一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材制造技术

本发明专利技术涉及一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材及其制备方法，其中，所述石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管由下列重量比原料组成：高密度聚乙烯100份；石墨烯1‑10份；增韧改性剂5‑25份；增容剂3‑10份；导电填料2‑7份；无卤阻燃剂5‑35份；阻燃协效剂1‑5份；氢氧化镁2‑10份；硼酸锌0.5‑5份；润滑剂0.5‑3份；抗氧剂0.3‑2份；偶联剂0.1‑1.5份。本发明专利技术兼具优异的电性能、良好的阻燃性能、较高的力学性能，解决了HDPE抗静电阻燃材料填料添加量高、力学性能损失严重、加工性不好等问题。

An environmentally friendly anti-static and flame-retardant graphene modified high density polyethylene mine pipe

The present invention relates to an environmentally friendly, anti-static and flame-retardant graphene-modified high density polyethylene mine pipe and its preparation method. The graphene-modified high density polyethylene mine pipe consists of 100 parts of high density polyethylene, 1_10 parts of graphene, 5_25 parts of toughening modifier, 3_10 parts of compatibilizer, 2_7 parts of conductive filler and 5_35 parts of halogen-free flame retardant. Flame retardant synergist 1 5 parts; magnesium hydroxide 2 10 parts; zinc borate 0.5 5 parts; lubricant 0.5 3 2 parts; antioxidant 0.1 1.5 parts; coupling agent. The invention has excellent electrical performance, good flame retardant performance and high mechanical properties, and solves the problems of high filler content, serious mechanical property loss and poor processability of HDPE antistatic flame retardant material.

