CN1126782C - 一种超高分子量聚乙烯阻燃抗静电复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯阻燃抗静电复合材料，首先将超高分子量聚乙烯、红磷、炭黑按比例混合，并将混合料放入模具，在压力下，对模具冷压后排除空气，然后加温加压，最后在保持压力的条件下，冷却至室温，脱模即得本发明的复合材料。本发明的复合材料不但性能优异，而且加工工艺简单，不需要特殊的加工条件，操作简易，加工所需原料均为工业化产品，成本较低。
Description
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯阻燃抗静电复合材料及其制备方法，属于功能高分子复合材料技术领域。
超高分子量聚乙烯一般指粘均分子量大于150万的聚乙烯。它是一种具有线性结构的高结晶性的聚合物。具有优异的抗冲击性能和耐磨性，摩擦系数很低，具有很好的自润滑性，而且具有优良的耐应力开裂性能、对化学药品稳定性、极低的吸水率、电绝缘性、生物惰性等。它的耐低温性能也很优异，甚至可以在-269℃使用。超高分子量聚乙烯主要是利用它的耐磨性能和抗冲击性能，用于制造化工阀门、泵、密封填料，齿轮、皮结和输送机的蜗轮杆、轴承、轴瓦等机械零件以替代部分钢材。超高分子量聚乙烯新的应用领域还有各种有轨车、农业机械、矿山机械等。在医学方面，可以制作人工移植器官，人造关节等，还可以用于制作大型容器和异型管、板材等。并且在宇航、原子能、船舶、军工、低温工程等方面逐渐被重视并加以利用。
超高分子量聚乙烯虽然具有许多优异的物理性能，但电有许多不足：它的阻燃性能较差，氧指数低，并且燃烧时有滴落，水平燃烧和垂直燃烧的指标部未能达到工业生产的最低要求；体积电阻率和表面电阻率都很高，抗静电性能很差，无法消除生产中由于静电作用而导致的不良影响。
本发明的目的是提出一种超高分子量聚乙烯阻燃抗静电复合材料及其制备方法，在保证超高分子量聚乙烯的优异性能，尤其是高抗冲耐磨性能的前提下，使其具有阻燃抗静电的功能。
本发明提出的超高分子量聚乙烯阻燃抗静电复合材料，各组份的重量百分比为：超高分子量聚乙烯70～90wt％，红磷8～20wt％，炭黑1～15wt％。
上述复合材料的制备过程包括如下各步骤：
1、配料，混合均匀：在高速搅拌机里，依次加入超高分子量聚乙烯，红磷和炭黑，高速搅拌至均匀，并将混合料放入模具。
2、冷压、排空：在8～10MPa的压力下，对模具冷压1分钟后卸压30秒以排除空气。
3、热压：在压力为8～10MPa，温度为170～220℃的条件下，压制40-70分钟。
4、保压冷却，成型：保持压力为8～10MPa的条件下，冷却至室温，脱模即得本发明的复合材料。
本发明中可以使用分子量在150万～300万范围的超高分子量聚乙烯，本发明中选用的是粘均分子量为277万的超高分子量聚乙烯。
本发明中可以使用的阻燃剂是胶囊化红磷，包括无机包覆、有机包覆和有机-无机双层包覆三种类型在内。本发明中用的是天津阻燃技术研究所生产的用三聚氰胺-甲醛树脂包裹的FR-T2型胶囊化红磷。
本发明中使用的抗静电剂有化工部炭黑研究所生产的乙炔炭黑1～2份或RCF-30炭黑1～10份，或V炭黑4～10份，或LG炭黑5～15份。
本发明的优点是此复合材料的氧指数达到24～29.5％，水平燃烧达到国标GB2408-80/I级，垂直燃烧达到FV-0级。抗静电性能有了很大提高，体积电阻率达到107～103Ω·cm以下，表面电阻率达到107～104Ω以下，完全达到了阻燃抗静电的目的。此复合材料的热变形温度与弯曲强度都比纯超高分子量聚乙烯提高了很多，并且基本保持了超高分子量聚乙烯优异的抗冲击与耐磨性能。
本发明的特点是本复合材料不但性能优异，而且加工工艺简单，不需要特殊的加工条件，操作简易，加工所需原料均为工业化产品，成本较低。
下面介绍本发明的实施例。
实施例1：分子量为277万的超高分子量聚乙烯80份，胶囊化红磷15份，RCF-30炭黑5份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在8MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压8MPa，在200℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约45分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例2：分子量为277万的超高分子量聚乙烯85份，胶囊化红磷13.5份，RCF-30炭黑1.5份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在10MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压10MPa，在180℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约50分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例3：分子量为277万的超高分子量聚乙烯83份，胶囊化红磷12份，RCF-30炭黑5份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在12MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压12MPa，在170℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约60分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例4：分子量为277万的超高分子量聚乙烯80份，胶囊化红磷15份，V炭黑5份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在10MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压10MPa，在180℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约60分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例5：分子量为277万的超高分子量聚乙烯78份，胶囊化红磷15份，V炭黑7份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在10MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压10MPa，在190℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