CN106700329A - 一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其作法是：A、将100份质量的SG‑5型PVC树脂、10‑15份质量的氯化聚乙烯、4‑8份质量的水铝钙石、2‑5份质量的硬脂酸镁、1‑3份质量的聚乙烯蜡、10‑15份质量的增塑剂、8‑10份质量的炭黑和1‑3份质量的碳纳米管，放入搅拌机中，进行转速为200‑500r/min、时间为3‑5min的搅拌，得混合物料；B、将A步得到的混合物料在双螺杆挤塑机中挤塑成型为管道，即得。该方法制得的煤矿通风管道既具有高的抗静电性能，又具有优良的抗冲击性能。

Description

一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法
技术领域
本发明属于煤矿通风管道制备技术领域。
背景技术
煤矿开采会产生大量瓦斯气体，利用专用通风管道将瓦斯气体从管道中抽采出来，送到安全地点是保证煤矿安全生产的重要前提。一座现代化矿井中，需要铺设上百公里的通风管道。随着高分子材料复合改性技术的研究发展，以PVC材料为代表的塑料管相继出现。在2005年国家出台了煤矿井下用塑料管的行业标准(MT 558.2-2005),为高分子材料管道在煤矿瓦斯抽采管道领域的应用提供了标准依据。然而，与钢质材料管道相比，PVC管道抗腐蚀、耐老化且价格低廉；但是，由于PVC有着优异的介电性能，其表面电阻高达1014-1017，PVC管道在使用过程中，因摩擦等原因产生的静电无法释放，静电积累到一定程度产生火花，从而引发煤矿发生爆炸等重大恶性事故。总之，其抗静电性能差，需要进行抗静电改性。
在国家规定的标准中，煤矿瓦斯抽采用PVC管道在200mm长度下的表面电阻需要低于108。目前主要通过添加抗静电剂来制备抗静电PVC管道，但抗静电效果并不持久，且受环境制约；导电填料如炭黑等的添加可以一定程度提高PVC管道的抗静电性，但添加量较大，会导致其机械加工性能下降。添加金属或者金属氧化物，成本较高，且与PVC相容性较差，容易导致PVC管道力学性能特别是韧性的大幅下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，该方法制得的煤矿通风管道既具有高的抗静电性能，又具有优良的抗冲击性能。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其作法是：
A、将100份质量的SG-5型PVC树脂、10-15份质量的氯化聚乙烯、4-8份质量的水铝钙石、2-5份质量的硬脂酸镁、1-3份质量的聚乙烯蜡、10-15份质量的增塑剂、8-10份质量的炭黑和1-3份质量的碳纳米管，放入搅拌机中，进行转速为200-500r/min、时间为3-5min的搅拌，得混合物料；
B、将A步得到的混合物料在双螺杆挤塑机中挤塑成型为管道，即得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、炭黑以及碳纳米管作为导电填料，可以形成稳定的导电网络，进而有效的转移电荷，长久的保持和改善管道的抗静电性能。
二、碳纳米管作为长径比较大的纳米填料，与零维炭黑相复合，可以在极低含量下形成导电网络；从而可以有效的降低炭黑的添加量，改善管道的后续机械加工性能。另一方面，炭黑可以在加工剪切过程中有效瓦解部分碳管缠结，有利于导电网络的形成，降低碳纳米管的用量，节约成本。
三、碳纳米管力学性能优异，可以有效的改善PVC材料的力学性能，其次相较于抗静电剂、金属以及金属氧化物，高分子链更容易缠绕吸附在链状且长径比大的碳纳米管表面，两者相容性更好，因此有利于改善材料的力学性能，在良好相容性的保证下，碳管与炭黑形成的网络结构也有利于改善材料的韧性。
实验证明，相比于只加入炭黑的PVC管道，本发明制得的复合材料管道断裂生长率高达50.45％，而拉伸强度高达49.71MPa；表面电阻低至1.27kΩ，完全符合国家煤矿井下用塑料管材的行业标准(MT 558.2-2005)。
上述B步的挤塑成型的参数为：挤出加工温度为170-185℃、螺杆转速为150-200r/min、挤塑口模温度为160-180℃、挤出物的挤出牵引速度为0.5-2m/min、挤出后进行喷淋式冷却，冷却温度为20-30℃。
