CN104877212A - 一种矿用hdpe阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种矿用HDPE阻燃材料及其制备方法，按照重量份数配比称取HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙、氢氧化镁、2,6-二叔丁基对甲酚、抗氧剂、EVA、硬脂酸铅、EVOH、阻燃剂、CPE、UHMWPE、EPDM和有机蒙脱土，混合后挤出拉片造粒即可；氧指数28-34%，断裂伸长率200-220%；拉伸断裂应力12-15MPa，拉伸屈服应力14-16MPa；离火自熄1-2s，冲击强度3.8-4.2 kJ/m²；弯曲模量1700-1900MPa。

Description

一种矿用HDPE阻燃材料及其制备方法

技术领域

本申请属于HDPE材料制备领域，尤其涉及一种矿用HDPE阻燃材料及其制备方法。

背景技术

高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，简称为“HDPE”），是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃 （四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40摄氏度 低温度下均如此。高密度聚乙烯为无毒，无味，无臭的白色颗粒，熔点为130℃，相对密度为0.946~0.976g/cm3，它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。用于挤出包装薄膜，绳索，编织网，渔网，水管，注塑较低档日用品及外壳，非承载荷构件，胶箱，周转箱，挤出吹塑容器，中空制品，瓶子。用于中空成型制品和吹膜制品如食品包装袋，杂品购物袋，化肥内衬薄膜等。本世纪在管道领域发生了一场革命性的进步，即“以塑代钢”。随着高分子材料科学技术的飞跃进步，塑料管材开发利用的深化，生产工艺的不断改进，塑料管道淋漓尽致地展示其卓越性能。在今天，塑料管材已不再被人们误认为是金属管材的“廉价代用品”。在这场革命中，聚乙烯管道倍受青睐，日益发出夺目的光辉，广泛用于燃气输送、给水、排污、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领域，特别在燃气输送上得到了普遍的应用。HDPE矿用管使用原料性能： 采用高性能超导电炭黑作为抗静电剂，十溴联苯醚及三氧化二锑作为阻燃剂，经充分混合塑化造粒而成。用此专用料生产的瓦斯管物理机械性能达能PE-80级给水管标准，抗静电性能、阻燃性能达到煤炭部MT558.1-2005的标准要求。

HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941~0.960。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。熔化温度120~160℃。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200~250℃之间。高密度聚乙烯是种白色粉末颗粒状产品，无毒、无味，密度在0.940～0.976 g/cm3范围内；结晶度为80%～90%，软化点为125～135℃，使用温度可达100℃；硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好，但与低密度绝缘性比较略差些；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐环境开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以，树脂需加入抗氧剂和紫外线吸收剂等来提高改善这方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情况下的热变形温度较低，这一点应用时要注意。阻燃、抗静电：煤矿用聚乙烯管材的抗静电成分、阻燃成分均匀分布在管材本体中，因而抗静电及阻燃性能指标，不会因使用时间长而受到影响。抗静电、阻燃性能均符合国家标准，适用于井下易燃、易爆的特定场所。重量轻、安装方便:煤矿用聚乙烯管材密度小，单位重量仅为钢管的1/8，玻璃钢管的1/3，因而煤矿用聚乙烯管材不仅运输、安装方便，用在井下时能大大降低工人的劳动强度，提高工作效率。耐腐蚀、不结垢：煤矿用聚乙烯耐腐蚀性及不结垢性强，特别适合用于井下输送高硫水质的水以及输送含钙、镁等离子的水。大大节省防腐及除垢的费用使用寿命远高于钢管，综合经济效益高。自润滑性：煤矿用聚乙烯管内壁光滑，输送流体时阻力小，粗糙度远小于钢管及玻璃钢管道，在相同条件下，可提高输送能力30%。 柔韧性好，抗地质沉降能力强；抗老化、抗快速开裂性能好：煤矿用聚乙烯管材抗老化性能好，低温下不易脆化，抗快速开裂性能好；具有良好的韧性，能有效吸收冲击能；弯曲模量适中，断裂伸长率高达400%以上。在煤矿井下，地质沉降等现象时有发生的特殊作业条件下，煤矿用聚乙烯管与传统质地刚硬的钢管和玻璃钢管相比，能有效的避免断裂事故。耐磨性好：煤矿用聚乙烯管材与钢管的耐磨性对比试验表明，煤矿用聚乙烯管材的耐磨性为钢管的4倍。在煤炭输送领域，同钢管相比，煤矿用聚乙烯管材具有更好的耐磨性，这意味着煤矿用聚乙烯管材具有更长的使用寿命和更好的经济性。抗冲击：聚乙烯的低温 脆化温度极低，可在较低温度下使用。高韧性：断裂伸长率一般超过500%。挠性好：管道可弯曲，用于海上疏浚管道，可减少橡胶软结头。易连接：采用热熔连接、管卡连接或法兰连接，施工方便。

