專利名稱：一種無鹵阻燃pe管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無鹵阻燃PE管，尤其涉及一種用于輸送煤氣等易燃?xì)怏w的無鹵阻燃PE管道。
背景技術(shù)：
PE (聚乙烯)管道是最常見的管道之一，其具有低溫抗沖擊性、耐化學(xué)腐蝕、耐磨等優(yōu)點(diǎn)，在給水、排水、供熱、供燃?xì)?、農(nóng)業(yè)灌溉、水利工程及各種工業(yè)裝置中都得到廣泛應(yīng)用。聚乙烯(Polyethylene,簡稱PE)是指由乙烯單體自由基聚合而成的聚合物,是產(chǎn)量最大的通用塑料之一，是一種質(zhì)輕、無毒、具有較好的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的電絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性能的熱塑性塑料。并且成型加工方便，廣泛應(yīng)用于電線電纜、化工、食品、包裝、機(jī)械、電子通訊、家庭裝飾及土木建筑等行業(yè)，其需求量正逐年上升。聚乙烯主要分解產(chǎn)物有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烯、戊烯、1-丁烯、己烷等，其形成的降解產(chǎn)物同分子間鏈轉(zhuǎn)移的路線有關(guān)。降解過程在受到氧的影響下，降解產(chǎn)物主要有丙醛、戊烯、正戊烷、丁醛、戊醛等。燃燒過程發(fā)現(xiàn)的熱降解產(chǎn)物主要有戊烯、丁醛、1-己烯、正己烷、苯、戊醛等。聚乙烯為易燃聚合物，氧指數(shù)為17 18%，燃燒熱值在聚合物材料中屬于較高者，為45. 9 MJ/kg，用錐形量熱儀測定的熱釋放速率也比較高，聚乙烯是乙烯單體通過加成聚合反應(yīng)合成的聚合物，在分子結(jié)構(gòu)中只有碳、氫兩種元素。聚乙烯 大約在335講50°C之間分解。在無氧條件下，熱穩(wěn)定性比較高。在惰性氣氛中，聚乙烯在202°C下發(fā)生交聯(lián)，在292°C時(shí)分子量開始下降，出現(xiàn)降解，但在372°C之前不會(huì)發(fā)生顯著的分解。聚乙烯的熱降解反應(yīng)是無規(guī)斷鏈及分子內(nèi)和分子間轉(zhuǎn)移反應(yīng)，高溫受熱降解成低分子量物質(zhì)，極易傳播火焰，引發(fā)火災(zāi)。我國僅由于電線電纜引起的火災(zāi)損失，每年達(dá)50多億元人民幣，這就使聚烯烴在許多領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。隨著現(xiàn)代阻燃技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，越來越多的阻燃劑出現(xiàn)在阻燃領(lǐng)域中，為社會(huì)的安全與發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在人們在聚烯烴中常用的阻燃劑有兩種一種是反應(yīng)型阻燃劑；另一種是添加型阻燃劑。反應(yīng)型阻燃劑是通過將一些含有阻燃元素的單體參與聚合反應(yīng)，使聚合物的主鏈或側(cè)鏈中帶有阻燃元素，起到阻燃的效果。反應(yīng)型阻燃劑主要有鹵代酚類、鹵代酸酐類、鹵代醇類、齒代酯，齒代醚類。添加型阻燃劑是指以物理分散狀態(tài)同高分子材料進(jìn)行共混發(fā)揮阻燃作用的阻燃劑。鹵系阻燃劑以其添加量少，阻燃效果顯著而最為常用，在20世紀(jì)70-80年代呈經(jīng)歷了發(fā)展的黃金時(shí)代。雖然其用量呈逐漸下降的趨勢，但目前其產(chǎn)量和用量仍是世界上較大的阻燃劑品種。鹵系阻燃劑主要有氯系阻燃劑和溴系阻燃劑兩大類。氯系阻燃劑常用的品種有氯化石蠟、氯化聚乙烯、四氯鄰苯二甲酸配、四氯雙酚A、六氯環(huán)戊二烯及其衍生物等。氯系阻燃劑的阻燃效果不及溴系阻燃劑，這同C-Cl鍵的鍵能比C-Br鍵的鍵能大，不易產(chǎn)生氯游離基有關(guān)。因而，在鹵系阻燃劑中，溴系阻燃劑是絕對主流。溴系阻燃劑從分子結(jié)構(gòu)分可以分為芳香族、脂肪族、脂環(huán)族及混合型四種。從化合物結(jié)構(gòu)上可將其分為溴代二苯醚類、四溴雙酚A類、溴代多元醇類、溴代鄰苯二甲酸酐類，以及其它各種新型的溟系阻燃劑，常用的溴系阻燃劑主要有十溴聯(lián)苯醚(DBDPO)、雙(四溴鄰苯二甲酰)乙烷等。然而，雖然鹵系阻燃劑具有較好的阻燃效果，但是燃燒時(shí)放出大量的有毒氣體，產(chǎn)生大量的有毒煙霧，對人體有較大的危害，自1986年出現(xiàn)的Dioxin問題以來，鹵系阻燃劑尤其是溴系阻燃劑面臨著巨大的環(huán)保壓力。反應(yīng)型阻燃劑由于其通過聚合反應(yīng)使具有阻燃功能的結(jié)構(gòu)單元通過化學(xué)鍵連接到高分子上，因此其阻燃效果持久，而且對材料的物理力學(xué)性能影響較小，但是因?yàn)榧夹g(shù)和價(jià)格的問題，使其推廣和應(yīng)用受到了很大限制。與反應(yīng)型阻燃劑相比，添加型阻然劑使用方便、價(jià)格低廉，因而是目前實(shí)現(xiàn)聚こ烯阻燃的常用方法，常用于聚こ烯阻燃改性的添加型阻燃劑有鹵系阻燃劑、無鹵阻燃劑和復(fù)合阻燃體系等。無鹵阻燃劑主要包括以下幾類
