CN105440406A - 一种高阻燃改性聚乙烯管材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高阻燃改性聚乙烯管材，其原料包括：高密度聚乙烯、硅树脂、聚丙烯、三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝聚苯醚、过氧化叔丁醇、四氧化三铁、硫酸钡、纳米碳酸钙、硅酸钙晶须、聚丙烯腈纤维、抗静电剂、润滑剂、抗氧剂、阻燃剂；阻燃剂按照以下工艺制备：将聚乙烯、硅橡胶、马来酸酐和过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，加入挤出机中一次造粒得到改性剂；将氢氧化铝纳米纤维、碳纳米管、硼酸锌、氢氧化镁、滑石粉、改性剂加入挤出机中二次造粒，然后与磷酸三苯酯、对苯二酚双二苯基磷酸酯、聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀。本发明提出的高阻燃改性聚乙烯管材，其强度高，耐压性好，耐热性和阻燃性能优异，使用寿命长。

Description

一种高阻燃改性聚乙烯管材
技术领域
本发明涉及管材技术领域，尤其涉及一种高阻燃改性聚乙烯管材。
背景技术
聚乙烯具有较高的强度，能承受一定的应变；具有良好的柔韧性和耐低温性；对酸性和碱性物质具有优越的抗腐蚀性；重量轻，易加工成型，且便于安装，目前已被广泛应用于城市供水、排水、城市燃气供应以及农用灌溉等领域。随着社会的发展，人们对聚乙烯管材的性能提出了更高的要求，单纯的聚乙烯材料已不能完全满足社会的需要，往往需要通过物理或者化学方法进行改性来提高其性能。但是聚乙烯属于非极性聚合物，与无机物、极性高分子相容性弱，现有的聚乙烯管材其强度仍不是很理想，再加上其为高分子材料，存在阻燃性欠佳的缺陷，从而限制了聚乙烯管材的应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高阻燃改性聚乙烯管材，其强度高，耐压性好，耐热性和阻燃性能优异，使用寿命长。
本发明提出的一种高阻燃改性聚乙烯管材，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯50-75份、硅树脂25-50份、聚丙烯10-20份、三元乙丙橡胶2-5份、马来酸酐接枝聚苯醚3-8份、过氧化叔丁醇0.2-1份、四氧化三铁2-10份、硫酸钡2-5份、纳米碳酸钙5-15份、硅酸钙晶须2-5份、聚丙烯腈纤维3-10份、抗静电剂0.5-3份、润滑剂0.2-1份、抗氧剂0.5-1.5份、阻燃剂3-10份；
其中，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将5-10份聚乙烯、2-5份硅橡胶、0.1-0.5份马来酸酐和0.01-0.05份过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，然后加入挤出机中进行一次造粒得到改性剂；按重量份将5-12份氢氧化铝纳米纤维、3-15份碳纳米管、3-15份硼酸锌、3-10份氢氧化镁、3-15份滑石粉、2-10份改性剂加入挤出机中进行二次造粒，然后与2-10份磷酸三苯酯、2-10份对苯二酚双二苯基磷酸酯、5-15份聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀得到所述阻燃剂。
优选地，其原料中，高密度聚乙烯、硅树脂、聚丙烯的重量比为60-68：35-40：13-17。
优选地，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯62-65份、硅树脂37-39份、聚丙烯15-20份、三元乙丙橡胶3.5-4.2份、马来酸酐接枝聚苯醚5.5-7份、过氧化叔丁醇0.5-0.8份、四氧化三铁5-8.5份、硫酸钡3.2-4份、纳米碳酸钙9-12份、硅酸钙晶须3.2-4份、聚丙烯腈纤维5.8-7份、抗静电剂2-2.8份、润滑剂0.5-0.8份、抗氧剂0.8-1.2份、阻燃剂7-9份。
优选地，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯63份、硅树脂38份、聚丙烯19份、三元乙丙橡胶4份、马来酸酐接枝聚苯醚6.2份、过氧化叔丁醇0.7份、四氧化三铁7份、硫酸钡3.8份、纳米碳酸钙10份、硅酸钙晶须3.6份、聚丙烯腈纤维6份、抗静电剂2.3份、润滑剂0.7份、抗氧剂1份、阻燃剂8份。