HDPE是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃。虽然HDPE在1956年就已推出，但这种塑料还没达到成熟水平。这种通用材料还在不断开发其新的用途和市场。我国国内高密度聚乙烯（这里的高密度聚乙烯不包括全密度聚乙烯装置生产的高密度聚乙烯）的生产商有中石油、中石化、中海油三大企业，截至2006年年底，属于中石油的高密度聚乙烯装置有4套，即兰州石化高密度聚乙烯装置、大庆石化高密度聚乙烯装置、辽阳石化高密度聚乙烯装置、吉林石化高密度聚乙烯装置。高密度聚乙烯通常使用Ziegler-Natta聚合法制造，其特点是分子链上没有支链，因此分子链排布规整，具有较高的密度。该过程在管式或釜式低压反应器中以乙烯为原料，用氧或有机过氧化物为引发剂引发聚合反应。高密度乙烯属环保材质，加热达到熔点，即可回收再利用。须知塑胶原料可大分为两大类：“热塑性塑胶”（Thermoplastic）及“热固性塑胶”（Thermosetting），“热固性塑胶”是加热到一定温度后变成固化状态，即使继续加热也无法改变其状态，因此，有环保问题的产品是“热固性塑胶”的产品（如轮胎），并非是“热塑性塑胶”的产品（如 塑胶栈板 注:栈板在港澳被称为“夹板”)，所以并非所有“塑胶”皆不环保。HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃 （四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F低温度下均如此。

HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃 （四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F低温度下均如此。各种等级HDPE的独有特性是四种基本变量的适当结合：密度、分子量、分子量分布和添加剂。不同的催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。这些变量相结合生产出不同用途的HDPE品级；在性能上达到最佳的平衡。而随着人性化理念的普及，及新型和谐社会的构成，设计一种拉伸断裂应力高、拉伸屈服应力和断裂伸长率高的矿用HDPE阻燃材料及其制备方法是非常必要的。

发明内容

解决的技术问题：

本申请针对上述技术问题，提供一种矿用HDPE阻燃材料及其制备方法，解决现有HDPE拉伸断裂应力、拉伸屈服应力和断裂伸长率低等技术问题。

技术方案：

一种矿用HDPE阻燃材料，所述矿用HDPE阻燃材料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；氧化锌2-8份；十溴二苯醚5-25份；硬脂酸钙15-35份；氢氧化镁10-30份；2,6-二叔丁基对甲酚0.2-0.8份；抗氧剂0.1-0.5份；EVA20-40份；硬脂酸铅0.5-2.5份；EVOH为15-35份；阻燃剂0.3-0.7份；CPE为15-25份；UHMWPE15-35份；EPDM10-30份；有机蒙脱土为1-5份。

作为本发明的一种优选技术方案：所述矿用HDPE阻燃材料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；氧化锌3-7份；十溴二苯醚10-20份；硬脂酸钙20-30份；氢氧化镁15-25份；2,6-二叔丁基对甲酚0.4-0.6份；抗氧剂0.2-0.4份；EVA25-35份；硬脂酸铅1-2份；EVOH为20-30份；阻燃剂0.4-0.6份；CPE为18-22份；UHMWPE20-30份；EPDM15-25份；有机蒙脱土为2-4份。

作为本发明的一种优选技术方案：所述矿用HDPE阻燃材料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；氧化锌5份；十溴二苯醚15份；硬脂酸钙25份；氢氧化镁20份；2,6-二叔丁基对甲酚0.5份；抗氧剂0.3份；EVA30份；硬脂酸铅1.5份；EVOH为25份；阻燃剂0.5份；CPE为20份；UHMWPE25份；EPDM20份；有机蒙脱土为3份。

