本發明涉及無鹵阻燃高分子復合材料技術領域，具體涉及一種一步法制備的無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料及其制備方法。
背景技術：
21世紀，是低碳經濟的時代，可持續發展成為主題，環保理念深入人心，國家政策導向也開始將重點放在環保方面。汽車及塑料行業成為峰尖浪頭，2009年開始，我國成為了汽車及塑料的生產與消費第一大國。在國際環保形勢壓力下，我國以開始大力發展易降解塑料生物塑料，聚乳酸行業得到了長足的發展。無論在聚乳酸合成工業，還是加工改性行業，聚乳酸(PLA)技術日趨成熟。然而，聚乳酸屬于線性聚合物，因此在力學性能、耐熱性能及抗老化性等方面存在不足，而傳統改性方法無論是納米粒子填充、纖維增強或是彈性體填充都難以保證性能穩定，同時大幅度降低了PLA材料原有的耐熱性，高剛性及易降解性；此外，聚乳酸材料結晶速度慢，成型周期長，制品往往出現明顯的后收縮，如果應用于汽車內飾領域，會因為尺寸問題，在配件裝配及長期使用過程中出現脫落、褪色，影響應用范圍。另外，由于聚乳酸材料屬于脂肪族聚酯，端基含有大量的COOH及-OH基團，活潑氫容易導致分子量降低，在光、熱及潮濕環境下容易發生材料降解，因此使用壽命也是限制PLA材料在汽車內飾領域大范圍應用的致命因素。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在于提供一種力學性能好，強度高的一步法制備的無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料。
本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現：
一種一步法制備的無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料，由以下重量份數的組分制成：聚乳酸30-60、玻璃纖維20-40、DOPO(9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物)8-10、抗氧劑0.5、擴鏈劑3-5、增韌劑5-10、三嗪成炭劑3-5、協效劑1-5、過氧化二異丙苯0.02-0.1、結晶促進劑0.5-1、高分子成核劑0.5-1、增粘劑1-4、硫酸鈣晶須2-3、潤滑劑0.5-2、納米碳化硅1-3、石墨烯微片0.01-0.05、鄰苯二甲酸二辛酯1-3。
所述的抗氧劑選用抗氧劑AS4500。
所述的擴鏈劑選用SAG-008擴鏈劑。
所述的增韌劑選用增韌劑POE。
所述的三嗪成炭劑選用CFA三嗪成炭劑。
所述的協效劑選用季磷鹽插層改性蒙脫土。
所述的結晶促進劑選用聚乙二醇。
所述的高分子成核劑選用聚3-甲基丁烯-1、聚乙烯基環硅烷、聚乙烯基環烷、聚丙烷中的一種或幾種的混合物。
所述的增粘劑是由以下重量的組分制成：乙二醇80g、鉑化合物2g、硅烷偶聯劑2g、苯甲酸鈉鹽2g、瀝青5g、丙烯酸正丁酯3g、十二烷基硫醇3g、蟲膠樹脂4g、微晶蠟2g、納米級電氣石粉體3g、純丙乳液5g；該增粘劑專門針對再生PA6T熔體進行配置，增粘速度快，效果好。
上述增粘劑的制備方法如下：
(1)按上述配方量稱取各組分，首先將乙二醇、丙烯酸正丁酯及十二烷基硫醇投入反應釜中，加熱至50-60℃，于轉速120-135轉/分鐘，連續攪拌5-10分鐘，制得溶液a待用；
(2)將苯甲酸鈉鹽、瀝青、蟲膠樹脂、微晶蠟及納米級電氣石粉體加入到溶液a中，邊攪拌邊加熱，至溫度達到80-90℃保溫2小時，制得溶液b待用；
