[发明专利]一种抗静电阻燃超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗静电阻燃超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法，属于高分子材料及其成型加工领域。

背景技术

分子量超过150万的聚乙烯一般被称为超高分子量聚乙烯。由于其分子结构和聚集态结构的特殊性，赋予其优良的机械强度、耐磨性、自润滑性、耐腐蚀性和抗低温性能。近年来被广泛应用于板框滤机滤板、矿山输送带托辊等的制造，显示出了独特的实用性。但是，超高分子量聚乙烯的熔融流动速率几乎是零，熔体粘度极高，加工性能很差，又给其成型加工制造了难题。超高分子量聚乙烯制品作为工业板材、棒材、管材应用初期，以纯树脂制品为主，最多添加一些流动改性剂、抗氧剂等，以改善制品的加工成型性能和耐老化性能。

近年来，频繁发生的矿难促使国家加强矿山机械装备中非金属材料的阻燃性能和抗静电性能的管理。因此，相应的具有抗静电阻燃功能的超高分子量聚乙烯复合材料的产品开发也得到了快速发展。目前，矿山机械的输送系统一般选用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为托辊，在恶劣的工作环境下承担较强的工作负荷，同时要求耐磨性优良、阻燃、抗静电。以下专利文献均不同层级地涉及了超高分子量聚乙烯的阻燃和抗静电性能。

专利申请CN101386692A描述的是超高分子量聚乙烯高耐磨高温复合材料的制备方法。但是发明人并没有指明阻燃剂的类型或品名，所用的改性剂之一石墨的效果也没有与另一种改性剂硬脂酸钙做出区分。

专利申请CN101012325A制备超高分子量聚乙烯改性材料添加了1～4份阻燃剂(三氧化二锑、磷酸酯、锡酸盐和/或十溴联苯醚中的至少一种)、0.5～3份抗静电剂、0.5～3份石墨，虽然描述了产品的力学性能，但是其阻燃和抗静电性能不详。

专利CN1194850C将分子量150～350万的超高分子量聚乙烯与流动改性剂、填充增强剂、偶联剂、润滑剂、成核剂和阻燃剂(磷酸酯、三氧化二锑、十溴联苯醚和/或锡酸盐中的至少一种，添加量0.1～10份)进行双螺杆挤出共混，制得的超高分子量聚乙烯复合材料，可直接用于生产棒、管、板、片、异型材、多层复合板等，制品质量均匀稳定，外观平滑光亮。但是该专利并没有给出表征产品质量的数据。

专利申请CN101020768A制备超高分子量聚乙烯管材，使用了石墨(1.2～4份)、抗静电剂(1.2～1.5份)、阻燃剂(三氧化二锑、磷酸酯、锡酸盐和/或十溴联苯醚中的至少一种，添加量为1.8～5.6份)。各添加剂的效果没有给予描述。

专利申请CN101319069A制备超高分子量聚乙烯材料防偏摩擦盘时添加的阻燃剂(2.5～7.5份)为三氧化二锑、磷酸酯、锡酸盐和/或十溴联苯醚中的至少一种，效果不详，也没有叙述所用石墨(2份)的作用。

专利CN100504134C在超高分子量聚乙烯中添加了阻燃材料(0～20份)和抗静电材料(0～50份)，用于生产增强型超高分子量聚乙烯缠绕管。阻燃材料为十溴联苯醚、三氧化二锑的组合或十溴联苯醚、三氧化二锑、硼酸锌的组合，抗静电材料为导电炭黑。其所展示的实施例导电炭黑用量也达到50份，似乎并不具备实用性。

专利申请CN101429304A制备抗静电阻燃管材时所用的阻燃剂为十溴联苯醚和三氧化二锑，抗静电组分为导电炭黑，只是强调可以采用常规制管工艺制作，并没有给出抗静电和阻燃数据。

专利申请CN101250297A制备纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性管材时添加了0.5～3份石墨，0.5～3.5份抗静电剂，1～4份阻燃剂(三氧化二锑、磷酸酯、锡酸盐和/或十溴联苯醚中的至少一种)。发明人没有给出阻燃效果数据，反而强调其产品的体积电阻达到10^17～18，似乎与添加抗静电剂的初衷不符。

最近无卤阻燃剂的应用也得到了超高分子量聚乙烯加工领域的重视。

专利申请CN101733856A发明的核心是超高分子量聚乙烯复配高密度聚乙烯、氯化聚乙烯、三氧化二锑、聚磷酸铵等，在双螺杆挤出机中造粒。其管材制品的阻燃性能均优于普通聚乙烯管材。专利并没有对产品的力学性能进行描述。

专利CN101434723B制备抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯组合物时，采用聚磷酸铵、磷酸酯和包覆红磷为有效阻燃成分，采用炭黑、碳纤维、石墨、玻璃空心微珠或陶瓷微珠为抗静电剂，也能得到阻燃性能UL94为V0级。表面电阻率在10⁶～10⁷数量级的复合材料。该专利在力学性能方面仅仅提供了抗冲击强度的数据，很难评述其作为材料的实用性，且将空心微珠或陶瓷微珠都选为抗静电剂，也很难评述其抗静电效果。