晶須增強型煤礦井下用聚乙烯管材組成及制備方法技術

晶須增強型煤礦井下用聚乙烯管材，屬于改性聚乙烯中的一種。它包含以下按重量配比的原料：鎂鹽晶須10％～30％，超導電炭黑5％～10％，十溴二苯醚5％～15％，三氧化二銻2％～8％，POE2％～5％，加工助劑1％～2％，其余為高密度聚乙烯。本發明專利技術所用鎂鹽晶須為直徑＜1.0μm，平均長度為10～60μm，長徑比為30～80μm。本發明專利技術的優點是在確保聚乙烯管材優異的阻燃抗靜電性能的同時，可以明顯提高管材的力學性能，解決煤礦用塑料管由于助劑含量較大使管材力學性能下降的問題，延長管材的使用壽命；同時在阻燃方面可降低環境污染，減少對人體的危害，確保煤礦井下用聚乙烯管材的使用性和安全性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種晶須增強型煤礦井下用聚乙烯管材的組成及制備方法，屬于改性聚乙烯
，該方法還可用于煤礦井下用塑料管件、排水管、塑料電器制品和易燃易爆氣體管道的生產。
技術介紹
煤炭是我國的主要能源之一，每年的產量大約在30億噸以上，占能源總數的70%。傳統煤礦生產中進行井下通風、排水、排塵的管材主要為鋼管、鑄鐵管或玻璃鋼管三大類，但是此三類管材在工作環境較差的煤礦井下使用時極易因碰撞產生火花，而導致瓦斯爆炸，或因管材部分銹蝕破裂產生透水等嚴重危機人身安全的重大生產事故，并且此類管材的運輸、安裝也極為不便。由于塑料管材具有較好的耐腐蝕性、重量輕、使用壽命長和安裝方便的特點，用其取代金屬管材已逐漸得到人們的關注和重視。聚乙烯是眾多塑料管材中性價比較高，成型工藝和性能較穩定的一種產品，也是金屬礦用管材比較好的替代品，但是其也存在著易燃、易產生靜電等缺點，因此需對其進行改性處理，經過大量試驗證實聚乙烯與相關助劑共混后重新造粒，制成的專用料可使煤礦井下用管材獲得持久且良好的助燃導電性能，其中常用的功能型助劑如利用導電炭黑或抗靜電劑可增加管材內、外壁的導電性能，添加含有溴和銻元素的化合物可賦予材料的阻燃性能，但是為保證煤礦用管材的阻燃導電性其相關助劑的添加量比較大，從而導致了材料力學性能的下降，故在確保管材具有合格的阻燃導電性能的同時，還要使其具有優異的力學性能，成為了煤礦井下用塑料管材的研究熱點。提高管材強度的方法很多，如采用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)為基體樹脂；添加玻璃纖維或碳纖維；或與液晶高分子聚合物(LCP)共混增加強度等。本專利技術則采用鎂鹽晶須作為增強助劑，用于提高煤礦井下用聚乙烯管材的力學強度。晶須是指在人為控制條件下以單晶形式生長而成的具有較高長徑比的單晶短纖維材料，具有直徑小、模量高等特點，由于其原子排列高度有序，因而強度已接近于完美晶體的理論值，機械強度等于鄰接原子間力，因此當作為增強改性材料時可顯示出極佳的物理機械性能。隨著合成工業的快速發展，目前所制成的晶須包括金屬、碳化物、鹵化物、氮化物等，但是由于其成本較高，制作工藝相對復雜，很難在普通工業中推廣，然而鎂鹽晶須則是一種生產成本低、制備工藝簡單、性能優異的增強材料，它不僅具有與碳纖維等相近似的強度和性能，而且原料易得、具有環境友好性，是一種適宜工業化生產的增強材料。鎂鹽晶須，簡稱M-H0S，化學通式為XMgSO4 -yMg (OH) 2 ·ζΗ20,現主要合成種類包括138、152、153、158等類型，其中使用最普遍的為153型，即MgSO4 · 5Mg(OH)2 · 3H20。鎂鹽晶須通常采用水熱合成方法，以氫氧化鈉、硫酸鎂和硫酸鈉水溶液為原料，在高壓反應釜中加熱到130°C 200°C，反應2 10小時制得成品，此方法生產工藝簡單、成本低、效率高、無污染物排放且產品純度較高，由該方法制備的產品其外觀為白色粉體，顯微鏡下觀察為單個針狀或扇形晶須，具有強度高、密度低、高彈性模量的特點，是塑料、橡膠、樹脂等復合材料常用的增韌補強劑。從鎂鹽晶須的化學結構可見，其不僅有較強的補強性能，還具備一定的阻燃性能，適合于通用塑料的阻燃改性使用，其中鎂鹽晶須和Mg (OH) 2、Al (OH)3的阻燃機理相似，即利用在燃燒時發生的脫水反應吸收大量的外界熱能從而降低基材的溫度，同時生成的水蒸氣不僅能稀釋火焰區反應氣體的濃度還可以吸收煙霧，起到消煙的作用，鎂鹽晶須同時解決了 Al (OH)3分解溫度低和Mg (OH)2吸熱量不高的缺點，可確保其在較高的成型加工溫度時可以表現出良好的阻燃效果，因此鎂鹽晶須是一種高性能的無機阻燃增強材料。
