CN108485092A - 应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料及其制备方法。复合材料由如下重量份的原料混合制成：氯化聚乙烯50～100份；聚氯乙烯10～50份；增塑剂10～30份；稳定剂3～6份；润滑剂3～6份；复合抗静电剂18～30份和填料10～30份。本发明选择氯化聚乙烯作为基体，通过添加复合抗静电剂，使复合材料的表面电阻可不超过10⁴Ω。本发明的复合材料，可以用于制作矿用瓦斯管材料，具有阻燃、抗静电、耐低温、使用寿命长和成本低的优点，不仅具有阻燃抗静电性能，而且耐低温性能好，其低温脆性可达到‑33℃，在北方的冬天可以正常使用。

Description

应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料及其 制备方法

技术领域

本发明属于塑料改性技术领域，具体涉及一种应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

为了保障煤矿安全生产，目前煤矿生产中最常用的措施是用专门的管路将瓦斯气体抽放出来，以保证矿井作业的安全进行。在矿井中，目前瓦斯抽放管路已基本都在向塑料管转换。塑料管主要分为PVC(聚氯乙烯)管和PE(聚乙烯)管等多种。

PVC复合材料管具有阻燃抗静电、重量轻、韧性好、耐腐蚀性好等优点；主要缺点是硬度高、不能盘卷。

聚乙烯管因质轻、耐腐蚀、耐老化、易安装等特点广泛应用于矿井中，尤其在压风、排水、通风、抽浆、排放瓦斯等方面有突出作用。但是普通聚乙烯管材的主要缺点是抗静电及阻燃性差，PE是绝缘性的，表面电阻率太高，管材表面上聚集的静电对矿井危害非常大，容易引爆瓦斯。而就聚乙烯本身而言，氧指数为17.0-17.5，极易燃烧，容易造成重大事故，为了增加阻燃性，就要大量添加阻燃剂，通常采用的阻燃剂是溴、锑等复合阻燃剂，该阻燃剂在挤出加工过程中会产生些许有害气体，会影响工人的身体健康，且阻燃性能难以提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无需添加阻燃剂、无需硫化交联、可以代替PE塑料的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，该复合材料不仅具有较高的力学性能，同时具备优异的抗静电、阻燃特性，是一种可用于煤矿井下的加工性能良好的高分子复合材料。该材料主要可用于制作矿用瓦斯管，具有阻燃、抗静电、耐低温和成本低的优点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，由如下重量份的原料混合制成：

所述复合抗静电剂由抗静电剂SH105、AEO-5、特导电炭黑和导电炭黑组成。

为了增强氯化聚乙烯和聚氯乙烯复合基体母料的抗静电性能，采用复合抗静电剂的方法，复合抗静电剂中抗静电剂SH105、AEO-5、特导电炭黑(HG-IP)和导电炭黑(2650)的质量比优选为(3～8)：(5～6)：(5～8)：(5～8)，上述复合抗静电剂的使用，相对于单一品种抗静电剂，有效弥补了配方体系中抗静电性的不足。

本发明采用的主要原料氯化聚乙烯是一种饱和弹性体材料，无毒无味，具有优良的耐热氧老化、臭氧老化、耐酸碱和耐化学药品性能。氯化聚乙烯中含有氯元素，本身具有阻燃性能，且有燃烧防滴下特性。而且氯化聚乙烯无毒，不含重金属及PAHS(PAHS是一种有致癌作用的多环芳烃)，完全符合环保要求。

作为优选，所述氯化聚乙烯的材料特征为：氯含量40～45％，熔融热≤15J/g，邵氏硬度＜65A，拉伸强度≥9Mpa，伸长率≥500％。

作为优选，所述聚氯乙烯为SG-5型。

作为优选，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂(DOP)、己二酸二辛酯(DOA)或季戊四醇油酸酯中的一种或两种以上任意比例的混合物。以上各种增塑剂结合使用，可以使塑料树脂增加柔软性，改善加工性，减低熔融粘度，降低玻璃化温度。

作为优选，所述稳定剂为铅盐稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸铅或稀土复合稳定剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。热稳定剂加入量过少，在混料和加工过程中以及产品使用中的耐热稳定性会很差，容易分解，而过量则会产生析出现象。

