專利名稱：：抗靜電無鹵阻燃超高分子量聚乙烯管材專用料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于聚合物
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種抗靜電無鹵阻燃超高分子量聚乙烯管材專用料的制備方法。
背景技術(shù)：
：煤礦迫切需要無鹵阻燃抗靜電的高性能新型材料。多年來，煤礦井下重大瓦斯爆炸等事故長期困擾我國煤炭行業(yè)，主要是由于煤礦井下瓦斯管等一直采用鋼管或鑄鐵管，存在著質(zhì)量重、易腐蝕、易結(jié)垢、維修保養(yǎng)費(fèi)用高、搬運(yùn)安裝困難等致命弱點(diǎn)。盡管后來發(fā)展到部分礦井采用玻璃鋼管和聚氯乙烯(PVC)管，但這兩種材料仍然存在著許多缺點(diǎn)。例如玻璃鋼管質(zhì)量重、易老化，使用維修不方便；PVC管受承壓易老化脆裂、韌性差，容易造成井下事故的發(fā)生。而力學(xué)性能優(yōu)異的抗靜電無鹵阻燃超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管材可以彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)不足，同時(shí)它還具有密度較輕、成本低的優(yōu)勢，是理想的改善替代材料。超高分子量聚乙烯是粘均分子量大于150萬的聚乙烯(PE)，是一種新型熱塑性工程塑料，它極高的分子量、高度纏繞的鏈段結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的力學(xué)性能。超高分子量聚乙烯的抗沖擊性能居塑料之首，耐低溫、在-S(TC仍能保持韌性，耐腐蝕，耐磨損且自潤滑性能優(yōu)異。該材料在石油化工、冶金選礦、生物醫(yī)學(xué)、微電子機(jī)械、海洋工程等高新
技術(shù)領(lǐng)域：
得到研究和應(yīng)用。礦山是超高分子量聚乙烯烯原料用量最大的行業(yè)。針對超高分子量聚乙烯的阻燃改性主要是有鹵阻燃和無鹵阻燃兩大類。有鹵阻燃劑雖然能有效提高超高分子量聚乙烯的阻燃性，但與高熔體粘度的超高分子量聚乙烯基體不相容，在擠出成型過程中容易析出聚集在管材表面而堵塞擠出口模，燃燒時(shí)還會產(chǎn)生有毒氣體。傳統(tǒng)對超高分子量聚乙烯的阻燃效果不明顯，無法在受熱情況下配合超高分子量聚乙烯形成一層能有效地隔絕熱量傳遞的膨松多孔的炭層屏障。同時(shí)與超高分子量聚乙烯的相容性不好、也容易分相析出于材料表面。另外，超高分子量聚乙烯的阻燃改性及應(yīng)用研究不僅要考慮阻燃問題，而且必需要兼顧大添加量阻燃劑對本身已很難加工的超高分子量聚乙烯的流動性、機(jī)械性能大幅度下降問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種抗靜電無鹵阻燃超高分子量聚乙烯管材專用料的制備方法，該方法制備的超高分子量聚乙烯管材，在提高抗靜電性和阻燃性的同時(shí)，還保持超高分子量聚乙烯特有的優(yōu)異力學(xué)性能，即管材的拉伸強(qiáng)度大于25MPa，斷裂伸長率大于400%，懸臂梁沖擊強(qiáng)度為不斷。本發(fā)明方法是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種抗靜電無鹵阻燃超高分子量聚乙烯管材專用料的制備方法，是按重量份計(jì)，將100份超高分子量聚乙烯、515份導(dǎo)電材料、115份聚磷酸銨、0.110份聚硅氧烷、110份納米阻燃劑、1IO份聚合物界面橋粘劑、18份分散劑以及0.54份抗氧劑高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出時(shí)混合物熔體的溫度控制在180°C250°C。所述的超高分子量聚乙烯是粘均分子量為150萬600萬的超高分子量聚乙烯。所述的導(dǎo)電材料選自炭黑、石墨和銅粉中的一種或一種以上的混合物。所述的聚磷酸銨是晶體結(jié)構(gòu)為II型的聚磷酸銨。所述的聚硅氧烷選自聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和線性硅氧烷-乙炔共聚物中的一種或一種以上的混合物。所述的納米阻燃劑選自二氧化硅、滑石粉和氫氧化鎂中的一種或一種以上的混合物，所述的納米阻燃劑的粒徑是10100納米。所述的聚合物界面橋粘劑選自聚乙烯和馬來酸酐接枝共聚物、聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物和聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物中的一種或一種以上的混合物。所述的分散劑選自聚乙烯蠟、石蠟、硅油或和白油中的一種或一種以上的混合物。所述的抗氧劑是抗氧劑2246或抗氧劑1010。本發(fā)明有別于傳統(tǒng)的無鹵膨脹阻燃劑，采用納米阻燃劑協(xié)助磷系和硅氧烷系阻燃劑阻燃超高分子量聚乙烯，納米粒子充分分散在炭化層中起著骨架的作用，使生成的炭化層具有較好的剛性與強(qiáng)度，對新生炭中孔洞和裂縫起封閉作用，減少炭層裂紋和溝槽，提高炭層的質(zhì)量。納米阻燃劑在以下三個(gè)方面具有不同于普通阻燃劑的特殊的阻燃性能。一是多相抑制作用，隨著粒徑的減小，比表面積的增大，阻燃顆粒與外界接觸的面積增加，為反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的自由基提供了更多進(jìn)行復(fù)合的"場所"，有效地減少了自由基，達(dá)到了抑制鏈反應(yīng)的目的。二是均相抑制作用，是指充分分散的納米阻燃劑在火焰中均勻分解、氣化、產(chǎn)生游離基，進(jìn)入氣相，在短時(shí)間內(nèi)與燃燒物產(chǎn)生的游離基充分作用而終止反應(yīng)鏈。