作为本发明的一种优选技术方案：所述抗氧剂采用抗氧剂1010或抗氧剂168。

作为本发明的一种优选技术方案：所述阻燃剂采用三氧化二锑或硼酸锌。

作为本发明的一种优选技术方案：所述矿用HDPE阻燃材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：按照重量份数配比称取HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙、氢氧化镁、2,6-二叔丁基对甲酚、抗氧剂、EVA、硬脂酸铅、EVOH、阻燃剂、CPE、UHMWPE、EPDM和有机蒙脱土；

第二步：将HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙和氢氧化镁投入反应釜中加热至60-100℃，搅拌20-40min；

第三步：加入剩余原料，转速为800-1000r/min，温度为80-100℃，搅拌40-60min；

第四步：将混合后的物料投入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度90℃-120℃、140℃-180℃、200℃-240℃和190℃-210℃，螺杆转速20-40r/min。

 有益效果：

本发明所述一种矿用HDPE阻燃材料及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、产品氧指数28-34%，断裂伸长率200-220%；2、拉伸断裂应力12-15MPa，拉伸屈服应力14-16MPa；3、离火自熄1-2s，冲击强度3.8-4.2 kJ/m²；4、弯曲模量1700-1900MPa，可以广泛生产并不断代替现有材料。

具体实施方式

实施例1:

按照重量份数配比称取HDPE100份；氧化锌2份；十溴二苯醚5份；硬脂酸钙15份；氢氧化镁10份；2,6-二叔丁基对甲酚0.2份；抗氧剂0.1份；EVA20份；硬脂酸铅0.5份；EVOH为15份；阻燃剂0.3份；CPE为15份；UHMWPE15份；EPDM10份；有机蒙脱土为1份。

将HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙和氢氧化镁投入反应釜中加热至60℃，搅拌20min，加入剩余原料，转速为800r/min，温度为80℃，搅拌40min。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度90℃-120℃、140℃-180℃、200℃-240℃和190℃-210℃，螺杆转速20r/min。

氧指数28%，断裂伸长率200%；拉伸断裂应力12MPa，拉伸屈服应力14MPa；离火自熄2s，冲击强度3.8kJ/m²；弯曲模量1700MPa。

 实施例2:

按照重量份数配比称取HDPE100份；氧化锌8份；十溴二苯醚25份；硬脂酸钙35份；氢氧化镁30份；2,6-二叔丁基对甲酚0.8份；抗氧剂0.5份；EVA40份；硬脂酸铅2.5份；EVOH为35份；阻燃剂0.7份；CPE为25份；UHMWPE35份；EPDM30份；有机蒙脱土为5份。

将HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙和氢氧化镁投入反应釜中加热至100℃，搅拌40min，加入剩余原料，转速为1000r/min，温度为100℃，搅拌60min。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度90℃-120℃、140℃-180℃、200℃-240℃和190℃-210℃，螺杆转速40r/min。

氧指数29%，断裂伸长率205%；拉伸断裂应力13MPa，拉伸屈服应力14MPa；离火自熄2s，冲击强度3.9 kJ/m²；弯曲模量1750MPa。

 实施例3:

按照重量份数配比称取HDPE100份；氧化锌3份；十溴二苯醚10份；硬脂酸钙20份；氢氧化镁15份；2,6-二叔丁基对甲酚0.4份；抗氧剂0.2份；EVA25份；硬脂酸铅1份；EVOH为20份；阻燃剂0.4份；CPE为18份；UHMWPE20份；EPDM15份；有机蒙脱土为2份。

将HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙和氢氧化镁投入反应釜中加热至60℃，搅拌20min，加入剩余原料，转速为800r/min，温度为80℃，搅拌40min。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度90℃-120℃、140℃-180℃、200℃-240℃和190℃-210℃，螺杆转速25r/min。

氧指数30%，断裂伸长率210%；拉伸断裂应力13MPa，拉伸屈服应力15MPa；离火自熄1s，冲击强度4 kJ/m²；弯曲模量1800MPa。

 实施例4:

按照重量份数配比称取HDPE100份；氧化锌7份；十溴二苯醚20份；硬脂酸钙30份；氢氧化镁25份；2,6-二叔丁基对甲酚0.6份；抗氧剂0.4份；EVA35份；硬脂酸铅2份；EVOH为30份；阻燃剂0.6份；CPE为22份；UHMWPE30份；EPDM25份；有机蒙脱土为4份。

将HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙和氢氧化镁投入反应釜中加热至90℃，搅拌35min，加入剩余原料，转速为950r/min，温度为95℃，搅拌55min。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度90℃-120℃、140℃-180℃、200℃-240℃和190℃-210℃，螺杆转速35r/min。

氧指数32%，断裂伸长率215%；拉伸断裂应力14MPa，拉伸屈服应力15MPa；离火自熄1s，冲击强度4.1 kJ/m²；弯曲模量1850MPa。

 实施例5:

按照重量份数配比称取HDPE100份；氧化锌5份；十溴二苯醚15份；硬脂酸钙25份；氢氧化镁20份；2,6-二叔丁基对甲酚0.5份；抗氧剂0.3份；EVA30份；硬脂酸铅1.5份；EVOH为25份；阻燃剂0.5份；CPE为20份；UHMWPE25份；EPDM20份；有机蒙脱土为3份。

将HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙和氢氧化镁投入反应釜中加热至80℃，搅拌30min，加入剩余原料，转速为900r/min，温度为90℃，搅拌50min。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度90℃-120℃、140℃-180℃、200℃-240℃和190℃-210℃，螺杆转速30r/min。

氧指数34%，断裂伸长率220%；拉伸断裂应力15MPa，拉伸屈服应力16MPa；离火自熄1s，冲击强度4.2 kJ/m²；弯曲模量1900MPa。

 以上实施例中的组合物所有组分均可以商业购买。

上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种矿用HDPE阻燃材料，其特征在于所述矿用HDPE阻燃材料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；氧化锌2-8份；十溴二苯醚5-25份；硬脂酸钙15-35份；氢氧化镁10-30份；2,6-二叔丁基对甲酚0.2-0.8份；抗氧剂0.1-0.5份；EVA20-40份；硬脂酸铅0.5-2.5份；EVOH为15-35份；阻燃剂0.3-0.7份；CPE为15-25份；UHMWPE15-35份；EPDM10-30份；有机蒙脱土为1-5份。

2.根据权利要求1所述的一种矿用HDPE阻燃材料，其特征在于所述矿用HDPE阻燃材料原料按重量份数配比如下：HDPE100份；氧化锌3-7份；十溴二苯醚10-20份；硬脂酸钙20-30份；氢氧化镁15-25份；2,6-二叔丁基对甲酚0.4-0.6份；抗氧剂0.2-0.4份；EVA25-35份；硬脂酸铅1-2份；EVOH为20-30份；阻燃剂0.4-0.6份；CPE为18-22份；UHMWPE20-30份；EPDM15-25份；有机蒙脱土为2-4份。

3.根据权利要求1所述的一种矿用HDPE阻燃材料，其特征在于所述矿用HDPE阻燃材料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；氧化锌5份；十溴二苯醚15份；硬脂酸钙25份；氢氧化镁20份；2,6-二叔丁基对甲酚0.5份；抗氧剂0.3份；EVA30份；硬脂酸铅1.5份；EVOH为25份；阻燃剂0.5份；CPE为20份；UHMWPE25份；EPDM20份；有机蒙脱土为3份。

4.根据权利要求1所述的一种矿用HDPE阻燃材料，其特征在于：所述抗氧剂采用抗氧剂1010或抗氧剂168。

5.根据权利要求1所述的一种矿用HDPE阻燃材料，其特征在于：所述阻燃剂采用三氧化二锑或硼酸锌。

6.一种权利要求1所述矿用HDPE阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：按照重量份数配比称取HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙、氢氧化镁、2,6-二叔丁基对甲酚、抗氧剂、EVA、硬脂酸铅、EVOH、阻燃剂、CPE、UHMWPE、EPDM和有机蒙脱土；

第二步：将HDPE、氧化锌、十溴二苯醚、硬脂酸钙和氢氧化镁投入反应釜中加热至60-100℃，搅拌20-40min；

第三步：加入剩余原料，转速为800-1000r/min，温度为80-100℃，搅拌40-60min；

第四步：将混合后的物料投入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度90℃-120℃、140℃-180℃、200℃-240℃和190℃-210℃，螺杆转速20-40r/min。