CN103613830A - 一种抗静电无卤阻燃uhmwpe/石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗静电无卤阻燃uhmwpe/石墨烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗静电无卤阻燃UHMWPE/石墨烯复合材料及其制备方法。按重量份数，包含：UHMWPE70～120份，阻燃剂6～30份、协效阻燃剂3～15份、流动改性剂2～20份、抗氧剂0.05～2份、抗静电剂3～8份、相容剂2～8份，消烟剂1～3份。本发明采用了新型的抗静电剂用以提高UHMWPE的抗静电性，这种新型的抗静电剂是超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯。这种新型的抗静电剂的优势在于：方面由于石墨烯超高的导电率，能在添加量较少的条件下在基体树脂中形成良好的导电通道，另一方面经过超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯能够很好的分散在UHMWPE并与其界面粘接能力变大。

Description

一种抗静电无卤阻燃UHMWPE/石墨烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯材料，更确切地说，是一种抗静电无卤阻燃UHMWPE/石墨烯复合材料及制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种具有线型结构，综合性能优异的工程塑料，通常把粘均分子量超过150万的线型聚乙烯称为超高分子量聚乙烯，一般其密度为（0.936-0.964）×103kg/m3。UHMWPE因其极高的分子量和相互缠绕的长链状结构，使的它具有优异的耐磨性、耐冲击性、耐腐蚀性和自润滑性等特性，特别是它的综合性能非常突出。UHMWPE可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料用于纺织、造纸、食品机械、运输、医疗、煤矿、化工等部门 。但由于其阻燃性能差、流动性差、以及电阻率高等缺点限制了超高分子量聚乙烯在更高要求以及更特殊的场合的使用。
自从石墨烯2004年被发现以来，其作为一种新型的二维碳纳米材料，具有极好的热导率、电导率，是已知的机械强度最高的物质且具备化学性能稳定透光性好等优点。在室温状况，石墨烯具有惊人的高电子迁移率（electron mobility），其数值超过15000 cm2V-1s-1，其做为新型的抗静电剂具有深远的研究前景。
发明内容
本发明所要解决的技术难题是，克服现有技术的不足，提供一种抗静电无卤阻燃UHMWPE/石墨烯复合材料及制备方法。
本发明的技术解决方案是，按照重量份数，包含：UHMWPE 70～120份，阻燃剂6～30份、协效阻燃剂3～15份、流动改性剂2～20份、抗氧剂0.05～2份、抗静电剂3～8份、相容剂2～8份，消烟剂1～3份；其中，所述的UHMWPE是粘均分子量为150万～800万，热变形温度为83～86℃，熔点为132～136℃的超高分子量聚乙烯。
所述的阻燃剂为磷氮系膨胀性阻燃剂，其包含聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇，三种物质的质量份数的比例为6︰4︰5；
所述的阻燃协效剂为硅酸盐类的物质，可为高岭土、凹凸棒土、埃洛石、蒙脱土中的至少一种；
所述的流动改性剂是液晶高分子聚合物，可为全芳性聚酯液晶、嵌段聚酯型液晶中的至少一种；
所述的抗氧剂为含硫类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；
所述的抗静电剂为超支化聚乙烯表面修饰后的石墨烯；
所述的相容剂为HDPE-g-MAH、HDPE-g-GMA、LLDPE-g-MAH中的至少一种；
所述的消烟剂为钼系消烟剂。
本发明还公开了一种抗静电无卤阻燃UHMWPE/石墨烯复合材料的制备方法，包含以下步骤：
1）将一定量的可膨石墨与超支化聚乙烯放置于四氢呋喃/三氯甲烷（配比为3/4）的混合溶液中进行超声振荡48小时后，再经过2～3小时的离心处理，离心转速为1000～1300rpm，上层清液即为超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯溶液，将上清液放置80～100℃烘箱中干燥10～15h得到干燥粉状石墨烯；
2）将1）中的超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯、阻燃剂、协效阻燃剂、抗氧剂、相容剂、流动改性剂以及消烟剂与UHMWPE在高速混合机中混合均匀，转速为800r/min，时间为10～15min；
3）将步骤2）所得的原料通过热压成型的方法制得抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料。
与现有技术相比，本发明方法具有以下优点：
（1）本发明制备出的超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯做为新型的抗静电剂。其一方面由于石墨烯超高的导电率，能在添加量较少的条件下在基体树脂中形成良好的导电通道，另一方面经过超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯能够很好的分散在UHMWPE并与其界面粘接能力变大；
（2）采用的热致型液晶高分子做为流动改性剂能够使UHMWPE在加工过程中流动性变好从而有利于石墨烯在基体树脂中的分散并且增加树脂的韧性；
（3）采用硅酸盐类的物质做为阻燃协效剂能够在基体燃烧的过程中形成致密稳定的含硅焦化炭保护层，加强了隔热、防止溶滴滴落以及阻止高聚物热降解挥发物逸出等效果。
具体实施方式
实施例1
按重量份计，将70份超高分子量聚乙烯，8份阻燃剂，4份协效阻燃剂，3份流动改性剂，0.1份抗氧剂，2份抗静电剂，3份相容剂，2份消烟剂。先将一定量的可膨石墨与超支化聚乙烯放置于四氢呋喃/三氯甲烷（配比为3/4）的混合溶液中进行超声振荡48小时后，再经过2小时的离心处理，离心转速为1000rpm，上层清液即为超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯溶液，将上清液放置80℃烘箱中干燥10h得到干燥粉状石墨烯。然后将UHMWPE与各类助剂高速混合后用模压成型法在220℃以及24兆帕的条件下熔融压制。
实施例2
按重量份计，将80份超高分子量聚乙烯，10份阻燃剂，5份协效阻燃剂，5份流动改性剂，0.2份抗氧剂，4份抗静电剂，4份相容剂，2份消烟剂。先将一定量的可膨石墨与超支化聚乙烯放置于四氢呋喃/三氯甲烷（配比为3/4）的混合溶液中进行超声振荡48小时后，再经过2小时的离心处理，离心转速为1100rpm，上层清液即为超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯溶液，将上清液放置80℃烘箱中干燥12h得到干燥粉状石墨烯。然后将UHMWPE与各类助剂高速混合后用模压成型法在220℃以及24兆帕的条件下熔融压制。
实施例3
按重量份计，将100份超高分子量聚乙烯，12份阻燃剂，7份协效阻燃剂，6份流动改性剂，0.4份抗氧剂，5份抗静电剂，6份相容剂，3份消烟剂。先将一定量的可膨石墨与超支化聚乙烯放置于四氢呋喃/三氯甲烷（配比为3/4）的混合溶液中进行超声振荡48小时后，再经过3小时的离心处理，离心转速为1200rpm，上层清液即为超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯溶液，将上清液放置90℃烘箱中干燥12h得到干燥粉状石墨烯。然后将UHMWPE与各类助剂高速混合后用模压成型法在220℃以及24兆帕的条件下熔融压制。
实施例4
按重量份计，将110份超高分子量聚乙烯，15份阻燃剂，9份协效阻燃剂，8份流动改性剂，0.5份抗氧剂，6份抗静电剂，7份相容剂，3份消烟剂。先将一定量的可膨石墨与超支化聚乙烯放置于四氢呋喃/三氯甲烷（配比为3/4）的混合溶液中进行超声振荡48小时后，再经过3小时的离心处理，离心转速为1300rpm，上层清液即为超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯溶液，将上清液放置90℃烘箱中干燥14h得到干燥粉状石墨烯。然后将UHMWPE与各类助剂高速混合后用模压成型法在220℃以及24兆帕的条件下熔融压制。
实施例5
按重量份计，将120份超高分子量聚乙烯，17份阻燃剂，12份协效阻燃剂，12份流动改性剂，1份抗氧剂，8份抗静电剂，8份相容剂，3份消烟剂。先将一定量的可膨石墨与超支化聚乙烯放置于四氢呋喃/三氯甲烷（配比为3/4）的混合溶液中进行超声振荡48小时后，再经过3小时的离心处理，离心转速为1300rpm，上层清液即为超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯溶液，将上清液放置100℃烘箱中干燥15h得到干燥粉状石墨烯。然后将UHMWPE与各类助剂高速混合后用模压成型法在220℃以及24兆帕的条件下熔融压制。