优选地，所述抗静电剂为含锌聚醚酯酰胺、聚醚酯聚酰亚胺、聚乙二醇十六烷基醚、十二烷基磺酸钠、氧化石墨烯、炭黑中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、环氧大豆油、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DNP、抗氧剂CA、抗氧剂246、抗氧剂168中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将8份聚乙烯、3.5份硅橡胶、0.4份马来酸酐和0.02份过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，然后加入挤出机中进行一次造粒得到改性剂；按重量份将10份氢氧化铝纳米纤维、10份碳纳米管、8份硼酸锌、7份氢氧化镁、12份滑石粉、8份改性剂加入挤出机中进行二次造粒，然后与7份磷酸三苯酯、8份对苯二酚双二苯基磷酸酯、12份聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀得到所述阻燃剂。
本发明中，以高密度聚乙烯为主料，配合添加了硅树脂和聚丙烯对其改性，并添加了三元乙丙橡胶和马来酸酐接枝聚苯醚作为相容剂，其中相容剂的分子链与高密度聚乙烯、硅树脂和聚丙烯的分子链相互缠绕，改善了高密度聚乙烯、硅树脂和聚丙烯的相容性，显著提高了管材的抗冲击强度和抗压强度，同时赋予管材优异的耐热性、耐腐蚀性、耐水性和耐磨性，另外马来酸酐接枝聚苯醚中的马来酸酐与体系中的四氧化三铁、硫酸钡、纳米碳酸钙进行作用，提高了无机填料与基体的界面结合强度，显著提高了管材的耐热性、耐老化性和耐腐蚀性；硅酸钙晶须和聚丙烯腈纤维加入体系中，在基体中形成了三维的交叉结构，大幅度提高了管材的力学性能和耐长期蠕变性能，防止了因四氧化三铁、硫酸钡和纳米碳酸钙的加入引起的强度降低的缺陷，改善了管材的综合性能；在阻燃剂的制备过程中，首先选择了马来酸酐和硅橡胶与聚乙烯进行反应，成功的将马来酸酐和硅橡胶接枝到了聚乙烯分子中，因其中含有的硅组分，大幅度降低了聚乙烯的分解温度，赋予管材一定的阻燃性，且分解过程中产生的二氧化硅提高了体系分解的残余率，进一步改善了体系的阻燃性，之后按一定的比例与氢氧化铝纳米纤维、碳纳米管、硼酸锌、氢氧化镁、滑石粉混合造粒后，再与磷酸三苯酯、对苯二酚双二苯基磷酸酯和聚苯基膦酸二苯砜酯混合得到阻燃剂，将得到的阻燃剂加入体系中，在体系中分散均匀，使各物质的阻燃性能协同，在管材燃烧的过程中形成了坚硬致密的碳化层，并降低了管材的热释放速率，减慢了管材的热分解速率，减少了发烟量，显著提高了管材的耐热性和阻燃性，并起到了一定的抑烟效果。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高阻燃改性聚乙烯管材，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯75份、硅树脂25份、聚丙烯20份、三元乙丙橡胶2份、马来酸酐接枝聚苯醚8份、过氧化叔丁醇0.2份、四氧化三铁10份、硫酸钡2份、纳米碳酸钙15份、硅酸钙晶须2份、聚丙烯腈纤维10份、抗静电剂0.5份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份、阻燃剂10份；
其中，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将5份聚乙烯、5份硅橡胶、0.1份马来酸酐和0.05份过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，然后加入挤出机中进行一次造粒得到改性剂；按重量份将5份氢氧化铝纳米纤维、15份碳纳米管、3份硼酸锌、10份氢氧化镁、3份滑石粉、10份改性剂加入挤出机中进行二次造粒，然后与2份磷酸三苯酯、10份对苯二酚双二苯基磷酸酯和5份聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀得到所述阻燃剂。
实施例2
本发明提出的一种高阻燃改性聚乙烯管材，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯50份、硅树脂50份、聚丙烯10份、三元乙丙橡胶5份、马来酸酐接枝聚苯醚3份、过氧化叔丁醇1份、四氧化三铁2份、硫酸钡5份、纳米碳酸钙5份、硅酸钙晶须5份、聚丙烯腈纤维3份、十二烷基磺酸钠1.5份、氧化石墨烯1.5份、硬脂酸钙0.2份、抗氧剂1681.5份、阻燃剂3份；
