内保持96h,然后常温放置2h,检查总成内外表面。要求:目视无变形、裂纹、分层、变粘、起皱以及粉化等现象。

其结果如图11至图19所示。

其中,图11为样品进行耐高温性测试前的状态图,图12和图13为其测试后的状态图。由图13可以看出,上壳合格,下壳开裂处可能是挤压变形造成的开裂。

图14为样品进行耐冷热交变性测试前的状态图,图15为其测试后的状态图。也即,测试样品在耐冷热交变性能方面测试结果合格。

图16为样品进行耐低温冲击性测试前的状态图,图17为其测试后的状态图。也即,测试样品在耐低温冲击性能方面测试结果合格。

图18为样品进行耐热老化性测试前的状态图,图19为其测试后的状态图。也即,测试样品在耐热老化性能方面测试结果合格。

其结果显示:测试样品在耐热老化性、耐冷热交变性、耐低温冲击性以及耐高温性方面均合格。

综上所述,本申请提供的耐高温阻燃材料具有较强的耐高温和阻燃性能,经其制备得到的产品尤其是汽车电机罩,能在130℃处理96h或者120℃处理200h的条件下有效维持产品形状,具有较高的抗老化性能且能达到A0阻燃标准。该耐高温阻燃材料的制备方法简单,易操作。相应的汽车电机罩的制备方法不需要发泡,且只需使用一个模具,可减少浪费和人工投入。

以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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。

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