(I)水合氫氧化物
目前獲得主要應(yīng)用的是Mg (OH) 2和Al (OH) 3兩種。水合氫氧化物因其不產(chǎn)生二次污染、熱穩(wěn)定性好、同其它阻燃劑協(xié)同效應(yīng)好、無毒、無腐蝕、不揮發(fā)、不產(chǎn)生有毒氣體、價(jià)格低、來源廣泛，被譽(yù)為無公害阻燃劑，是集阻燃、抑煙、填充三大功能為一體的阻燃劑。然而，無機(jī)阻燃劑添加量大影響物理機(jī)械性能，氫氧化鎂添加量往往需要達(dá)到50 %以上才能達(dá)到良好的阻燃效果，而大量添加Mg(OH)2和Al (OH)3會(huì)使聚こ烯力學(xué)性能和加工性能明顯下降。(2)磷系阻燃劑
磷系阻燃劑以紅磷為代表，紅磷系紅色至紫紅色粉末，因其僅含磷元素，所以同其它磷化合物相比，紅磷的阻燃效率要高。含8%紅磷的HDPE其阻燃級別就可以達(dá)到UL-94 V-O級。然而紅磷也存在同聚こ烯樹脂的相容性差、易吸濕、顔色太深等不足。(3)膨脹性阻燃劑
膨脹性阻燃劑并不是單ー的阻燃劑品種，而是以磷、氮、碳為主要成分的無鹵復(fù)合阻燃體系，它不含鹵素，也不采用Sb2O3作協(xié)效劑，其體系內(nèi)自身具有協(xié)同作用。由于此類阻燃劑在受熱時(shí)會(huì)膨脹發(fā)泡，所以稱為膨脹性阻燃劑。含有膨脹性阻燃劑的塑料在燃燒時(shí)表面會(huì)生成炭質(zhì)泡沫，起到隔熱、隔氧、抑煙、防融滴等功效，具有優(yōu)良的阻燃性能，又具有無鹵、低煙、低毒、防滴落和無腐蝕性氣體等優(yōu)點(diǎn)。膨脹性阻燃劑一般由三部分組成酸源、炭源、氣源。具體三組分如下①酸源又稱為脫水劑、催化劑或炭化促進(jìn)劑。一般為無機(jī)酸或無機(jī)酸化合物，可與樹脂作用，促進(jìn)炭化物的生成。具體品種有磷酸、硫酸、硼酸、磷酸錢鹽、磷酸醋、磷酸鹽及聚磷酸胺等，以聚磷酸胺最為常用。②炭源，又稱為成炭劑。主要為ー些含碳量較高的多輕基化合物或碳水化合物，如樹脂本身、淀粉、季戊四醇及其ニ聚體和三聚體等。③氣源，又稱為發(fā)泡劑，可釋放出惰性氣體。為含氮類化合物，如胺類和酞胺類，具體有尿素、三聚佩胺、雙氰胺、聚磷酸胺、聚氨酷、聚服樹脂等。氮類化合物除起到發(fā)泡作用外，對炭化層的形成也有促進(jìn)作用。然而，這些阻燃劑存在吸潮性、燃燒分解過程不易獲得閉孔炭層而阻燃效果不佳的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無鹵阻燃PE管，在保持聚こ烯樹脂原有性能的基礎(chǔ)上具有良好的阻燃性能并且不產(chǎn)生有毒氣體。本發(fā)明的為實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是一種無鹵阻燃PE管，由以下重量份計(jì)的原料組成
HDPE樹脂96 105重量份，
Al (OH) 329 37重量份，
苯氧基聚磷腈彈性體 35 42重量份，
納米級碳酸鈣37 40重量份，
硅烷偶聯(lián)劑KH-5705^7重量份，
季戊四醇硬脂酸胺廣1. 3重量份，
抗氧劑7360.8 I重量份，· 抗氧劑1680. 6 0. 9重量份。其制備方法如下
1)按照上述組分配比準(zhǔn)確稱量各組分，然后充分干燥；
2)先取30 50重量份的HDPE樹脂、12 20重量份的苯氧基聚磷腈彈性體、0.4^0. 6重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0. 2、. 4重量份的抗氧劑736、0. 2、. 3重量份的抗氧劑168加入高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間2-3分鐘，然后在130°C 150°C于密煉機(jī)中密煉15 20分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚乙烯母粒；
3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚乙烯母粒、連同Al(OH)3、納米級碳酸鈣、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的HDPE樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間4-6分鐘，出料備用；
