基本信息
- 项目名称：
- 无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品中我们采用绿色环保的新型无卤膨胀型阻燃剂（S-IFR）对长玻纤增强聚丙烯进行阻燃性能和力学性能的研究。
- 详细介绍：
- 长玻纤增强聚丙烯具有优异的力学性能，因而得到了广泛的应用，尤其是在汽车工业、轨道交通等。为了拓宽长玻纤增强聚丙烯的应用领域，使其能够在一些有阻燃要求的场合下使用，我们以提高长玻纤增强聚丙烯的阻燃性能并保持或提高力学性能为目的对其进行了阻燃研究。本作品中我们采用的是绿色环保的新型无卤膨胀型阻燃剂（S-IFR）对长玻纤增强聚丙烯进行阻燃研究。实验过程包括阻燃剂的制备，测试样品的制备及性能测试三个阶段。当我们使用一种成炭剂与聚磷酸铵复配考察无卤膨胀型阻燃剂的加入量对复合材料的各种性能的影响时，我们通过对测试结果进行综合分析评估，找到了阻燃剂的最佳用量，即20%。同时，20%阻燃剂的用量对长玻纤增强聚丙烯力学性能的影响也降到了最低。为了解决提高阻燃性与保持或提高力学性能相矛盾这一难题，我们又重新设计了成炭剂的结构，该种结构的成炭剂与聚磷酸铵复配并添加阻燃协效剂够成膨胀型阻燃剂，用该种膨胀型阻燃剂阻燃长玻纤增强聚丙烯，当含量为20%时，无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯的氧指数能达到38.3%，垂直燃烧为V-0级，最大热释放速率为111kW/m2,并且无卤膨胀型阻燃剂的加入不但没有降低复合材料的力学性能，反而明显提高了复合材料的力学性能。综合无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料测试的各种性能， 20%的用量在综合评定中为最优，能够满足实用的目的。提高长玻纤增强聚丙烯阻燃性能与保持或提高复合材料的力学性能这一问题得到了较为圆满的解决。本作品已经国家权威检测机构对产品的性能进行了检测，证实了产品具有很好的综合性能；也经过江苏安格特新材料科技有限公司进行了中试应用试验，证实了该发明的实用性；经权威科技查新机构查新，确认了本作品的创新性。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明目的：在过去几年里，长玻纤增强热塑性复合材料正成为越来越重要的一类材料。长玻璃纤维增强聚丙烯材料非常容易燃烧，这就使其不能应用于对材料阻燃性能要求较高的场合。而当今火灾的发生频率日益增高（如最近的成都市9路公交车燃烧事故），对长玻璃材料进行环保阻燃改性是十分必要的。目前用于聚烯烃阻燃改性的添加型阻燃剂都存在严重的缺点，因此，开发新的无卤阻燃剂成为该领域的重要课题。 基本思路：本发明采用实验室自制的新型成炭剂与工业易得、价格低廉的聚磷酸铵复配，组成新型的无卤膨胀阻燃体系，并在此基础上添加阻燃协效剂，以此来降低阻燃剂的添加量，并通过实验找到无卤膨胀阻燃剂的最佳添加量。 创新点：1. 阻燃剂本身不含卤素，毒性很低，在燃烧过程中产生的烟雾很少，相对于含卤阻燃剂在燃烧过程中产生大量的有害气体和烟雾，在环境保护方面存在明显的优势；2.阻燃剂的添加量不是很多时，材料就已经具有了很高的氧指数；3.不会影响到高分子材料的加工性；4.不但不劣化材料的力学性能，相反还可明显提高材料的力学性能。 技术关键：1．必须保证所用阻燃剂环保、安全；2．必须解决“提高长玻纤增强聚丙烯的阻燃效率往往是与保持或提高其力学性能相矛盾的”这个难题。主要技术指标：所制备的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料可达到如下技术指标： LOI>32，UL-94: V-0级 最大热释放速率（PHRR）< 150 kW/m2, 并且添加无卤膨胀型阻燃剂后能够不降低复合材料的力学性能。
科学性、先进性
- 我们添加的无卤膨胀型阻燃剂是一类含阻燃协效剂的线形/支化三嗪类齐/低聚物膨胀型阻燃体系，其特点主要有：（1）不含卤素，低烟低毒；（2）阻燃效率高；（4）不影响高分子材料的加工性；（5）还可明显提高材料的力学性能。在所查国内外文献中，所制备的阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的阻燃性能、机械性能和热变形温度都不如本发明的结果优异。 典型的实施例如下： LFRT-PP (长玻纤含量20%)：79 %； S-IFR：20%； 其他助剂：1% 国家权威检测机构检测报告数据： 拉伸强度：97.5Mpa，拉伸模量：7369Mpa， 断裂伸长率：5.0% ，抗弯强度：137Mpa， 抗弯模量：6497Mpa，抗冲击强度：12kJ/m2， 热变形温度：154oC， 极限氧指数：38.3，垂直燃烧级别:FV-0， 烟密度：21，最大热释放速率：110 kW/m2 （以上所有阻燃指标均远优于国家标准——极限氧指数>32，烟密度<75，最大热释放速率：<150kW/m2）
获奖情况及鉴定结果
