晶须增强型煤矿井下用聚乙烯管材，属于改性聚乙烯中的一种。它包含以下按重量配比的原料：镁盐晶须10％～30％，超导电炭黑5％～10％，十溴二苯醚5％～15％，三氧化二锑2％～8％，POE2％～5％，加工助剂1％～2％，其余为高密度聚乙烯。本发明专利技术所用镁盐晶须为直径＜1.0μm，平均长度为10～60μm，长径比为30～80μm。本发明专利技术的优点是在确保聚乙烯管材优异的阻燃抗静电性能的同时，可以明显提高管材的力学性能，解决煤矿用塑料管由于助剂含量较大使管材力学性能下降的问题，延长管材的使用寿命；同时在阻燃方面可降低环境污染，减少对人体的危害，确保煤矿井下用聚乙烯管材的使用性和安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种晶须增强型煤矿井下用聚乙烯管材的组成及制备方法，属于改性聚乙烯
，该方法还可用于煤矿井下用塑料管件、排水管、塑料电器制品和易燃易爆气体管道的生产。
技术介绍
煤炭是我国的主要能源之一，每年的产量大约在30亿吨以上，占能源总数的70%。传统煤矿生产中进行井下通风、排水、排尘的管材主要为钢管、铸铁管或玻璃钢管三大类，但是此三类管材在工作环境较差的煤矿井下使用时极易因碰撞产生火花，而导致瓦斯爆炸，或因管材部分锈蚀破裂产生透水等严重危机人身安全的重大生产事故，并且此类管材的运输、安装也极为不便。由于塑料管材具有较好的耐腐蚀性、重量轻、使用寿命长和安装方便的特点，用其取代金属管材已逐渐得到人们的关注和重视。聚乙烯是众多塑料管材中性价比较高，成型工艺和性能较稳定的一种产品，也是金属矿用管材比较好的替代品，但是其也存在着易燃、易产生静电等缺点，因此需对其进行改性处理，经过大量试验证实聚乙烯与相关助剂共混后重新造粒，制成的专用料可使煤矿井下用管材获得持久且良好的助燃导电性能，其中常用的功能型助剂如利用导电炭黑或抗静电剂可增加管材内、外壁的导电性能，添加含有溴和锑元素的化合物可赋予材料的阻燃性能，但是为保证煤矿用管材的阻燃导电性其相关助剂的添加量比较大，从而导致了材料力学性能的下降，故在确保管材具有合格的阻燃导电性能的同时，还要使其具有优异的力学性能，成为了煤矿井下用塑料管材的研究热点。提高管材强度的方法很多，如采用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)为基体树脂；添加玻璃纤维或碳纤维；或与液晶高分子聚合物(LCP)共混增加强度等。本专利技术则采用镁盐晶须作为增强助剂，用于提高煤矿井下用聚乙烯管材的力学强度。晶须是指在人为控制条件下以单晶形式生长而成的具有较高长径比的单晶短纤维材料，具有直径小、模量高等特点，由于其原子排列高度有序，因而强度已接近于完美晶体的理论值，机械强度等于邻接原子间力，因此当作为增强改性材料时可显示出极佳的物理机械性能。随着合成工业的快速发展，目前所制成的晶须包括金属、碳化物、卤化物、氮化物等，但是由于其成本较高，制作工艺相对复杂，很难在普通工业中推广，然而镁盐晶须则是一种生产成本低、制备工艺简单、性能优异的增强材料，它不仅具有与碳纤维等相近似的强度和性能，而且原料易得、具有环境友好性，是一种适宜工业化生产的增强材料。镁盐晶须，简称M-H0S，化学通式为XMgSO4 -yMg (OH) 2 ·ζΗ20,现主要合成种类包括138、152、153、158等类型，其中使用最普遍的为153型，即MgSO4 · 5Mg(OH)2 · 3H20。镁盐晶须通常采用水热合成方法，以氢氧化钠、硫酸镁和硫酸钠水溶液为原料，在高压反应釜中加热到130°C 200°C，反应2 10小时制得成品，此方法生产工艺简单、成本低、效率高、无污染物排放且产品纯度较高，由该方法制备的产品其外观为白色粉体，显微镜下观察为单个针状或扇形晶须，具有强度高、密度低、高弹性模量的特点，是塑料、橡胶、树脂等复合材料常用的增韧补强剂。从镁盐晶须的化学结构可见，其不仅有较强的补强性能，还具备一定的阻燃性能，适合于通用塑料的阻燃改性使用，其中镁盐晶须和Mg (OH) 2、Al (OH)3的阻燃机理相似，即利用在燃烧时发生的脱水反应吸收大量的外界热能从而降低基材的温度，同时生成的水蒸气不仅能稀释火焰区反应气体的浓度还可以吸收烟雾，起到消烟的作用，镁盐晶须同时解决了 Al (OH)3分解温度低和Mg (OH)2吸热量不高的缺点，可确保其在较高的成型加工温度时可以表现出良好的阻燃效果，因此镁盐晶须是一种高性能的无机阻燃增强材料。