4)將步驟3)混合均勻的材料在雙螺桿擠出機(jī)中在145°C 165°C條件下擠出造粒；
5)將步驟4)造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚乙烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機(jī)擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。本發(fā)明的無鹵阻燃PE管道，在其中加入苯氧基聚磷腈彈性體改善聚乙烯的阻燃性能，苯氧基聚磷腈彈性體含有較高含量的磷元素，高溫下會(huì)生成磷酸、偏磷酸等強(qiáng)酸，促進(jìn)有機(jī)物脫水成炭；氮元素高溫下會(huì)生成氮?dú)庀♂尣⒆韪粞鯕?；苯環(huán)則提供大量的炭，彌補(bǔ)聚乙烯燃燒分解過程成炭量不足的問題。納米級Al (OH)3作為協(xié)效劑，利用其抑煙、降溫的功能進(jìn)一步提高聚乙烯的阻燃性能。納米級碳酸鈣能夠有效提高材料的力學(xué)性能和阻燃性能。通過以上各組分的配合和協(xié)同作用，起到了極好的阻燃效果。經(jīng)過力學(xué)性能測試和燃燒性能測試，本發(fā)明的無鹵阻燃PE管道阻燃劑阻燃效率高，添加量小，燃燒不產(chǎn)生熔滴且發(fā)煙量小，不產(chǎn)生有害氣體，并且在阻燃的同時(shí)綜合力學(xué)性能良好。


圖1為本發(fā)明的無鹵阻燃PE管道的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明。本發(fā)明所使用的各種原料及各項(xiàng)設(shè)備均為常規(guī)市售產(chǎn)品，均能夠通過市場購買直接獲得。實(shí)施例1
按如下步驟制備無鹵阻燃PE管道
I)按照如下組分配比準(zhǔn)確稱量各組分，然后充分干燥；HDPE樹脂96重量份，
Al(OH) 337 重量份，
苯氧基聚磷腈弾性體 35重量份，
納米級碳酸鈣37重量份，
硅烷偶聯(lián)劑KH-5705重量份，
季戊四醇硬脂酸胺I重量份，
抗氧劑7360. 8重量份，
抗氧劑1680. 6重量份，
其制備方法如下
2)先取30重量份的HDPE樹脂、12重量份的苯氧基聚磷腈弾性體、0.4重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0. 2重量份的抗氧劑736、0. 2重量份的抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間2分鐘，然后在130°C于密煉機(jī)中密煉15分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒；
3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒、連同Al(OH)3、納米級碳酸鈣、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的HDPE樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間4分鐘，出料備用；
4)將步驟3)混合均勻的材料由SHJ-36型平行雙螺桿混煉擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉擠出造粒，熔融混煉的溫度如下第一區(qū)145°C，第二區(qū)150°C，第三區(qū)155°C，第四區(qū)160°C，第五區(qū)165°C，第六區(qū)155°C，第七區(qū)150°C，第八區(qū)145°C，機(jī)頭ロ模145°C ;螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min ；喂料螺桿轉(zhuǎn)速為24r/min。5 )將步驟4 )造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚こ烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機(jī)擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。該步驟是常規(guī)的聚こ烯管材生產(chǎn)程序，不再詳細(xì)贅述。對實(shí)施例1的產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)和燃燒性能測試，其中采用CMT-6104電子萬能試驗(yàn)機(jī)按GB/T 1040-92塑料拉伸實(shí)驗(yàn)方法測試?yán)鞆?qiáng)度和斷裂伸長率，拉伸速度為100mm/min，沖擊強(qiáng)度采用XCS-200沖擊試樣機(jī)，按GB/T 1040-93測定；極限氧指數(shù)測試采用HC-2型氧指數(shù)儀，按GB/T2406-93標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行測試。經(jīng)過測試，實(shí)施例1的無鹵阻燃PE管道的阻燃等級為FV-O級，拉伸強(qiáng)度為27.1Mpa，斷裂伸長率為647%，缺ロ沖擊強(qiáng)度為22 KJ/m2。