三是吸熱滅火機(jī)理，由于納米顆粒較普通尺寸顆粒低，可在火災(zāi)初期吸收大量的熱能使燃燒反應(yīng)鏈不能持續(xù)下去而滅火?？轨o電劑只能使超高分子量聚乙烯的表面電阻略有下降，添加大量的無機(jī)導(dǎo)電材料可以使超高分子量聚乙烯的表面電阻下降明顯，但同時(shí)造成材料的可加工性和機(jī)械性能急劇惡化。本發(fā)明采用聚合物橋粘劑增容超高分子量聚乙烯導(dǎo)電材料體系，使超高分子量聚乙烯基體與導(dǎo)電材料界面結(jié)合牢固，在只添加少量導(dǎo)電材料的情況下，就能在超高分子量聚乙烯基體中形成雙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明有別于有鹵阻燃劑、傳統(tǒng)的無鹵膨脹阻燃劑，采用納米阻燃劑協(xié)助磷系和硅氧烷系阻燃劑阻燃超高分子量聚乙烯，納米粒子充分分散在炭化層中起著骨架的作用，使生成的炭化層具有較好的剛性與強(qiáng)度，對新生炭中孔洞和裂縫起封閉作用。解決了有鹵阻燃劑、傳統(tǒng)的無鹵膨脹阻燃劑與高熔體粘度的超高分子量聚乙烯基體不相容，在擠出成型過程中容易析出聚集在管材表面而堵塞擠出口模等問題。2、本發(fā)明采用聚合物橋粘劑增容超高分子量聚乙烯/導(dǎo)電材料體系，使超高分子量聚乙烯基體與導(dǎo)電材料界面結(jié)合牢固，在只添加少量導(dǎo)電材料的情況下，就能在超高分子量聚乙烯基體中形成雙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。3、本發(fā)明制備的超高分子量聚乙烯管材，在提高抗靜電性和阻燃性的同時(shí)，還保持超高分子量聚乙烯特有的優(yōu)異力學(xué)性能，即管材的拉伸強(qiáng)度大于25MPa，斷裂伸長率大于400%，懸臂梁沖擊強(qiáng)度為不斷。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明加以說明，但實(shí)施例不是對本發(fā)明的限制。實(shí)施例1按重量份計(jì)，將100份粘均分子量150萬超高分子量聚乙烯、5份炭黑、10份聚磷酸銨、5份聚二甲基苯基硅氧烷、6份納米氫氧化鎂、2份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、1份硅油以及0.5份抗氧劑2246高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在1S(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。實(shí)施例2按重量份計(jì)，將100份粘均分子量150萬超高分子量聚乙烯、2份炭黑、9份石墨、8份聚磷酸銨、2份線性硅氧烷_乙炔共聚物、4份納米氫氧化鎂、8份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、1份硅油、5份聚乙烯蠟和1.5份抗氧劑2246高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在19(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。實(shí)施例3按重量份計(jì)，將100份粘均分子量150萬超高分子量聚乙烯、1份炭黑、5份銅粉、15份聚磷酸銨、0.1份線性硅氧烷-乙炔共聚物、1份納米二氧化硅、1份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、1份硅油和1.5份抗氧劑2246高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在19(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。實(shí)施例4按重量份計(jì)，將100份粘均分子量250萬超高分子量聚乙烯、6份炭黑、5份聚磷酸銨、8份聚二甲基硅氧烷、10份納米滑石粉、5份聚乙烯和馬來酸酐接枝共聚物、1份白油、4份石蠟以及1.5份抗氧劑1010高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在20(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。實(shí)施例5按重量份計(jì)，將100份粘均分子量250萬超高分子量聚乙烯、15份石墨、1份聚磷酸銨、10份聚甲基苯基硅氧烷、2份納米二氧化硅、10份聚乙烯和馬來酸酐接枝共聚物、8份聚乙烯蠟以及2.5份抗氧劑IOIO高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在22(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。實(shí)施例6按重量份計(jì)，將100份粘均分子量350萬超高分子量聚乙烯、4份炭黑、7份石墨、6份聚磷酸銨、3份聚甲基苯基硅氧烷、1份納米二氧化硅、5份聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物、5份石蠟以及3.5份抗氧劑2246高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在23(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。