其中，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将10份聚乙烯、2份硅橡胶、0.5份马来酸酐和0.01份过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，然后加入挤出机中进行一次造粒得到改性剂；按重量份将12份氢氧化铝纳米纤维、3份碳纳米管、15份硼酸锌、3份氢氧化镁、15份滑石粉、2份改性剂加入挤出机中进行二次造粒，然后与10份磷酸三苯酯、2份对苯二酚双二苯基磷酸酯和15份聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀得到所述阻燃剂。
实施例3
本发明提出的一种高阻燃改性聚乙烯管材，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯62份、硅树脂39份、聚丙烯15份、三元乙丙橡胶4.2份、马来酸酐接枝聚苯醚5.5份、过氧化叔丁醇0.8份、四氧化三铁5份、硫酸钡4份、纳米碳酸钙9份、硅酸钙晶须4份、聚丙烯腈纤维5.8份、含锌聚醚酯酰胺0.5份、聚醚酯聚酰亚胺0.5份、聚乙二醇十六烷基醚0.3份、十二烷基磺酸钠0.5份、氧化石墨烯0.3份、炭黑0.7份、硬脂酸锌0.4份、硬脂酸0.1份、抗氧剂10100.2份、抗氧剂DNP0.3份、抗氧剂CA0.2份、抗氧剂2460.2份、抗氧剂1680.3份、阻燃剂7份；
其中，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将8份聚乙烯、4.2份硅橡胶、0.3份马来酸酐和0.035份过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，然后加入挤出机中进行一次造粒得到改性剂；按重量份将7份氢氧化铝纳米纤维、12份碳纳米管、7份硼酸锌、8份氢氧化镁、6份滑石粉、8.5份改性剂加入挤出机中进行二次造粒，然后与5份磷酸三苯酯、8份对苯二酚双二苯基磷酸酯和9份聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀得到所述阻燃剂。
实施例4
本发明提出的一种高阻燃改性聚乙烯管材，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯65份、硅树脂37份、聚丙烯20份、三元乙丙橡胶3.5份、马来酸酐接枝聚苯醚7份、过氧化叔丁醇0.5份、四氧化三铁8.5份、硫酸钡3.2份、纳米碳酸钙12份、硅酸钙晶须3.2份、聚丙烯腈纤维7份、聚醚酯聚酰亚胺1.2份、聚乙二醇十六烷基醚0.8份、硬脂酸0.2份、环氧大豆油0.3份、聚乙烯蜡0.2份、抗氧剂DNP0.5份、抗氧剂CA0.3份、阻燃剂9份；
其中，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将7份聚乙烯、3份硅橡胶、0.38份马来酸酐和0.025份过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，然后加入挤出机中进行一次造粒得到改性剂；按重量份将10份氢氧化铝纳米纤维、8份碳纳米管、11份硼酸锌、5.8份氢氧化镁、12份滑石粉、5份改性剂加入挤出机中进行二次造粒，然后与7份磷酸三苯酯、6份对苯二酚双二苯基磷酸酯和12份聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀得到所述阻燃剂。
实施例5
本发明提出的一种高阻燃改性聚乙烯管材，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯63份、硅树脂38份、聚丙烯19份、三元乙丙橡胶4份、马来酸酐接枝聚苯醚6.2份、过氧化叔丁醇0.7份、四氧化三铁7份、硫酸钡3.8份、纳米碳酸钙10份、硅酸钙晶须3.6份、聚丙烯腈纤维6份、含锌聚醚酯酰胺2.3份、硬脂酸钙0.1份、硬脂酸锌0.1份、硬脂酸0.2份、环氧大豆油0.05份、聚乙烯蜡0.05份、乙撑双硬脂酰胺0.1份、季戊四醇硬脂酸酯0.1份、抗氧剂10101份、阻燃剂8份；
其中，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将8份聚乙烯、3.5份硅橡胶、0.4份马来酸酐和0.02份过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，然后加入挤出机中进行一次造粒得到改性剂；按重量份将10份氢氧化铝纳米纤维、10份碳纳米管、8份硼酸锌、7份氢氧化镁、12份滑石粉、8份改性剂加入挤出机中进行二次造粒，然后与7份磷酸三苯酯、8份对苯二酚双二苯基磷酸酯和12份聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀得到所述阻燃剂。
