本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种纳米阻燃复合材料及其制备方法。
背景技术：
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、纳米碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。聚丙烯(PP)是一种半结晶的热塑性塑料，其具有良好的力学性能、耐化学腐蚀及耐热性能，且相比于PBT塑料，PP的价格相对较低，PP是用量最为广泛的通用塑料之一，被广泛应用家电、汽车、纺织、OA办公、家具卫浴、食品包装等行业。但PP化学结构决定其极易燃烧，氧指数为17.4～18.5，属易燃材料，极易传播火焰，使PP在许多领域应用受到限制。随着科学技术的不断进步，人民越来越关注生命财产的保护，阻燃材料的开发前景广阔。专利申请号为201310178355.5公开了一种阻燃纳米复合材料，采用阻燃剂、抗氧剂、增韧剂、纳米氧化物粉体对聚乙烯树脂进行改性，其选用的阻燃剂三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝为无机阻燃剂，阻燃效果一般，使用量大，已造成复合材料性能降低，且所用的阻燃剂不溶于去离子水，致使反应难彻底，制备的复合材料性能不够稳定。基于上述陈述，本发明提出了一种纳米阻燃复合材料及其制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种纳米阻燃复合材料及其制备方法。
一种纳米阻燃复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂30～50份、环氧树脂15～25份、聚对苯二甲酸乙二酯20～30份、纳米材料5～15份、纳米碳纤维8～15份、乙酸乙酯6～10份、沸石2～6份、阻燃剂0.8～1.5份、稳定剂1～3份、润滑剂1～3份、固化剂1.2～3.6份。
优选的，所述的一种纳米阻燃复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂35～45份、环氧树脂18～22份、聚对苯二甲酸乙二酯22～28份、纳米材料8～12份、纳米碳纤维10～14份、乙酸乙酯7～9份、沸石3～5份、阻燃剂1～1.4份、稳定剂1.5～2.5份、润滑剂1.5～2.5份、固化剂1.5～3份。
优选的，所述的一种纳米阻燃复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂40份、环氧树脂20份、聚对苯二甲酸乙二酯25份、纳米材料10份、纳米碳纤维12份、乙酸乙酯8份、沸石4份、阻燃剂1.2份、稳定剂2份、润滑剂2份、固化剂3份。
优选的，所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子，其中，各组分的重量百分比为纳米氧化锌15～25％、纳米二氧化钛20～40％、纳米二氧化硅20～40％、纳米银离子10～20％、纳米铜离子5～10％。
优选的，所述阻燃剂为溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂、磷系阻燃剂和氮系阻燃剂中的至少一种。
本发明还提出了一种纳米阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的聚丙烯树脂、环氧树脂和聚对苯二甲酸乙二酯分别进行高温软化，然后以300～480r/min的转速进行搅拌混合，搅拌0.6～1h，得混合树脂；
S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和阻燃剂加入到研磨机中，加入所述比重的乙酸乙酯，进行研磨混合三次，每次研磨3～8min，得混合助剂；
S3、将步骤S1中的混合树脂降温至80～110℃，加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂，以步骤S1中的转速混合搅拌8～15min，得混合料；
S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温120～150℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后，经切粒机切粒即得。
优选的，所述步骤S1中聚丙烯树脂的加热温度为165～180℃，加热时间为1～3h；环氧树脂的加热温度为136～152℃，加热时间为1～3h、聚对苯二甲酸乙二酯的加热温度为238～250℃，加热时间为2～2.5h。
本发明提出的一种纳米阻燃复合材料，其具有显著的阻燃性能、抗菌性和抗老化性，其力学性能好，耐低温冲击性好，本发明还提出了一种纳米阻燃复合材料的制备方法，采用性能优良且能相互补强的树脂进行共混，然后对共混后的树脂进行改性，制备方法简单、制备条件温和，本发明所用阻燃剂均为环保阻燃剂，用量少，不会降低复合材料的性能，其阻燃效果好，安全环保，燃烧时不会对环境造成污染，本发明所得复合材料性能稳定，可得广泛应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本发明提出的一种纳米阻燃复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂42份、环氧树脂18份、聚对苯二甲酸乙二酯22份、纳米材料8份、纳米碳纤维12份、乙酸乙酯8份、沸石4份、氮系阻燃剂1份、稳定剂1份、润滑剂2.5份、固化剂2.4份。
所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子，其中，各组分的重量百分比为纳米氧化锌18％、纳米二氧化钛30％、纳米二氧化硅29％、纳米银离子15％、纳米铜离子8％。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至168℃，加热2.5h，将所述比重的环氧树脂加热至140℃，加热2.5h，将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至240℃，加热2.2h后，将上述完成加热软化操作的树脂以400r/min的转速进行搅拌混合，搅拌0.8h，得混合树脂；
S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和氮系阻燃剂加入到研磨机中，加入所述比重的乙酸乙酯，进行研磨混合三次，每次研磨4min，得混合助剂；
S3、将步骤S1中的混合树脂降温至100℃，加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂，以步骤S1中的转速混合搅拌8min，得混合料；
S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温140℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后，经切粒机切粒即得。
实施例二
本发明提出的一种纳米阻燃复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂50份、环氧树脂15份、聚对苯二甲酸乙二酯28份、纳米材料12份、纳米碳纤维10份、乙酸乙酯9份、沸石3份、溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂1.2份、稳定剂1.5份、润滑剂2份、固化剂1.8份。