實(shí)施例2
按如下步驟制備無鹵阻燃PE管道
I)按照如下組分配比準(zhǔn)確稱量各組分，然后充分干燥；
HDPE樹脂98重量份，
Al(OH)334 重量份，
苯氧基聚磷腈弾性體 39重量份，
納米級碳酸鈣38重量份，
硅烷偶聯(lián)劑KH-5706重量份，
季戊四醇硬脂酸胺1. 2重量份，抗氧劑7360.9重量份，
抗氧劑1680. 8重量份，
其制備方法如下
2)先取40重量份的HDPE樹脂、17重量份的苯氧基聚磷腈彈性體、0.5重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0. 3重量份的抗氧劑736、0. 2重量份的抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間3分鐘，然后在140°C于密煉機(jī)中密煉18分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚乙烯母粒；
3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚乙烯母粒、連同Al(OH)3、納米級碳酸鈣、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的HDPE樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間5分鐘，出料備用；
4)將步驟3)混合均勻的材料由SHJ-36型平行雙螺桿混煉擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉擠出造粒，熔融混煉的溫度如下第一區(qū)145°C，第二區(qū)150°C，第三區(qū)155°C，第四區(qū)160°C，第五區(qū)165°C，第六區(qū)155°C，第七區(qū)150°C，第八區(qū)145°C，機(jī)頭口模145°C ;螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min ；喂料螺桿轉(zhuǎn)速為24r/min。5)將步驟4)造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚乙烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機(jī)擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。對本實(shí)施例的產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)和燃燒性能測試，測試方法同上
經(jīng)過測試，本實(shí)施例的無鹵阻燃PE管道的阻燃等級為FV-O級，拉伸強(qiáng)度為28. 9Mpa，斷裂伸長率為657%，缺口沖擊強(qiáng)度為25 KJ/m2。
實(shí)施例3
按如下步驟制備無鹵阻燃PE管道
1)按照如下組分配比準(zhǔn)確稱量各組分，然后充分干燥；
HDPE樹脂105重量份，
Al (OH) 329 重量份，
苯氧基聚磷腈彈性體 42重量份，
納米級碳酸鈣40重量份，
硅烷偶聯(lián)劑KH-5707重量份，
季戊四醇硬脂酸胺1. 3重量份，
抗氧劑736I重量份，
抗氧劑1680. 9重量份，
其制備方法如下
2)先取50重量份的HDPE樹脂、20重量份的苯氧基聚磷腈彈性體、0.6重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0. 4重量份的抗氧劑736、0. 2^0. 3重量份的抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間3分鐘，然后 在150°C于密煉機(jī)中密煉20分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚乙烯母粒；