技术实现思路
本专利技术主要内容是提供一种既具有持久、优异的阻燃抗静电性能，同时又具高强度的煤矿井下用聚乙烯管材的组成及其制备方法。晶须增强型煤矿井下用聚乙烯管材，其特征在于其重量组成比例为镁盐晶须10% 30%，超导电炭黑5% 10%，十溴二苯醚5% 15%，三氧化二锑2% 8%，POE20Z0 5%，加工助剂1% 2%，其余为高密度聚乙烯。本专利技术所用的镁盐晶须种类包括138型、152型、153型、158型等，首选153型。153型镁盐晶须，即化学式为MgSO4 · 5Mg (OH)2 · 3H20，采用水热合成法制备而成，其外观为白色粉体，纯净度彡96%，直径< I. O μ m，平均长度10 60μπι，长径比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，该类型是使用最普遍，同时对高分子材料增强效果最好的一种，适量的添加，可明显提高塑料管材的力学强度。从镁盐晶须的化学式可见，其也是一种高性能的无机阻燃增强材料，解决了 Al(OH)3分解温度低和Mg(OH)2吸热量不高的缺点，可确保在较高的成型加工温度时可以表现出良好的阻燃效果。本专利技术所用的镁盐晶须需要进行表面处理，其表面处理方法为在常温条件下，力口入规定重量的镁盐晶须，开启高速搅拌机使其转速为100 200r/min，在搅拌的同时用滴管或喷壶逐量加入表面处理剂，高速搅拌3 5分钟。本专利技术所用的抗静电剂为超导电炭，因为超导电炭黑的特点在于其抗静电性能的永久性，由于其粒径小、比表面积大，故在使用过程中仅需1/2 1/5的用量就可达到普通导电炭黑的导电效果，较少的用量，还可保证添加后对基础材料的相关性能无影响。本专利技术所用的阻燃剂选用溴系阻燃剂和含锑化合物混用的复合型阻燃剂，其阻燃效率高，添加量少，对被阻燃材料的加工性能和理化性能影响较小，具有良好的热稳定型。目前市售产品中溴系阻燃剂包括十溴二苯醚、四溴双酚A、六溴环十二烷、溴化聚苯乙烯、溴化亚胺、溴化苯环氧树脂等，首选十溴二苯醚；市售产品中含锑化合物包括三氧化二锑、四氧化三锑、锑酸钠、酒石酸锑等，首选三氧化二锑。因为十溴二苯醚和三氧化二锑混合后制成的复合型阻燃剂燃烧时，锑不仅可与十溴二苯醚中的溴元素在可燃物表面反应生成具有挥发性的溴化锑和溴氧化锑，用来吸收热量、隔绝氧气和冲稀可燃物；还可以反应生成大量的五氧化二锑，在稀释可燃气体浓度的同时促使树脂表面快速炭化，二者具备很好的协同效果，可增强单组份的阻燃效果。本专利技术所述增韧剂可采用市售的各种产品，如P0E8150、P0E8480、CPE等。本专利技术所述加工助剂包括抗氧剂1010、PE蜡、白油等。本专利技术所述耐磨型煤矿井下用聚乙烯管材制备方法，包括如下步骤a.混合按重量比例称取高密度聚乙烯、十溴二苯醚、三氧化二锑、超导电炭黑、镁盐晶须(表面处理)、Ρ0Ε、加工助剂，在高速搅拌机中，以200 500RPM的搅拌速度，高速搅拌10分钟；b.造粒将以搅拌均匀的混合料放入双螺杆挤出机，进行挤出造粒。挤出造粒的温度控制在170 210°C之间；c.制管将所造粒料放入挤出成型机，设定挤出成型机的温度，机筒温度设定在180 210°C之间，模具温度控制在180 200°C范围内，经过真空度为-O. 02 -O. 07MPa的真空水冷定径箱定型，再经过喷淋箱进一步冷却后，由切割机按规定长度截管，即得到成品O本专利技术所述耐磨型煤矿井下用聚乙烯 管材，各项性能经过试验证明符合AQ1071-2009 (煤矿本文档来自技高网...
【技术保护点】
晶须增强型煤矿井下用聚乙烯管材，其特征在于重量组成为：镁盐晶须10％～30％，超导电炭黑5％～10％，十溴二苯醚5％～15％，三氧化二锑2％～8％，POE？2％～5％，加工助剂1％～2％，其余为高密度聚乙烯。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏成文，韩英民，吴晓芬，李晨，于东明，
申请(专利权)人：天津军星管业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。