作为优选，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡(OPE)、石蜡、硬脂酸或聚乙烯蜡中的一种或两种以上任意比例的混合物。优先选择氧化聚乙烯蜡、石蜡或硬脂酸，润滑剂也要结合使用，润滑剂用量过低会影响加工流动性，而用量过高，则会对机械性能和阻燃性能产生负面影响。

作为优选，所述填料为炭黑(N330)。炭黑不仅具有抗静电的作用，还能降低配方成本。

本发明第二方面还提供了上述阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将氯化聚乙烯、聚氯乙烯、稳定剂、润滑剂、复合抗静电剂和填料按重量份数称量好，倒入高速混料机，启动混料机，高速搅拌，料温达到80～85℃时，再加入增塑剂，继续高速搅拌，料温达到100℃时，换成低速搅拌，料温达到105～120℃时，混料时间在12～16min，放料至冷混机内，在冷混机内物料冷却至40～45℃，放出物料，得到混合物料。

步骤二、将步骤一得到的混合物料用锥形双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒的加工温度110～160℃，粒料充分冷却后，得到粒状混合物料。

本发明第三方面还提供了上述阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料的用途，优选用于制作矿用瓦斯管材，制备得到的管材抗静电性能好、阻燃性能高、韧性优异。制作矿用瓦斯管材时不需要专用的挤出设备，不需要硫化，可以与PVC管材挤出生产使用同样的设备，容易实现工业化生产。

将步骤二得到的粒状混合物料进行挤出成型，再冷却，切割得阻燃抗静电管材。挤出管材的成型温度为120～180℃。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的复合材料，配方配伍合理，选择氯化聚乙烯作为基体，通过添加复合抗静电剂，使复合材料的表面电阻可不超过10⁴Ω，主要可用于制作矿用瓦斯管材料。由于采用了复合抗静电剂，使材料不仅具有优异的抗静电性能，且阻燃性能好、耐候性能优异、力学性能好。由于氯化聚乙烯具有优异的阻燃性能，所以可以不加阻燃剂。其阻燃性能：有焰燃烧时间≤3秒，无焰燃烧时间≤10秒；抗静电性能：表面电阻≤10⁴Ω；完全能够满足煤炭部标准MT181-1988和MT 558.1-2005的要求。

(2)本发明作为制作矿用瓦斯管材料，在性能方面也优于常用的PE材料，不仅具有突出的阻燃性能和抗静电性能，而且耐低温性能好，其低温脆性可达到-33℃，环境污染小，可工业化生产。

具体实施方式

下面通过特定的具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下实施例中使用的氯化聚乙烯的氯含量为40～45％，聚氯乙烯为SG-5型。

实施例1

将重量份数为70份氯化聚乙烯材料、重量份数为30份聚氯乙烯树脂、重量份数为2.5份三盐基硫酸铅、重量份数为1.5份硬脂酸铅、重量份数为2份石蜡、重量份数为1.5份OPE(AC316A，Honeywell)、重量份数为4份抗静电剂SH105、重量份数为6份AEO-5、重量份数为5份特导电炭黑(HG-IP)、重量份数为5份导电炭黑(2650)和重量份数为25份炭黑(N330)，按所述重量份数称量好，倒入高速混料机，启动混料机，高速搅拌，料温达到85℃时，再加入重量份数为13份DOP，继续高速搅拌，料温达到100℃时，换成低速搅拌，料温达到110℃时，混料时间在12～16min，放料至冷混机内，在冷混机内物料冷却至40～45℃，放出物料，得到混合物料。将得到的混合物料用锥形双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒的加工温度110～160℃，粒料充分冷却后，得到粒状混合物料。

实施例2

将重量份数为60份氯化聚乙烯材料、重量份数为40份聚氯乙烯树脂、重量份数为2.5份三盐基硫酸铅、重量份数为1.5份二盐基亚磷酸铅、重量份数为1.5份硬脂酸铅、重量份数为2份石蜡、重量份数为1.5份OPE(AC316A，Honeywell)、重量份数为6份抗静电剂SH105、重量份数为6份AEO-5、重量份数为7份特导电炭黑(HG-IP)、重量份数为7份导电炭黑(2650)和重量份数为30份炭黑(N330)，按所述重量份数称量好，倒入高速混料机，启动混料机，高速搅拌，料温达到85℃时，再加入重量份数为20份DOP，继续高速搅拌，料温达到100℃时，换成低速搅拌，料温达到115℃时，混料时间在13～17min，放料至冷混机内，在冷混机内物料冷却至40～45℃，放出物料，得到混合物料。将得到的混合物料用锥形双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒的加工温度110～160℃，粒料充分冷却后，得到粒状混合物料。