3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚乙烯母粒、連同Al(OH)3、納米級碳酸鈣、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的HDPE樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間6分鐘，出料備用；4)將步驟3)混合均勻的材料由SHJ-36型平行雙螺桿混煉擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉擠出造粒，熔融混煉的溫度如下第一區(qū)145°C，第二區(qū)150°C，第三區(qū)155°C，第四區(qū)160°C，第五區(qū)165°C，第六區(qū)155°C，第七區(qū)150°C，第八區(qū)145°C，機(jī)頭ロ模145°C ;螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min ；喂料螺桿轉(zhuǎn)速為24r/min。5)將步驟4)造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚こ烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機(jī)擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。對本實(shí)施例的產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)和燃燒性能測試，測試方法同上
經(jīng)過測試，本實(shí)施例的無鹵阻燃PE管道的阻燃等級為FV-O級，拉伸強(qiáng)度為27. 9Mpa，斷裂伸長率為635%，缺ロ沖擊強(qiáng)度為23 KJ/m2。以上描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物
界定 。
權(quán)利要求
1.一種無鹵阻燃PE管，其特征在于，由以下組分組成 HDPE樹脂96 105重量份， Al (OH) 329 37重量份， 苯氧基聚磷腈弾性體 35 42重量份， 納米級碳酸鈣37 40重量份， 硅烷偶聯(lián)劑KH-570 5^7重量份， 季戊四醇硬脂酸胺廣1. 3重量份， 抗氧劑7360. 8 1重量份， 抗氧劑1680. 6 0. 9重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鹵阻燃PE管道，其特征在干，所述組分中的Al(OH) 3為納米級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無鹵阻燃PE管道，其特征在于，所述管道通過以下步驟制得 1)按照上述組分配比準(zhǔn)確稱量各組分，然后充分干燥； 2)先取30 50重量份的HDPE樹脂、12 20重量份的苯氧基聚磷腈弾性體、0.4^0. 6重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0. 2、. 4重量份的抗氧劑736、0. 2、. 3重量份的抗氧劑168加入高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間2-3分鐘，然后在130°C 150°C于密煉機(jī)中密煉15 20分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒； 3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒、連同Al(OH)3、納米級碳酸鈣、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的HDPE樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入高速混合機(jī)中混合，混合時(shí)間4-6分鐘，出料備用； 4)將步驟3)混合均勻的材料在雙螺桿擠出機(jī)中在145°C 165°C條件下擠出造粒； 5)將步驟4)造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚こ烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機(jī)擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無鹵阻燃PE管，由以下組分組成HDPE樹脂、Al(OH)3、苯氧基聚磷腈彈性體、納米級碳酸鈣、硅烷偶聯(lián)劑KH-570、季戊四醇硬脂酸胺、抗氧劑736、抗氧劑168。本發(fā)明的無鹵阻燃PE管道阻燃劑阻燃效率高，添加量小，燃燒不產(chǎn)生熔滴且發(fā)煙量小，不產(chǎn)生有害氣體，并且在阻燃的同時(shí)綜合力學(xué)性能良好。
文檔編號C08K3/26GK103059388SQ201310040620
公開日2013年4月24日 申請日期2013年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月3日
發(fā)明者王達(dá) 申請人:王達(dá)