[发明专利]一种阻燃剂、使用该阻燃剂的超高分子量聚乙烯阻燃复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阻燃复合材料技术领域，具体涉及一种阻燃剂，同时还涉及使用该阻燃剂的超高分子量聚乙烯阻燃复合材料及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是分子量100万以上、具有优异综合性能的热塑性工程塑料。该材料具有极高的耐磨损性、耐冲击性，极低的磨擦因数和自润滑性能。这些优异性能使它在某些方面大大超过了目前所有工程塑料和一些金属材料，日益受到人们的重视，在造纸、食品饮料、矿山开采、交通运输、陶瓷、机械、纺织、水利、电力等领域和岩土工程施工申都有广泛的应用前景，在欧美等发达国家和地区己经在上述领域普遍推广使用。2001年中国科技部将超高分子量聚乙烯管材列为当前优先发展的高科技产业重点领域项目。

UHMWPE氧指数仅有17%左右，属易燃材料，高温受热降解成低分子量物质，极易传播火焰，引发火灾，使其在许多领域的应用受到限制。UHMWPE常用的阻燃体系有含卤阻燃体系、无机阻燃体系、氮系阻燃体系、膨胀型阻燃体系。其中，含卤阻燃剂阻燃机理是终止自由基链反应，捕获传递燃烧链式反应的活性自由基；但卤素阻燃剂在燃烧时生成大量的烟和有毒、具有腐蚀性的气体，可导致电路系统开关和其他金属物件的腐蚀，对人体呼吸道和其他器官造成严重伤害。无机阻燃剂阻燃机理是吸收热分解产生的热量，降低体系温度；氢氧化铝、氢氧化镁及硼酸类是典型代表；缺点是当添加量少时，阻燃效果不大明显，往往达不到阻燃要求，而用量多了则会使材料机械性能下降，有时还会给加工操作带来巨大困难；而且单用效果很差，只有当与含卤类阻燃剂并用，才能发挥协同阻燃效果。氮系阻燃剂阻燃机理是稀释可燃性物质的浓度和氧气浓度，使之降到着火极限以下，起到气相阻燃效果，但单独使用效果较差。膨胀阻燃剂阻燃机理是促进聚合物成碳，减少可燃性气体的生成，在材料表面形成一层膨松、吸孔的均质碳层，起到隔热、隔氧、抑烟、防止熔滴的作用，达到阻燃的目的；但通常情况下，膨胀阻燃剂的的填充量很大，对复合材料的力学性能、加工性能有较大的负面影响，这也导致此类阻燃剂的应用受到限制。

由于UHMWPE熔融状态的粘度高达10⁸Pa*s，流动性极差，其熔体指数几乎为零，很难用一般的聚合物成型加工方法进行加工。模压法是UHMWPE最常用的加工方法，模压法制备UHMWPE制品时，由于加工过程中混合效果差，且UHMWPE粘度极高，阻燃剂只能分布于UHMWPE粉末间隙，导致阻燃剂在UHMWPE中呈不均匀分布，一方面会使得原本适用于聚烯烃类聚合物的阻燃体系在UHMWPE中阻燃效果变差，另一方面，阻燃剂会抑制UHMWPE粉末加工过程中的融合，导致其力学性能显著下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种阻燃剂，在保证聚乙烯复合材料的力学性能的同时，提高其阻燃性能。

本发明的第二个目的是提供一种使用上述阻燃剂的超高分子量聚乙烯阻燃复合材料。

本发明的第二个目的是提供一种超高分子量聚乙烯阻燃复合材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种阻燃剂，由以下重量份数的组分组成：聚磷酸铵4～16份、季戊四醇4～16份、三聚氰胺4～16份、氢氧化铝4～10份、碳纳米管0.1份。

一种使用上述阻燃剂的超高分子量聚乙烯阻燃复合材料，由以下重量份数的组分组成：超高分子量聚乙烯粉60～80份、聚磷酸铵4～16份、季戊四醇4～16份、三聚氰胺4～16份、氢氧化铝4～10份、碳纳米管0.1份。

一种上述的超高分子量聚乙烯阻燃复合材料的制备方法，包括下列步骤：

1）取聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、氢氧化铝、超高分子量聚乙烯粉、碳纳米管混合并搅拌，得混合物料；

2）将步骤1）所得混合物料放入平板硫化机的模具中，3～50MPa条件下加压2～3min排出混合物料中的气体后，在180～210℃、3～50MPa条件下保压15min；

3）将模具停止加热，保持5～50MPa压力冷却至室温，脱模，即得。

步骤1）中所述搅拌的转速为9000rpm，搅拌时间为3min。