本發(fā)明涉及高分子阻燃發(fā)泡材料技術領域，尤其涉及一種雜化芳綸纖維硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板及其制備方法。
背景技術：
高分子發(fā)泡材料是一種由聚合物和包含氣體泡孔組成的特殊材料，與普通聚合物材料相比具有密度低、比強度高、隔音減震、隔熱等優(yōu)勢，在商品包裝、襯墊等領域被廣泛應用。目前市場上常見的用作包裝的高分子發(fā)泡材料有聚乙烯發(fā)泡材料、聚丙烯發(fā)泡材料、聚苯乙烯發(fā)泡材料、EVA發(fā)泡材料等，其中聚丙烯發(fā)泡材料是一種環(huán)保型發(fā)泡材料，性價比優(yōu)、可多次回收利用，應用前景較好。目前聚丙烯發(fā)泡的難點在于加工溫度超過熔點后，PP的熔體強度極速下降，熔體包裹氣體的能力下降，導致泡孔塌陷，難以制得合格的發(fā)泡制品。除此之外，有機發(fā)泡材料的易燃性也是使用者不得不注意的問題，對發(fā)泡材料進行阻燃改性具有重要的實際應用意義。
為了提高聚丙烯發(fā)泡材料的阻燃性，許多研究者做了大量的工作，最常見的方法為添加阻燃劑來提高材料的阻燃效果，也有將多種材料協(xié)同作用來提高聚丙烯的阻燃性，其中膨脹型阻燃劑（IFR）具有阻燃效率高、低煙、低毒等優(yōu)點，但是其與PP相容性差、使用量大、易吸潮，通常會導致聚丙烯的力學性能大大降低，發(fā)泡過程中也將對熔體產(chǎn)生不良影響，發(fā)泡效果差，從而影響使用性能。《納米二氧化硅增強增韌膨脹型阻燃共聚聚丙烯性能的研究》一文通過添加納米二氧化硅的方法來改善膨脹型阻燃聚丙烯的力學性能，納米二氧化硅的添加在一定程度了改善了阻燃劑對聚丙烯產(chǎn)生的不良影響，但是有研究表明，納米二氧化硅的用量對聚丙烯發(fā)泡過程有至關重要的影響，用量過大時納米粒子容易團聚而導致發(fā)泡率低，但是過低的納米材料不能彌補阻燃劑對體系的不良影響，最終出現(xiàn)了產(chǎn)品要么發(fā)泡效果好，阻燃性差，要么阻燃效果較好，但是發(fā)泡效果差的困境。
氣凝膠特有的納米多孔網(wǎng)絡結(jié)構使其在光學、熱學、電學、聲學等等領域表現(xiàn)出許多獨特的性質(zhì)，以SiO2氣凝膠為代表的氣凝膠產(chǎn)品在多個領域均顯示出巨大的應用前景，其具有隔熱、保溫、阻燃等多種效果，若將其應用于高分子發(fā)泡材料中，將對材料的發(fā)泡過程有良好的促進作用，但是SiO2氣凝膠力學性能不佳，脆性較大，需要對其做進一步的改性處理。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了彌補已有技術的缺陷，提供一種雜化芳綸纖維硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板及其制備方法，利用雜化氣凝膠獨特的結(jié)構和性能特點，對樹脂熔體達到增強、阻燃、促發(fā)泡等改性效果，最終獲得綜合性能優(yōu)異的發(fā)泡聚丙烯材料。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
一種雜化芳綸纖維硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板，該發(fā)泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯50-60、聚甲基丙烯酸甲酯微球4-5、馬來酸酐接枝聚丙烯5-6、聚烯烴彈性體10-15、芳綸漿粕1-3、發(fā)泡劑AC1-5、抗氧劑0.1-0.2、二乙基次膦酸鋁1-1.5、二硫化鉬0.4-0.5、硅烷偶聯(lián)劑0.1-0.2、正硅酸乙酯5-6、季戊四醇4-5、去離子水4-5、濃度為0.01mol/L的草酸溶液5-8、N，N-二甲基乙酰胺15-20、水合氯化鋰1-1.5、氨水適量、無水乙醇適量。
所述的一種雜化芳綸纖維硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板的制備方法包括以下步驟：
（1）先將芳綸漿粕用丙酮抽提3-5h，得表面預處理的芳綸漿粕備用；