170-185℃的挤出加工温度，能获得粘度恰当的PVC材料，能有效的共混各组分且能实现PVC的加工。150-200r/min的螺杆转速各组分可以有效均匀分散，也可以避免PVC在挤出过程中发生热降解；160-180℃的挤塑口模温度有利于物料在机头保持一定粘度，也有利于熔体压力的产生并成型。挤出牵引速度为0.5-2m/min，有利于与熔体挤出相匹配，稳定的调节管子的成型以及壁厚。管材采用喷淋式冷却，冷却温度为20-30℃，这种冷却方式和温度不宜造成管材变形和脆化。
上述的碳纳米管直径为20-100nm，长度为0.5mm-5mm。
这种粒径的碳纳米管能够在PVC基体中有效分散，且能够有效的搭接炭黑，形成导电网络。
上述的炭黑颗粒大小为40-60nm。这种粒径的炭黑具有优异的导电性能，能在导电网络中有效的传输电荷。
上述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异丁酯或邻苯二甲酸二异辛酯。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例一
一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其作法是：
A、将100份质量的SG-5型PVC树脂、15份质量的氯化聚乙烯、5份质量的水铝钙石、2份质量的硬脂酸镁、1份质量的聚乙烯蜡、10份质量的增塑剂——邻苯二甲酸二辛酯、10份质量的炭黑和2份质量的碳纳米管，放入搅拌机中，进行转速为200r/min、时间为3min的搅拌，得混合物料；
其中，碳纳米管的直径为100nm，长度为5mm；炭黑颗粒大小为60nm。
B、将A步得到的混合物料在双螺杆挤塑机中挤塑成型为管道，即得。挤塑成型的参数为：挤出加工温度为170℃、螺杆转速为150r/min、挤塑口模温度为160℃、挤出物的挤出牵引速度为0.5m/min、挤出后进行喷淋式冷却，冷却温度为20℃。
本例制得的管道经测试，其表面电阻为1.27kΩ，具有高的抗静电性能；拉伸强度为28.12MPa，断裂生长率12.91％，又具有优良的抗冲击性能。
实施例二：
一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其作法是：
A、将100份质量的SG-5型PVC树脂、10份质量的氯化聚乙烯、4份质量的水铝钙石、5份质量的硬脂酸镁、3份质量的聚乙烯蜡、15份质量的增塑剂——邻苯二甲酸二异丁酯、8份质量的炭黑和3份质量的碳纳米管，放入搅拌机中，进行转速为500r/min、时间为5min的搅拌，得混合物料；
其中，碳纳米管的直径为20nm，长度为0.5mm；炭黑颗粒大小为40nm。
B、将A步得到的混合物料在双螺杆挤塑机中挤塑成型为管道，即得。挤塑成型的参数为：挤出加工温度为185℃、螺杆转速为200r/min、挤塑口模温度为180℃、挤出物的挤出牵引速度为2m/min、挤出后进行喷淋式冷却，冷却温度为30℃。
实施例三：
一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其作法是：
A、将100份质量的SG-5型PVC树脂、12份质量的氯化聚乙烯、8份质量的水铝钙石、4份质量的硬脂酸镁、3份质量的聚乙烯蜡、12份质量的增塑剂——邻苯二甲酸二异辛酯、9份质量的炭黑和1份质量的碳纳米管，放入搅拌机中，进行转速为500r/min、时间为5min的搅拌，得混合物料；
其中，碳纳米管的直径为50nm，长度为2mm；炭黑颗粒大小为50nm。
B、将A步得到的混合物料在双螺杆挤塑机中挤塑成型为管道，即得。挤塑成型的参数为：挤出加工温度为180℃、螺杆转速为175r/min、挤塑口模温度为170℃、挤出物的挤出牵引速度为1m/min、挤出后进行喷淋式冷却，冷却温度为25℃。
实施例四
一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其作法是：