【技术实现步骤摘要】
一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材
：本专利技术涉及防静电、阻燃的高分子矿用管材料领域，尤其涉及一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材及其制备方法。
技术介绍
：高密度聚乙烯（HDPE）拥有很多优点：机械性能、加工性能优异，同时耐腐蚀性、绝缘性、卫生性、阻隔性等综合性能良好，还具有原料易得、价格低廉等优点，因此在化工、食品、电器、机械等行业得到了广泛应用。然而高绝缘性的HDPE在受摩擦、挤压等情况下，极易产生并积累静电，这往往会造成静电感应、电击和制品生产障碍，严重时甚至还可能引起火灾和爆炸事故，直接影响到生产和使用的安全性。而且聚乙烯的氧指数仅为17-18，属于易燃材料。因此，拥有抗静电阻燃双抗性能的HDPE，在矿用管材行业取得了快速的发展。HDPE的抗静电阻燃改性需要抗静电剂与阻燃剂共同发挥作用，是一个复杂的物理化学过程。改性难点在于抗静电和阻燃之间存在着冲突，一般而言抗静电剂的添加会促进高密度聚乙烯的燃烧，这就会使阻燃剂的用量比单独制备阻燃料时大，而大量阻燃剂的添加会导致材料力学性能损失严重、加工性变差等结果。因此，改性的重点在于不降低阻燃性能的情况下尽可能减少助剂添加量。石墨烯除具有优异的导电性能和力学性能以外，还具有高稳定、强阻隔、大表面吸附等特性能有效降低材料燃烧过程中的热释放速率，可作为阻燃添加剂以提高高分子材料的阻燃性能。HDPE中仅需要添加较少量的石墨烯的就能起到防静电效果，同时添加的石墨烯可以与阻燃剂产生协同作用，进一步提高体系的阻燃性能。从而对HDPE的不利影响较低，保持HDPE树脂较好的综合性能，稳定的防静电性能和优良的阻燃性能。
技术实现思路
：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供了一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材及其制备方法，旨在解决HDPE抗静电阻燃材料填料添加量高、力学性能损失严重、加工性不好等问题。一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材由下列重量比原料组成：高密度聚乙烯：100份石墨烯：1-10份增韧改性剂：5-25份增容剂：3-10份导电填料：2-7份无卤阻燃剂：5-35份阻燃协效剂：1-5份氢氧化镁：2-10份硼酸锌：0.5-5份润滑剂：0.5-3份抗氧剂：0.3-2份偶联剂：0.1-1.5份进一步的，所述增韧改性剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚烯烃弹性体（POE）、三元乙丙橡胶（EPDM）中的一种或几种；所述增容剂为马来酸酐接枝PE（PE-g-MAH）、马来酸酐接枝POE（POE-g-MAH）、马来酸酐接枝EVA树脂（EVA-g-MAH）中的一种或几种；所述导电填料为石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、碳纤维中的一种或几种；所述无卤阻燃剂采用微胶囊化红磷、氢氧化铝、二乙基次膦酸铝、三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或多种；其中，微胶囊化红磷的包覆基材为无机化合物和有机树脂，红磷含量≥85%；所述阻燃协效剂为氧化石墨烯与次磷酸铝复合材料，制备方法包括：将氧化石墨烯超声分散在乙醇/水（1﹕1）混合溶液中，分散均匀后，搅拌条件下依次加入AlCl3•6H2O、NaH2PO2•H2O和PVP，完全溶解后转移至高压釜中，230℃下反应5-7h，抽滤，分别用水、乙醇洗涤后，烘干，得到所述阻燃协效剂；所述润滑剂为硬脂酸、石蜡、PE蜡、乙撑双硬脂酰胺（EBS）中的一种或几种；所述抗氧剂采用抗氧剂1010和抗氧剂168，优选配比1︰1；所述偶联剂为硅烷偶联剂中的一种或几种。本专利技术还提供了上述石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材的制作方法，具体步骤如下：（1）将氧化石墨烯超声分散在乙醇/水（1﹕1）混合溶液中，分散均匀后，搅拌条件下依次加入AlCl3•6H2O、NaH2PO2•H2O和PVP，完全溶解后转移至高压釜中，230℃下反应5-7h，抽滤，分别用水、乙醇洗涤后，烘干，得到所述阻燃协效剂备用；（2）按下述重量分数配比称取配置原料：高密度聚乙烯100份；石墨烯：1-10份；增韧改性剂5-25份；增容剂3-10份；导电填料2-7份；无卤阻燃剂5-35份；阻燃剂协效剂：1-5份；氢氧化镁2-10份；硼酸锌0.5-5份；润滑剂0.5-3份；抗氧剂0.3-2份；偶联剂0.1-1.5份；（3）将称取的石墨烯、导电填料、无卤阻燃剂、阻燃剂协效剂、氢氧化镁、硼酸锌、偶联剂投入混料机混合10-20min，随后将高密度聚乙烯、增韧改性剂、增容剂、润滑剂、抗氧剂投入混料机继续搅拌10-30min，混合均匀；（4）将混合好的物料投入双螺杆挤出机中，温度控制在160-210℃，挤出机转速为45-125rad/min，牵引速度为320-800cm/min。喂料挤出，挤出后的石墨烯/HDPE环保防静电阻燃矿用管在0.012-0.04MPa的真空及水温20-25℃下定型后，再置于18-23℃的水箱中二次冷却，牵引，定尺切割，即得本专利技术管材。本专利技术的有益效果是：本专利技术的石墨烯/HDPE矿用管具有电性能良好、无卤阻燃、综合性能优异的特点，制备方法步骤简单易操作，适合工业化生产，具体如下：1、本专利技术的石墨烯/HDPE矿用管克服了现有HDPE加工和使用过程中容易产生静电的问题，效果稳定、持久。2、本专利技术采用无卤阻燃剂复配含石墨烯的协效阻燃体系，阻燃性能优越，达到V0级别，符合环保要求，可作为绿色环保材料，扩宽了HDPE材料的使用范围。3、本专利技术因添加的石墨烯具有导电效果，同时兼具协效阻燃的作用，在保持材料防静电阻燃性能的同时，有效减少了填料的用量，加工性好，力学性能优异，综合性能高；具体实施方式：实施例1：按照重量分数配比称取：高密度聚乙烯100份；石墨烯3份；POE5份；EVA10份；PE-g-MAH5份；导电炭黑6份；微胶囊化红磷8份，二乙基次膦酸铝10份；氢氧化铝7份；阻燃协效剂2份；氢氧化镁5份；硼酸锌2份；硬脂酸1份；PE蜡1份；抗氧剂1份；硅烷偶联剂0.3份；将称取的石墨烯、导电炭黑、微胶囊化红磷、二乙基次膦酸铝、氢氧化铝、阻燃协效剂、氢氧化镁、硼酸锌、硅烷偶联剂投入混料机混合10-20min，随后将高密度聚乙烯、POE、EVA、PE-g-MAH、硬脂酸、PE蜡、抗氧剂投入混料机继续搅拌10-30min，混合均匀；将混合好的物料投入双螺杆挤出机中，温度控制在160-210℃，挤出机转速为60rad/min，牵引速度为320cm/min。喂料挤出，挤出后的石墨烯/HDPE环保防静电阻燃矿用管在0.03MPa的真空及水温25℃下定型后，再置于20℃的水箱中二次冷却，牵引，定尺切割，即得本专利技术管材。实施例2：按照重量分数配比称取：高密度聚乙烯100份；石墨烯1份；EPDM17份；PE-g-MAH5份；碳纳米管2份；导电炭黑3份；微胶囊化红磷10份；氢氧化铝15份；阻燃协效剂5份；氢氧化镁4份；硼酸锌2份；PE蜡2份；抗氧剂1份；硅烷偶联剂0.5份；将称取的石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、微胶囊化红磷、氢氧化铝、阻燃协效剂、氢氧化镁、硼酸锌、硅烷偶联剂投入混料机混合10-20min，随后将高密度聚乙烯、EPDM、PE-g-MAH、PE蜡、抗氧剂投入混料机继续搅拌10-30min，混合均匀；将混合好的物料投入双螺杆挤出机中，温度控制在160-210℃，挤出机转速为80ra本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材，其特征在于，该材料包括下述质量比的原料：高密度聚乙烯100份；石墨烯1‑10份；增韧改性剂5‑25份；增容剂3‑10份；导电填料2‑7份；无卤阻燃剂5‑35份；阻燃协效剂1‑5份；氢氧化镁2‑10份；硼酸锌0.5‑5份；润滑剂0.5‑3份；抗氧剂0.3‑2份；偶联剂0.1‑1.5份。