（2）將N，N-二甲基乙酰胺投入反應容器中，體系水浴加熱至50-60℃，隨后加入水合氯化鋰，攪拌使其完全溶解后加入芳綸漿粕，以200-300轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌使芳綸漿粕完全溶解，所得溶液備用；
（3）依次將正硅酸乙酯、草酸溶液投入步驟（2）制備的溶液中，在50-60℃水浴條件下恒溫高速攪拌反應30-40h，反應結(jié)束后滴加氨水，待體系完全凝膠后將所得凝膠浸入無水乙醇中，充分置換洗滌2-3次，隨后采用超臨界干燥技術對凝膠進行處理，在60-80℃，10-15MPa的條件下干燥2-2.5h，得雜化芳綸纖維硅氣凝膠備用；
（4）將步驟（3）制備的雜化芳綸纖維硅氣凝膠與硅烷偶聯(lián)劑混合后球磨處理30-50min，過100目篩，將所得物料與其它剩余原料一起投入高速混合機中混合均勻，隨后將混合好的物料送至擠出機中，物料在螺桿料筒中經(jīng)加熱熔融、混煉、擠壓、發(fā)泡，然后經(jīng)擠出機擠出、模具定型后即得產(chǎn)品，其中料筒溫度為195-215℃，螺桿轉(zhuǎn)速為40-50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為170-180℃，壓力為1-5MPa。
本發(fā)明制備的聚丙烯發(fā)泡材料采用聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯微球復合作為樹脂基體，這種復合體系具有良好的親和性，改性填料在其中具有良好的分散性，加入的雜化芳綸纖維硅氣凝膠填料是芳綸漿粕溶液與硅溶膠體系混合制備得到，最終制成一種具有多孔網(wǎng)絡結(jié)構的高韌性、高耐熱、阻燃的氣凝膠態(tài)化合物，其添加于樹脂體系中可有效的增進熔體強度，達到補強、阻燃、形核等效果，減少傳統(tǒng)阻燃劑的用量，還能有效的提高體系的氣孔率，促進樹脂發(fā)泡，再結(jié)合二硫化鉬、二乙基次膦酸鋁等傳統(tǒng)的阻燃抑煙材料，最終制得了具有優(yōu)異阻燃效果的輕質(zhì)發(fā)泡聚丙烯復合材料，其氣孔均勻，抗壓耐熱，耐磨耐蝕，經(jīng)濟耐用，極具應用前景。
具體實施方式
一種雜化芳綸纖維硅氣凝膠改性的阻燃聚丙烯發(fā)泡板，該發(fā)泡材料由以下重量份的原料制得：聚丙烯50、聚甲基丙烯酸甲酯微球4、馬來酸酐接枝聚丙烯5、聚烯烴彈性體10、芳綸漿粕1、發(fā)泡劑AC 1、抗氧劑0.1、二乙基次膦酸鋁1、二硫化鉬0.4、硅烷偶聯(lián)劑0.1、正硅酸乙酯5、季戊四醇4、去離子水4、濃度為0.01mol/L的草酸溶液5、N，N-二甲基乙酰胺15、水合氯化鋰1、氨水適量、無水乙醇適量。
該實施例阻燃聚丙烯發(fā)泡板的制備方法包括以下步驟：
（1）先將芳綸漿粕用丙酮抽提3h，得表面預處理的芳綸漿粕備用；
（2）將N，N-二甲基乙酰胺投入反應容器中，體系水浴加熱至50℃，隨后加入水合氯化鋰，攪拌使其完全溶解后加入芳綸漿粕，以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌使芳綸漿粕完全溶解，所得溶液備用；
（3）依次將正硅酸乙酯、草酸溶液投入步驟（2）制備的溶液中，在50℃水浴條件下恒溫高速攪拌反應30h，反應結(jié)束后滴加氨水，待體系完全凝膠后將所得凝膠浸入無水乙醇中，充分置換洗滌2次，隨后采用超臨界干燥技術對凝膠進行處理，在60℃，10MPa的條件下干燥2h，得雜化芳綸纖維硅氣凝膠備用；
（4）將步驟（3）制備的雜化芳綸纖維硅氣凝膠與硅烷偶聯(lián)劑混合后球磨處理30min，過100目篩，將所得物料與其它剩余原料一起投入高速混合機中混合均勻，隨后將混合好的物料送至擠出機中，物料在螺桿料筒中經(jīng)加熱熔融、混煉、擠壓、發(fā)泡，然后經(jīng)擠出機擠出、模具定型后即得產(chǎn)品，其中料筒溫度為195℃，螺桿轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘，模具溫度為170℃，壓力為1MPa。
將制得發(fā)泡板取標準試樣，并遵循相關標準進行性能測試，測試結(jié)果為：
泡孔密度：9.18×106個/cm3；
熔體質(zhì)量流動速率：0.62g/10min ；
shore A硬度：81.2；
拉伸強度：20.5MPa；
延伸率：613%；
UL94阻燃等級：V0；
極限氧指數(shù)：30.2。