实施例3

将重量份数为50份氯化聚乙烯材料、重量份数为50份聚氯乙烯树脂、重量份数为4.5份稀土复合稳定剂、重量份数为1份硬脂酸铅、重量份数为1份石蜡、重量份数为0.8份OPE(AC316A，Honeywell)、重量份数为8份抗静电剂SH105、重量份数为6份AEO-5、重量份数为7份特导电炭黑(HG-IP)、重量份数为7份导电炭黑(2650)和重量份数为30份炭黑(N330)，按所述重量份数称量好，倒入高速混料机，启动混料机，高速搅拌，料温达到85℃时，再加入重量份数为11份DOP、重量份数为5份DOA，继续高速搅拌，料温达到100℃时，换成低速搅拌，料温达到120℃时，混料时间在14～17min，放料至冷混机内，在冷混机内物料冷却至40～45℃，放出物料，得到混合物料。将得到的混合物料用锥形双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒的加工温度110～160℃，粒料充分冷却后，得到粒状混合物料。

对以上实施例1、实施例2和实施例3的复合材料进行制样、性能测试，综合性能见下表。

序号	检测项目	单位	实施例1	实施例2	实施例3	试验方法
							1	邵氏硬度	A	89	92	94	GB/T2411-1980
2	拉伸强度	MPa	11.8	9.3	10.8	GB/T1040-2006
							3	断裂伸长率	％	311	309	300	GB/T1040-2006
4	有焰燃烧时间	s	3.0	2.8	2.1	MT181-1988
							5	无焰燃烧时间	s	10	8.9	9.8	MT181-1988
6	表面电阻	Ω	2.4×103	3.0×103	5.5×103	MT181-1988
							7	低温脆性	℃	-33	-32	-30	GB/T1682-1994

从上表可以看出，本发明的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，综合性能优良，低温性能优异。

本发明阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料呈粒状，基本颜色为黑色，根据用户或生产需要，也可以提供粉状干混料。

本发明阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料主要可用于制作矿用瓦斯管材料，不需要专用的挤出设备，不需要硫化，可以与PVC管材挤出使用同样的设备，容易实现工业化生产。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，其特征在于，由如下重量份的原料混合制成：

所述复合抗静电剂由抗静电剂SH105、AEO-5、特导电炭黑和导电炭黑组成。

2.如权利要求1所述的应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，其特征在于：所述复合抗静电剂中抗静电剂SH105、AEO-5、特导电炭黑和导电炭黑的质量比为(3～8)：(5～6)：(5～8)：(5～8)。

3.如权利要求1所述的应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，其特征在于，所述氯化聚乙烯的材料特征为：氯含量40～45％，熔融热≤15J/g，邵氏硬度＜65A，拉伸强度≥9Mpa，伸长率≥500％。

4.如权利要求1所述的应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，其特征在于：所述聚氯乙烯为SG-5型。

5.如权利要求1所述的应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二辛酯和季戊四醇酯中的一种或两种以上任意比例的混合物。

6.如权利要求1所述的应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，其特征在于：所述稳定剂为铅盐稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸铅和稀土复合稳定剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。

7.如权利要求1所述的应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸和聚乙烯蜡中的一种或两种以上任意比例的混合物。

8.如权利要求1所述的应用于瓦斯抽放管道的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料，其特征在于：所述填料为炭黑。

9.制备如权利要求1所述的阻燃抗静电氯化聚乙烯复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将氯化聚乙烯、聚氯乙烯、稳定剂、润滑剂、复合抗静电剂和填料按重量份数称量好，倒入高速混料机，启动混料机，高速搅拌，料温达到80～85℃时，再加入增塑剂，继续高速搅拌，料温达到100℃时，换成低速搅拌，料温达到105～120℃时，混料时间在12～16min，放料至冷混机内，在冷混机内物料冷却至40～45℃，放出物料，得到混合物料。

步骤二、将步骤一得到的混合物料用锥形双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒的加工温度110～160℃，粒料充分冷却后，得到粒状混合物料。