技術實現思路
本專利技術主要內容是提供一種既具有持久、優異的阻燃抗靜電性能，同時又具高強度的煤礦井下用聚乙烯管材的組成及其制備方法。晶須增強型煤礦井下用聚乙烯管材，其特征在于其重量組成比例為鎂鹽晶須10% 30%，超導電炭黑5% 10%，十溴二苯醚5% 15%，三氧化二銻2% 8%，POE20Z0 5%，加工助劑1% 2%，其余為高密度聚乙烯。本專利技術所用的鎂鹽晶須種類包括138型、152型、153型、158型等，首選153型。153型鎂鹽晶須，即化學式為MgSO4 · 5Mg (OH)2 · 3H20，采用水熱合成法制備而成，其外觀為白色粉體，純凈度彡96%，直徑< I. O μ m，平均長度10 60μπι，長徑比30 80 μ m，含水量< I. 0%，pH值9. O 9. 5，比重2. 3g/cm3，比表面< 12m2/g，該類型是使用最普遍，同時對高分子材料增強效果最好的一種，適量的添加，可明顯提高塑料管材的力學強度。從鎂鹽晶須的化學式可見，其也是一種高性能的無機阻燃增強材料，解決了 Al(OH)3分解溫度低和Mg(OH)2吸熱量不高的缺點，可確保在較高的成型加工溫度時可以表現出良好的阻燃效果。本專利技術所用的鎂鹽晶須需要進行表面處理，其表面處理方法為在常溫條件下，力口入規定重量的鎂鹽晶須，開啟高速攪拌機使其轉速為100 200r/min，在攪拌的同時用滴管或噴壺逐量加入表面處理劑，高速攪拌3 5分鐘。本專利技術所用的抗靜電劑為超導電炭，因為超導電炭黑的特點在于其抗靜電性能的永久性，由于其粒徑小、比表面積大，故在使用過程中僅需1/2 1/5的用量就可達到普通導電炭黑的導電效果，較少的用量，還可保證添加后對基礎材料的相關性能無影響。本專利技術所用的阻燃劑選用溴系阻燃劑和含銻化合物混用的復合型阻燃劑，其阻燃效率高，添加量少，對被阻燃材料的加工性能和理化性能影響較小，具有良好的熱穩定型。目前市售產品中溴系阻燃劑包括十溴二苯醚、四溴雙酚A、六溴環十二烷、溴化聚苯乙烯、溴化亞胺、溴化苯環氧樹脂等，首選十溴二苯醚；市售產品中含銻化合物包括三氧化二銻、四氧化三銻、銻酸鈉、酒石酸銻等，首選三氧化二銻。因為十溴二苯醚和三氧化二銻混合后制成的復合型阻燃劑燃燒時，銻不僅可與十溴二苯醚中的溴元素在可燃物表面反應生成具有揮發性的溴化銻和溴氧化銻，用來吸收熱量、隔絕氧氣和沖稀可燃物；還可以反應生成大量的五氧化二銻，在稀釋可燃氣體濃度的同時促使樹脂表面快速炭化，二者具備很好的協同效果，可增強單組份的阻燃效果。本專利技術所述增韌劑可采用市售的各種產品，如P0E8150、P0E8480、CPE等。本專利技術所述加工助劑包括抗氧劑1010、PE蠟、白油等。本專利技術所述耐磨型煤礦井下用聚乙烯管材制備方法，包括如下步驟a.混合按重量比例稱取高密度聚乙烯、十溴二苯醚、三氧化二銻、超導電炭黑、鎂鹽晶須(表面處理)、Ρ0Ε、加工助劑，在高速攪拌機中，以200 500RPM的攪拌速度，高速攪拌10分鐘；b.造粒將以攪拌均勻的混合料放入雙螺桿擠出機，進行擠出造粒。擠出造粒的溫度控制在170 210°C之間；c.制管將所造粒料放入擠出成型機，設定擠出成型機的溫度，機筒溫度設定在180 210°C之間，模具溫度控制在180 200°C范圍內，經過真空度為-O. 02 -O. 07MPa的真空水冷定徑箱定型，再經過噴淋箱進一步冷卻后，由切割機按規定長度截管，即得到成品O本專利技術所述耐磨型煤礦井下用聚乙烯 管材，各項性能經過試驗證明符合AQ1071-2009 (煤礦本文檔來自技高網...

【技術保護點】
晶須增強型煤礦井下用聚乙烯管材，其特征在于重量組成為：鎂鹽晶須10％～30％，超導電炭黑5％～10％，十溴二苯醚5％～15％，三氧化二銻2％～8％，POE？2％～5％，加工助劑1％～2％，其余為高密度聚乙烯。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：夏成文，韓英民，吳曉芬，李晨，于東明，
申請(專利權)人：天津軍星管業集團有限公司，
類型：發明
國別省市：