- 1. 本发明制备的“无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料”，经过国家法定权威检测机构“国家合成树脂质量监督检验中心”的检测，证实了产品具有很好的力学性能和热变形温度；并经过国家法定权威检测机构“国家防火建筑材料质量监督检验中心”的检测，证实了该产品具有很好的阻燃性能（见所附检测报告）。 2. 本发明已经权威科技查新机构“高等学校科技项目咨询及成果查新中心工作站” 进行了国内外范围的查新，确认了本发明的创新性（见所附的“科技查新报告”） 3. 本发明已经由“江苏安格特新材料科技有限公司”进行了中试试验，证实了该发明的实用性，并得到了很高的评价（见所附的“应用报告”）。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术作价入股或一次性转让
作品可展示的形式
- ■实物、产品 ■图片 ■样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：1. 阻燃剂不含卤素，燃烧时低烟低毒；2．添加量比较低，但是其阻燃效率很高，也不影响高分子材料的加工性；在力学性能方面，还可明显提高材料的力学性能。 适用范围与使用说明：无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料可广泛应用于汽车工业、高速轨道交通等领域，除了作内部设备和装饰材料以外，在承重结构上也可以得到应用。在使用时，与普通长玻纤增强聚丙烯复合材料没有什么区别。 推广应用前景、市场分析和经济效益预测：本技术生产出的产品不仅能满足上述领域对于机械强度、阻燃性和环保的要求，同时其制造成本也较低，具有较好的工业化生产潜质。本发明已经进行了中试试验，证实了该发明的实用性，并获得很高的评价，因而本发明具有很好的推广应用前景。本发明可广泛应用于汽车工业、高速轨道交通领域，有着广阔的市场。本项目研究试制的产品正是国际市场急需的产品，特别是环境友好的高性能阻燃长玻纤增强聚丙烯产品，在国际市场上将具有很强的竞争能力，将来的产品可望在国际市场上占有较大的份额，因此可创造出显著的经济和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 目前对于长玻纤增强聚丙烯复合材料的阻燃化研究还不是很多，主要集中在专利文献方面。主要体现在以下两个方面： 一、有关阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的研究。 从所检文献内容中得知，国内外在这方面的研究主要集中在：(1)添加传统的膨胀型阻燃剂进行阻燃，这类膨胀型阻燃剂主要包括三聚氰酸环氧树脂和苯胺环氧树脂包覆的聚磷酸铵或聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物，传统的聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺体系，聚磷酸铵或聚磷酸铵和含氮的有机化合物；这类阻燃剂存在着添加量大等问题。(2)添加无机物进行阻燃，主要是添加金属氢氧化物或金属氢氧化物与三氧化二锑混合物。这类阻燃剂达到所需要的阻燃性能同样需要高的添加量，一般需要添加50%以上。(3)添加卤素阻燃剂进行阻燃，由于添加了卤素阻燃剂的体系在燃烧过程中会释放对人体有害的气体和烟雾，许多国家都颁布法令控制卤素阻燃剂的用量。 二、有关阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的阻燃性能和力学性能研究。 从所检文献内容中得知：（1）对于无卤阻燃体系，由于大量阻燃剂的加入，致使阻燃长玻纤增强聚丙烯的机械性能不是很好；（2）含卤阻燃体系，虽然能够保持一定的力学性能，但是含卤阻燃材料的应用已受到很大限制。在所查国内外文献中，所制备的阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的综合性能都不是很理想。 相比之下，我们添加的无卤膨胀型阻燃剂为一类含阻燃协效剂的线形/支化三嗪类齐/低聚物膨胀型阻燃剂体系，其特点为不含卤素，阻燃效率高，低烟低毒，不影响所在高分子材料的加工性，不但不劣化材料的力学性能，相反还可明显提高材料的力学性能。我们制备长玻纤含量为20%、无卤膨胀阻燃剂含量为20%的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，其拉伸强度为97.5MPa，拉伸模量为7369 MPa，断裂伸长率为5.0%，抗弯强度为137 MPa，抗弯模量为6497 MPa，悬臂梁缺口冲击强度为12kJ/m2，热变形温度为154oC，LOI为38.3，垂直燃烧为F V-0，最大热释放速率为110kW/m2，烟密度为21。与上面所提到的材料相比，我们所制备的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的阻燃性能、力学性能和热变形温度都非常优异权威部门的科技查新报告、性能检测报告和具有代表性企业的应用报告，都充分证明了本作品有着比国内外现有技术更为突出的综合优势，体现出本作品的科学性、创新性和先进性。