A、将100份质量的SG-5型PVC树脂、10份质量的氯化聚乙烯、6份质量的水铝钙石、3份质量的硬脂酸镁、2份质量的聚乙烯蜡、15份质量的增塑剂——邻苯二甲酸二辛酯、10份质量的炭黑和2份质量的碳纳米管，放入搅拌机中，进行转速为400r/min、时间为5min的搅拌，得混合物料；
其中，碳纳米管的直径为60nm，长度为3mm；炭黑颗粒大小为50nm。
B、将A步得到的混合物料在双螺杆挤塑机中挤塑成型为管道，即得。挤塑成型的参数为：挤出加工温度为185℃、螺杆转速为175r/min、挤塑口模温度为170℃、挤出物的挤出牵引速度为2m/min、挤出后进行喷淋式冷却，冷却温度为30℃。
实施例五：
一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其作法是：
A、将100份质量的SG-5型PVC树脂、13份质量的氯化聚乙烯、7份质量的水铝钙石、2份质量的硬脂酸镁、3份质量的聚乙烯蜡、13份质量的增塑剂——邻苯二甲酸二异丁酯、9份质量的炭黑和3份质量的碳纳米管，放入搅拌机中，进行转速为350r/min、时间为3min的搅拌，得混合物料；
其中，碳纳米管的直径为20nm，长度为0.5mm；炭黑颗粒大小为40nm。
B、将A步得到的混合物料在双螺杆挤塑机中挤塑成型为管道，即得。挤塑成型的参数为：挤出加工温度为180℃、螺杆转速为180r/min、挤塑口模温度为160℃、挤出物的挤出牵引速度为1.5m/min、挤出后进行喷淋式冷却，冷却温度为20℃。
实施例六：
一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其作法是：
A、将100份质量的SG-5型PVC树脂、12份质量的氯化聚乙烯、7份质量的水铝钙石、3份质量的硬脂酸镁、2份质量的聚乙烯蜡、10份质量的增塑剂——邻苯二甲酸二异辛酯、10份质量的炭黑和2份质量的碳纳米管，放入搅拌机中，进行转速为400r/min、时间为4min的搅拌，得混合物料；
其中，碳纳米管的直径为100nm，长度为5mm；炭黑颗粒大小为60nm。
B、将A步得到的混合物料在双螺杆挤塑机中挤塑成型为管道，即得。挤塑成型的参数为：挤出加工温度为185℃、螺杆转速为200r/min、挤塑口模温度为180℃、挤出物的挤出牵引速度为2m/min、挤出后进行喷淋式冷却，冷却温度为30℃。

Claims (5)

1.一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其作法是：
A、将100份质量的SG-5型PVC树脂、10-15份质量的氯化聚乙烯、4-8份质量的水铝钙石、2-5份质量的硬脂酸镁、1-3份质量的聚乙烯蜡、10-15份质量的增塑剂、8-10份质量的炭黑和1-3份质量的碳纳米管，放入搅拌机中，进行转速为200-500r/min、时间为3-5min的搅拌，得混合物料；
B、将A步得到的混合物料在双螺杆挤塑机中挤塑成型为管道，即得。
2.根据权利要求1所述的一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其特征在于：所述的B步的挤塑成型的参数为：挤出加工温度为170-185℃、螺杆转速为150-200r/min、挤塑口模温度为160-180℃、挤出物的挤出牵引速度为0.5-2m/min、挤出后进行喷淋式冷却，冷却温度为20-30℃。
3.根据权利要求1所述的一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其特征在于：所述的碳纳米管直径为20-100nm，长度为0.5mm-5mm。
4.根据权利要求1所述的一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其特征在于：所述的炭黑颗粒大小为40-60nm。
5.根据权利要求1所述的一种抗静电超韧煤矿通风管道的制备方法，其特征在于：所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异丁酯或邻苯二甲酸二异辛酯。
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