上述攪拌速度控制在90-110轉/分鐘。
(3)將純丙乳液投入溶液b中，攪拌均勻，攪拌速度保持在1200轉/分鐘左右，攪拌30分鐘，制得溶液c待用；
(4)將溶液c的溫度控制在40-45℃，然后加入鉑化合物和硅烷偶聯劑，攪拌均勻，冷卻至室溫，出釜得到增粘劑。
一步法制備無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料的方法，步驟如下：
(1)將玻璃纖維、三嗪成炭劑、協效劑、硫酸鈣晶須、納米碳化硅和石墨烯微片送入轉鼓中進行混合攪拌，同時將轉鼓加溫至80-120℃，時間在40分鐘，壓力在150-200Mpa，取出得到混合料；
(2)將高分子類成核劑與聚乳酸混合均勻，然后依次加入結晶促進劑、潤滑劑、擴鏈劑、DOPO、抗氧劑、增韌劑、過氧化二異丙苯、增粘劑和鄰苯二甲酸二辛酯，在高速混合機中混合2～8min，用雙螺桿擠出機進行熔融共混擠出造粒。
上述擠出機溫度設定為：250±5℃、260±5℃、265±5℃、265±5℃，螺桿轉速為90～150rpm，造粒各段螺桿溫度設置為：250±5℃、265±5℃、270±5℃、280±5℃。
高分子類成核劑和結晶促進劑是促進聚合物結晶并改善其晶粒結構的新功能助劑，可使聚合物異相成核，改進材料的剛度、耐磨性和加工性能，提高其結晶度和結晶速率，降低其晶粒尺寸，減小晶體缺陷，使結晶更完善，從而在一定程度上提高共混物的剛性、耐磨性和耐電性能，改善熔體流動性，易于擠出、注塑成型加工。
本發明的有益效果是：本發明組分較為簡單，配比合理，通過加入成核劑、增粘劑，可使聚合物異相成核，改進材料的耐高溫性能、耐磨性和加工性能，從而改變聚酯的特性粘度、熔點及其分子鏈結構，提高PLA的品質，增強PLA材料的整體強度。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
實施例1
一種一步法制備的無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料，由以下重量的組分制成：聚乳酸45kg、玻璃纖維30kg、DOPO 9kg、抗氧劑0.5kg、擴鏈劑4kg、增韌劑7.5kg、三嗪成炭劑4kg、協效劑3.5kg、過氧化二異丙苯0.05kg、結晶促進劑0.7kg、高分子成核劑0.75kg、增粘劑2.5kg、硫酸鈣晶須2.5kg、潤滑劑0.8kg、納米碳化硅2kg、石墨烯微片0.03kg、鄰苯二甲酸二辛酯5kg。
所述的抗氧劑選用抗氧劑AS4500。
所述的擴鏈劑選用SAG-008擴鏈劑。
所述的增韌劑選用增韌劑POE。
所述的三嗪成炭劑選用CFA三嗪成炭劑。
所述的協效劑選用季磷鹽插層改性蒙脫土。
所述的結晶促進劑選用聚乙二醇。
所述的高分子成核劑選用聚3-甲基丁烯-1。
所述的增粘劑是由以下重量的組分制成：乙二醇80g、鉑化合物2g、硅烷偶聯劑2g、苯甲酸鈉鹽2g、瀝青5g、丙烯酸正丁酯3g、十二烷基硫醇3g、蟲膠樹脂4g、微晶蠟2g、納米級電氣石粉體3g、純丙乳液5g；該增粘劑專門針對再生PA6T熔體進行配置，增粘速度快，效果好。
上述增粘劑的制備方法如下：
(1)按上述配方量稱取各組分，首先將乙二醇、丙烯酸正丁酯及十二烷基硫醇投入反應釜中，加熱至50-60℃，于轉速120-135轉/分鐘，連續攪拌5-10分鐘，制得溶液a待用；
(2)將苯甲酸鈉鹽、瀝青、蟲膠樹脂、微晶蠟及納米級電氣石粉體加入到溶液a中，邊攪拌邊加熱，至溫度達到80-90℃保溫2小時，制得溶液b待用；