【技术特征摘要】
1.一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材，其特征在于，该材料包括下述质量比的原料：高密度聚乙烯100份；石墨烯1-10份；增韧改性剂5-25份；增容剂3-10份；导电填料2-7份；无卤阻燃剂5-35份；阻燃协效剂1-5份；氢氧化镁2-10份；硼酸锌0.5-5份；润滑剂0.5-3份；抗氧剂0.3-2份；偶联剂0.1-1.5份。2.根据权利要求1所述的一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材，其特征在于增韧改性剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚烯烃弹性体（POE）、三元乙丙橡胶（EPDM）中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材，其特征在于所述增容剂为马来酸酐接枝PE（PE-g-MAH）、马来酸酐接枝POE（POE-g-MAH）、马来酸酐接枝EVA（EVA-g-MAH）中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材，其特征在于所述导电填料为石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、碳纤维中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材，其特征在于所述阻燃剂采用微胶囊化红磷、氢氧化铝、二乙基次膦酸铝、三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材，其特征在于所述微胶囊化红磷的包覆基材为无机化合物和有机树脂，红磷含量≥85%。7.根据权利要求1所述的一种环保防静电阻燃的石...

【专利技术属性】
技术研发人员：从宪玲，栾晓波，李娜，李志南，
申请(专利权)人：山东鲁泰控股集团有限公司，山东鲁泰控股集团有限公司石墨烯高分子复合材料研发中心，
类型：发明
国别省市：山东,37