所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子，其中，各组分的重量百分比为纳米氧化锌22％、纳米二氧化钛25％、纳米二氧化硅36％、纳米银离子12％、纳米铜离子5％。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至175℃，加热2h，将所述比重的环氧树脂加热至150℃，加热1.5h，将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至245℃，加热2.1h后，将上述完成加热软化操作的树脂以350r/min的转速进行搅拌混合，搅拌0.9h，得混合树脂；
S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂加入到研磨机中，加入所述比重的乙酸乙酯，进行研磨混合三次，每次研磨6min，得混合助剂；
S3、将步骤S1中的混合树脂降温至80℃，加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂，以步骤S1中的转速混合搅拌15min，得混合料；
S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温120℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后，经切粒机切粒即得。
实施例三
本发明提出的一种纳米阻燃复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂48份、环氧树脂22份、聚对苯二甲酸乙二酯25份、纳米材料10份、纳米碳纤维8份、乙酸乙酯6份、沸石2份、磷系阻燃剂0.8份、稳定剂3份、润滑剂1份、固化剂2.8份。
所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子，其中，各组分的重量百分比为纳米氧化锌25％、纳米二氧化钛20％、纳米二氧化硅28％、纳米银离子18％、纳米铜离子9％。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至180℃，加热1h，将所述比重的环氧树脂加热至136℃，加热3h，将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至238℃，加热2.4h后，将上述完成加热软化操作的树脂以480r/min的转速进行搅拌混合，搅拌0.6h，得混合树脂；
S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和磷系阻燃剂加入到研磨机中，加入所述比重的乙酸乙酯，进行研磨混合三次，每次研磨5min，得混合助剂；
S3、将步骤S1中的混合树脂降温至110℃，加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂，以步骤S1中的转速混合搅拌10min，得混合料；
S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温150℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后，经切粒机切粒即得。
实施例四
本发明提出的一种纳米阻燃复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂45份、环氧树脂25份、聚对苯二甲酸乙二酯20份、纳米材料15份、纳米碳纤维15份、乙酸乙酯10份、沸石5份、氮系阻燃剂1.5份、稳定剂2.5份、润滑剂3份、固化剂3.6份。
所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子，其中，各组分的重量百分比为纳米氧化锌15％、纳米二氧化钛34％、纳米二氧化硅34％、纳米银离子10％、纳米铜离子7％。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至165℃，加热3h，将所述比重的环氧树脂加热至152℃，加热1h，将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至250℃，加热2h后，将上述完成加热软化操作的树脂以300r/min的转速进行搅拌混合，搅拌1h，得混合树脂；
S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和氮系阻燃剂加入到研磨机中，加入所述比重的乙酸乙酯，进行研磨混合三次，每次研磨8min，得混合助剂；
S3、将步骤S1中的混合树脂降温至95℃，加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂，以步骤S1中的转速混合搅拌12min，得混合料；
S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温130℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后，经切粒机切粒即得。
实施例五
本发明提出的一种纳米阻燃复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂40份、环氧树脂20份、聚对苯二甲酸乙二酯30份、纳米材料5份、纳米碳纤维9份、乙酸乙酯7份、沸石6份、溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂0.9份、稳定剂2份、润滑剂1.5份、固化剂3份。
所述纳米材料包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米银离子和纳米铜离子，其中，各组分的重量百分比为纳米氧化锌20％、纳米二氧化钛28％、纳米二氧化硅22％、纳米银离子20％、纳米铜离子10％。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的聚丙烯树脂加热至178℃，加热1.5h，将所述比重的环氧树脂加热至144℃，加热2h，将所述比重的聚对苯二甲酸乙二酯加热至242℃，加热2.5h后，将上述完成加热软化操作的树脂以420r/min的转速进行搅拌混合，搅拌0.7h，得混合树脂；
S2、加入所述比重的沸石、纳米材料、纳米碳纤维和溴季戊四醇磷酸酯类阻燃剂加入到研磨机中，加入所述比重的乙酸乙酯，进行研磨混合三次，每次研磨3min，得混合助剂；
S3、将步骤S1中的混合树脂降温至90℃，加入步骤S2所得的混合助剂和所述比重的稳定剂和润滑剂，以步骤S1中的转速混合搅拌9min，得混合料；
S4、将步骤S3中所得的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温135℃下挤出后经分段冷水槽冷却至室温后，经切粒机切粒即得。
将上述实施例一～五中制备出的纳米阻燃复合材料的阻燃性能进行分析比较，得出如下结果：
备注：阻燃性按UL-94标准判断。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。