上述攪拌速度控制在90-110轉/分鐘。
(3)將純丙乳液投入溶液b中，攪拌均勻，攪拌速度保持在1200轉/分鐘左右，攪拌30分鐘，制得溶液c待用；
(4)將溶液c的溫度控制在40-45℃，然后加入鉑化合物和硅烷偶聯劑，攪拌均勻，冷卻至室溫，出釜得到增粘劑。
一步法制備無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料的方法，步驟如下：
(1)將玻璃纖維、三嗪成炭劑、協效劑、硫酸鈣晶須、納米碳化硅和石墨烯微片送入轉鼓中進行混合攪拌，同時將轉鼓加溫至80-120℃，時間在40分鐘，壓力在150-200Mpa，取出得到混合料；
(2)將高分子類成核劑與聚乳酸混合均勻，然后依次加入結晶促進劑、潤滑劑、擴鏈劑、DOPO、抗氧劑、增韌劑、過氧化二異丙苯、增粘劑和鄰苯二甲酸二辛酯，在高速混合機中混合2～8min，用雙螺桿擠出機進行熔融共混擠出造粒。
上述擠出機溫度設定為：250±5℃、260±5℃、265±5℃、265±5℃，螺桿轉速為90～150rpm，造粒各段螺桿溫度設置為：250±5℃、265±5℃、270±5℃、280±5℃。
實施例2
一種一步法制備的無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料，由以下重量的組分制成：聚乳酸60kg、玻璃纖維20kg、DOPO 10kg、抗氧劑0.5kg、擴鏈劑3kg、增韌劑10kg、三嗪成炭劑3kg、協效劑5kg、過氧化二異丙苯0.02kg、結晶促進劑1kg、高分子成核劑0.5kg、增粘劑4kg、硫酸鈣晶須2kg、潤滑劑2kg、納米碳化硅1kg、石墨烯微片0.05kg、鄰苯二甲酸二辛酯1kg。
所述的抗氧劑選用抗氧劑AS4500。
所述的擴鏈劑選用SAG-008擴鏈劑。
所述的增韌劑選用增韌劑POE。
所述的三嗪成炭劑選用CFA三嗪成炭劑。
所述的協效劑選用季磷鹽插層改性蒙脫土。
所述的結晶促進劑選用聚乙二醇。
所述的高分子成核劑選用聚乙烯基環烷。
所述的增粘劑是由以下重量的組分制成：乙二醇80g、鉑化合物2g、硅烷偶聯劑2g、苯甲酸鈉鹽2g、瀝青5g、丙烯酸正丁酯3g、十二烷基硫醇3g、蟲膠樹脂4g、微晶蠟2g、納米級電氣石粉體3g、純丙乳液5g；該增粘劑專門針對再生PA6T熔體進行配置，增粘速度快，效果好。
上述增粘劑的制備方法如下：
(1)按上述配方量稱取各組分，首先將乙二醇、丙烯酸正丁酯及十二烷基硫醇投入反應釜中，加熱至50-60℃，于轉速120-135轉/分鐘，連續攪拌5-10分鐘，制得溶液a待用；
(2)將苯甲酸鈉鹽、瀝青、蟲膠樹脂、微晶蠟及納米級電氣石粉體加入到溶液a中，邊攪拌邊加熱，至溫度達到80-90℃保溫2小時，制得溶液b待用；
上述攪拌速度控制在90-110轉/分鐘。
(3)將純丙乳液投入溶液b中，攪拌均勻，攪拌速度保持在1200轉/分鐘左右，攪拌30分鐘，制得溶液c待用；
(4)將溶液c的溫度控制在40-45℃，然后加入鉑化合物和硅烷偶聯劑，攪拌均勻，冷卻至室溫，出釜得到增粘劑。
一步法制備無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料的方法，步驟如下：
(1)將玻璃纖維、三嗪成炭劑、協效劑、硫酸鈣晶須、納米碳化硅和石墨烯微片送入轉鼓中進行混合攪拌，同時將轉鼓加溫至80-120℃，時間在40分鐘，壓力在150-200Mpa，取出得到混合料；