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。

Claims (8)

1.一种高阻燃改性聚乙烯管材，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯50-75份、硅树脂25-50份、聚丙烯10-20份、三元乙丙橡胶2-5份、马来酸酐接枝聚苯醚3-8份、过氧化叔丁醇0.2-1份、四氧化三铁2-10份、硫酸钡2-5份、纳米碳酸钙5-15份、硅酸钙晶须2-5份、聚丙烯腈纤维3-10份、抗静电剂0.5-3份、润滑剂0.2-1份、抗氧剂0.5-1.5份、阻燃剂3-10份；
其中，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将5-10份聚乙烯、2-5份硅橡胶、0.1-0.5份马来酸酐和0.01-0.05份过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，然后加入挤出机中进行一次造粒得到改性剂；按重量份将5-12份氢氧化铝纳米纤维、3-15份碳纳米管、3-15份硼酸锌、3-10份氢氧化镁、3-15份滑石粉、2-10份改性剂加入挤出机中进行二次造粒，然后与2-10份磷酸三苯酯、2-10份对苯二酚双二苯基磷酸酯和5-15份聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀得到所述阻燃剂。
2.根据权利要求1所述高阻燃改性聚乙烯管材，其特征在于，其原料中，高密度聚乙烯、硅树脂、聚丙烯的重量比为60-68：35-40：13-17。
3.根据权利要求1或2所述高阻燃改性聚乙烯管材，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯62-65份、硅树脂37-39份、聚丙烯15-20份、三元乙丙橡胶3.5-4.2份、马来酸酐接枝聚苯醚5.5-7份、过氧化叔丁醇0.5-0.8份、四氧化三铁5-8.5份、硫酸钡3.2-4份、纳米碳酸钙9-12份、硅酸钙晶须3.2-4份、聚丙烯腈纤维5.8-7份、抗静电剂2-2.8份、润滑剂0.5-0.8份、抗氧剂0.8-1.2份、阻燃剂7-9份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高阻燃改性聚乙烯管材，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯63份、硅树脂38份、聚丙烯19份、三元乙丙橡胶4份、马来酸酐接枝聚苯醚6.2份、过氧化叔丁醇0.7份、四氧化三铁7份、硫酸钡3.8份、纳米碳酸钙10份、硅酸钙晶须3.6份、聚丙烯腈纤维6份、抗静电剂2.3份、润滑剂0.7份、抗氧剂1份、阻燃剂8份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述高阻燃改性聚乙烯管材，其特征在于，所述抗静电剂为含锌聚醚酯酰胺、聚醚酯聚酰亚胺、聚乙二醇十六烷基醚、十二烷基磺酸钠、氧化石墨烯、炭黑中的一种或者多种的混合物。
6.根据权利要求1-5中任一项所述高阻燃改性聚乙烯管材，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、环氧大豆油、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或者多种的混合物。
7.根据权利要求1-6中任一项所述高阻燃改性聚乙烯管材，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DNP、抗氧剂CA、抗氧剂246、抗氧剂168中的一种或者多种的混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高阻燃改性聚乙烯管材，其特征在于，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将8份聚乙烯、3.5份硅橡胶、0.4份马来酸酐和0.02份过氧化苯甲酰加入混合机中混合均匀，然后加入挤出机中进行一次造粒得到改性剂；按重量份将10份氢氧化铝纳米纤维、10份碳纳米管、8份硼酸锌、7份氢氧化镁、12份滑石粉、8份改性剂加入挤出机中进行二次造粒，然后与7份磷酸三苯酯、8份对苯二酚双二苯基磷酸酯和12份聚苯基膦酸二苯砜酯混合均匀得到所述阻燃剂。
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