實(shí)施例7按重量份計(jì)，將100份粘均分子量350萬超高分子量聚乙烯、7份炭黑、3份聚磷酸銨、5份聚二甲基苯基硅氧烷、6份納米氫氧化鎂、8份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、5份聚乙烯蠟以及3.5份抗氧劑1010高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在23(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。5實(shí)施例8按重量份計(jì)，將100份粘均分子量400萬超高分子量聚乙烯、4份炭黑、3份石墨、5份聚磷酸銨、3份聚二甲基苯基硅氧烷、1份納米二氧化硅、5份納米納米滑石粉、5份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、7份聚乙烯蠟以及4份抗氧劑1010高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在24(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。實(shí)施例9按重量份計(jì)，將100份粘均分子量500萬超高分子量聚乙烯、5份炭黑、1份銅粉、6份聚磷酸銨、5份聚二甲基苯基硅氧烷、5份納米納米滑石粉、8份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、8份聚乙烯蠟以及4份抗氧劑1010高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在24(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。實(shí)施例10按重量份計(jì)，將100份粘均分子量600萬超高分子量聚乙烯、5份炭黑、1份銅粉、7份聚磷酸銨、5份聚二甲基苯基硅氧烷、2份納米二氧化硅、5份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、5份聚乙烯蠟以及4份抗氧劑1010高速混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在25(TC。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。6表1實(shí)施例i一io的超高分子量聚乙烯管材性能測試數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種抗靜電無鹵阻燃超高分子量聚乙烯管材專用料的制備方法，其特征在于，該方法按重量份計(jì)，將100份超高分子量聚乙烯、5～25份導(dǎo)電材料、4～20份聚磷酸銨、0.1～10份聚硅氧烷、1～20份納米阻燃劑、1～10份聚合物界面橋粘劑、1～10份分散劑以及0.5～5份抗氧劑混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出時(shí)混合物熔體溫度控制在180～250℃。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯是粘均分子量為150萬600萬的超高分子量聚乙烯。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的導(dǎo)電材料選自炭黑、石墨和銅粉中的一種或一種以上的混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的聚磷酸銨是晶體結(jié)構(gòu)為II型的聚磷酸銨。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的聚硅氧烷選自聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和線性硅氧烷-乙炔共聚物中的一種或一種以上的混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的納米阻燃劑選自二氧化硅、滑石粉和氫氧化鎂中的一種或一種以上的混合物，所述的納米阻燃劑的粒徑是10100納米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的聚合物界面橋粘劑選自聚乙烯和馬來酸酐接枝共聚物、聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物和聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物中的一種或一種以上的混合物。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的分散劑選自聚乙烯蠟、石蠟、硅油和白油中的一種或一種以上的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述的抗氧劑是抗氧劑2246或抗氧劑1010。全文摘要一種抗靜電無鹵阻燃超高分子量聚乙烯管材專用料的制備方法，按重量份計(jì)，將100份超高分子量聚乙烯、5～15份導(dǎo)電材料、1～15份聚磷酸銨、0.1～10份聚硅氧烷、1～10份納米阻燃劑、1～10份聚合物界面橋粘劑、1～10份分散劑以及0.5～4份抗氧劑混合均勻，然后將混合物用單螺桿擠出機(jī)擠出成型管材，擠出熔體溫度控制在180～250℃。本發(fā)明方法在提高抗靜電性和阻燃性的同時(shí)，還保持了超高分子量聚乙烯特有的優(yōu)異力學(xué)性能，管材的拉伸強(qiáng)度＞25MPa，斷裂伸長率＞400％，懸臂梁沖擊強(qiáng)度為不斷。文檔編號C08L83/04GK101775170SQ20101010284公開日2010年7月14日申請日期2010年1月29日優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日發(fā)明者吳向陽,夏晉程,張煒,洪尉,趙春保申請人:上?；ぱ芯吭?上海聯(lián)樂化工科技有限公司