(2)將高分子類成核劑與聚乳酸混合均勻，然后依次加入結晶促進劑、潤滑劑、擴鏈劑、DOPO、抗氧劑、增韌劑、過氧化二異丙苯、增粘劑和鄰苯二甲酸二辛酯，在高速混合機中混合2～8min，用雙螺桿擠出機進行熔融共混擠出造粒。
上述擠出機溫度設定為：250±5℃、260±5℃、265±5℃、265±5℃，螺桿轉速為90～150rpm，造粒各段螺桿溫度設置為：250±5℃、265±5℃、270±5℃、280±5℃。
實施例3
一種一步法制備的無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料，由以下重量的組分制成：聚乳酸30kg、玻璃纖維40kg、DOPO 8kg、抗氧劑0.5kg、擴鏈劑5kg、增韌劑5kg、三嗪成炭劑5kg、協效劑1kg、過氧化二異丙苯0.1kg、結晶促進劑0.5kg、高分子成核劑1kg、增粘劑1kg、硫酸鈣晶須3kg、潤滑劑0.5kg、納米碳化硅3kg、石墨烯微片0.01kg、鄰苯二甲酸二辛酯3kg。
所述的抗氧劑選用抗氧劑AS4500。
所述的擴鏈劑選用SAG-008擴鏈劑。
所述的增韌劑選用增韌劑POE。
所述的三嗪成炭劑選用CFA三嗪成炭劑。
所述的協效劑選用季磷鹽插層改性蒙脫土。
所述的結晶促進劑選用聚乙二醇。
所述的高分子成核劑選用聚乙烯基環硅烷。
所述的增粘劑是由以下重量的組分制成：乙二醇80g、鉑化合物2g、硅烷偶聯劑2g、苯甲酸鈉鹽2g、瀝青5g、丙烯酸正丁酯3g、十二烷基硫醇3g、蟲膠樹脂4g、微晶蠟2g、納米級電氣石粉體3g、純丙乳液5g；該增粘劑專門針對再生PA6T熔體進行配置，增粘速度快，效果好。
上述增粘劑的制備方法如下：
(1)按上述配方量稱取各組分，首先將乙二醇、丙烯酸正丁酯及十二烷基硫醇投入反應釜中，加熱至50-60℃，于轉速120-135轉/分鐘，連續攪拌5-10分鐘，制得溶液a待用；
(2)將苯甲酸鈉鹽、瀝青、蟲膠樹脂、微晶蠟及納米級電氣石粉體加入到溶液a中，邊攪拌邊加熱，至溫度達到80-90℃保溫2小時，制得溶液b待用；
上述攪拌速度控制在90-110轉/分鐘。
(3)將純丙乳液投入溶液b中，攪拌均勻，攪拌速度保持在1200轉/分鐘左右，攪拌30分鐘，制得溶液c待用；
(4)將溶液c的溫度控制在40-45℃，然后加入鉑化合物和硅烷偶聯劑，攪拌均勻，冷卻至室溫，出釜得到增粘劑。
一步法制備無鹵阻燃長玻纖增強PLA復合材料的方法，步驟如下：
(1)將玻璃纖維、三嗪成炭劑、協效劑、硫酸鈣晶須、納米碳化硅和石墨烯微片送入轉鼓中進行混合攪拌，同時將轉鼓加溫至80-120℃，時間在40分鐘，壓力在150-200Mpa，取出得到混合料；
(2)將高分子類成核劑與聚乳酸混合均勻，然后依次加入結晶促進劑、潤滑劑、擴鏈劑、DOPO、抗氧劑、增韌劑、過氧化二異丙苯、增粘劑和鄰苯二甲酸二辛酯，在高速混合機中混合2～8min，用雙螺桿擠出機進行熔融共混擠出造粒。
上述擠出機溫度設定為：250±5℃、260±5℃、265±5℃、265±5℃，螺桿轉速為90～150rpm，造粒各段螺桿溫度設置為：250±5℃、265±5℃、270±5℃、280±5℃。
對實施例1-實施例3所得產品，采用ASTM標準對其綜合力學性能和阻燃性能進行檢測，包括拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量、Izod缺口沖擊強度和熱變形溫度。測試結果見下表1。
表1
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。