约60分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例6：分子量为277万的超高分子量聚乙烯81.5份，胶囊化红磷12份，v炭黑6.5份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在10MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压10MPa，在200℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约50分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例7：分子量为277万的超高分子量聚乙烯85份，胶囊化红磷13.5份，乙炔炭黑1.5份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在9MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压9MPa，在200℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约55分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例8：分子量为277万的超高分子量聚乙烯78份，胶囊化红磷20份，乙炔炭黑2份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在8MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压8MPa，在200℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约60分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例9：分子量为277万的超高分子量聚乙烯80份，胶囊化红磷18.5份，乙炔炭黑1.5份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在10MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压10MPa，在180℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约60分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例10：分子量为277万的超高分子量聚乙烯80份，胶囊化红磷15份，L炭黑5份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在10MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压10MPa，在180℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约60分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例11：分子量为277万的超高分子量聚乙烯80份，胶囊化红磷10份，L炭黑10份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在9MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压9Mpa，在200℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约55分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例12：分子量为277万的超高分子量聚乙烯75份，胶囊化红磷15份，L炭黑10份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在10MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压10MPa，在200℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约45分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例13：分子量为277万的超高分子量聚乙烯75份，胶囊化红磷20份，L炭黑5份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在10MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压10MPa，在190℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约50分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
实施例14：分子量为277万的超高分子量聚乙烯70份，胶囊化红磷20份，L炭黑10份。首先将超高分子量聚乙烯、胶囊化红磷和炭黑混合均匀，在8MPa左右的压力下冷压一分钟，卸压30秒，再保持恒压8MPa，在210℃左右的温度下，在塑料制品液压机上，熔融压制约60分钟，在保压的条件下自然冷却，最后再脱模，即得板材。
Claims (2)
1、一种超高分子量聚乙烯阻燃抗静电复合材料，其特征在于，该材料各组份的重量百分比为：超高分子量聚乙烯70～90wt％，红磷8～20wt％，炭黑1～15wt％。
2、一种如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯阻燃抗静电复合材料的制备方法，其特征在于，该材料各组份的重量百分比为：超高分子量聚乙烯70～90wt％，红磷8～20wt％，炭黑1～15wt％，该方法包括以下各步骤：
(1)配料，混合均匀：在高速搅拌机里，依次按上述比例加入超高分子量聚乙烯，红磷和炭黑，高速搅拌至均匀，并将混合料放入模具；
(2)冷压、排空：在8～10MPa的压力下，对模具冷压1分钟后卸压30秒以排除空气；
(3)热压：在压力为8～10MPa，温度为170～220℃的条件下，压制40-70分钟；
(4)保压冷却，成型：保持压力为8～10MPa的条件下，冷却至室温，脱模即得本发明的复合材料。
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