Claims (3)

1.一种抗静电无卤阻燃UHMWPE/石墨烯复合材料,其特征在于：按照重量份数，包含：UHMWPE70～120份，阻燃剂6～30份、协效阻燃剂3～15份、流动改性剂2～20份、抗氧剂0.05～2份、抗静电剂3～8份、相容剂2～8份，消烟剂1～3份；其中，所述的抗静电剂为超支化聚乙烯表面修饰后的石墨烯。
2.如权利要求1所述的一种抗静电无卤阻燃UHMWPE/石墨烯复合材料,其特征在于：所述的UHMWPE是粘均分子量为150万～800万，热变形温度为83～86℃，熔点为132～136℃的超高分子量聚乙烯；
所述的阻燃剂为磷氮系膨胀性阻燃剂，其包含聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇，三种物质的质量份数的比例为6︰4︰5；
所述的阻燃协效剂为硅酸盐类的物质，可为高岭土、凹凸棒土、埃洛石、蒙脱土中的至少一种；
所述的流动改性剂是液晶高分子聚合物，可为全芳性聚酯液晶、嵌段聚酯型液晶中的至少一种；
所述的抗氧剂为含硫类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；
所述的相容剂为HDPE-g-MAH、HDPE-g-GMA、LLDPE-g-MAH中的至少一种；
所述的消烟剂为钼系消烟剂。
3.一种抗静电无卤阻燃UHMWPE/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）将一定量的可膨石墨与超支化聚乙烯放置于四氢呋喃/三氯甲烷（配比为3/4）的混合溶液中进行超声振荡48小时后，再经过2～3小时的离心处理，离心转速为1000～1300rpm，上层清液即为超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯溶液，将上清液放置80～100℃烘箱中干燥10～15h得到干燥粉状石墨烯；
（2）将步骤（1）中的超支化聚乙烯表面修饰的石墨烯、阻燃剂、协效阻燃剂、抗氧剂、相容剂、流动改性剂以及消烟剂与UHMWPE在高速混合机中混合均匀，转速为800r/min，时间为10～15min；
（3）将步骤（2）所得的原料通过热压成型的方法制得抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料。
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