[发明专利]一种抗静电阻燃型聚乙烯组合物、粒子、管材及其制法和用作煤矿井管材的用途

说明书

本发明公开一种抗静电阻燃型聚乙烯组合物、粒子、管材及其制备方法和用作煤矿井管材的用途。该组合物包括高密度聚乙烯、石墨烯、阻燃剂、分散液、成核剂和抗氧剂，解决了现有抗静电阻燃型聚乙烯材料阻燃剂、抗静电剂、导电填料添加量过大的问题，克服了现有石墨烯的添加量大且分散性较差的缺陷。本发明利用石墨烯优异的增强增韧特性，使得体系无需添加增韧剂，同时制备而得的石墨烯/聚乙烯材料的力学性能达到煤矿行业标准MT558.1‑2005中GB/T8804‑2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定》的要求(拉伸强度≥9MPa、断裂伸长率≥300％)，本发明产品拉伸强度可达28MPa，断裂伸长率可达340％。

技术领域

本发明涉及抗静电阻燃型聚乙烯材料领域，特别涉及了一种抗静电阻燃型聚乙烯组合物、粒子、管材及其制法和用作煤矿井管材的用途。

背景技术

聚乙烯(PE)管材具有耐腐蚀性好、使用寿命长、质量轻、施工方便等优点，被广泛应用于各个领域，尤其在煤矿业中的使用。但是煤矿井下用的PE管材在防静电和阻燃性能方面的要求极其苛刻，并且需要具有良好的机械力学性能。

由于PE本身属于可燃且绝缘的材料，在煤矿井下使用存在极大隐患。通常的方法是向体系中添加一定含量的阻燃剂和抗静电剂来满足管材的阻燃、抗静电性能的要求。

CN1221604C公开了抗静电阻燃聚乙烯复合管材及制备工艺，采用溴系阻燃剂和含锑化合物协同阻燃，并对导电炭黑进行改性，密炼挤出造粒，制备出一种具有阻燃抗静电性的聚乙烯管材。该制备方法中协同阻燃剂添加量较大(约占体系的25wt％)，对管材的力学性能影响较大，并且燃烧产生的有毒物质对环境污染严重，与目前无卤阻燃剂使用趋势不符。

CN103172920A公开了环保型阻燃抗静电聚乙烯矿用管，通过30～50wt％的高浓度炭黑母料与HDPE基体共混稀释制备而得抗静电聚乙烯管材，制备高浓度母粒需要很强的螺杆剪切力，成本高、生产效率低。CN106633344A公开了一种抗静电功能母料及其生产工艺、聚乙烯管材生产工艺，采用超导电炭黑：15-30％，润滑剂：0.1-10％，偶联剂：0.5-5％，分散剂：3-11％，线性低密度聚乙烯(LLDPE)：30-80％，得到抗静电功能母料，由于正常加工温度在180～240℃左右，高添加量的炭黑会促使体系黏度过高，为了降低体系的粘度，需要将加工温度提高至260～300℃，然而这样较高的加工温度会破坏基体分子链的高温降解，破坏填料的结构。CN104277279A公开了一种阻燃抗静电聚乙烯管材及其制作方法，将20～40wt％的导电炭黑添加至高密度聚乙烯基体中，在偶联剂和辅助剂作用下，达到抗静电作用，但是高添加量炭黑导致管材力学性能严重下降，同时复材熔体黏度变高，管材挤出过程中出现扭矩过大，挤出不稳等现象，还会使管材质重壁厚，表面粗糙。

CN106867076A公开了一种矿用石墨烯增强超高分子量聚乙烯双抗管材制备方法，该发明利用超高分子量聚乙烯作为管材基体，通过诸多助剂将增强填料纳米石墨烯在乙醇体系中进行改性后，分散在基体中制备而得，然而石墨烯经乙醇浸润洗涤后，干燥后的石墨烯比表面积会明显变小，导电性能变差。同时，超高分子量聚乙烯由于分子量较大(350～1000万)，熔体黏度高，导致其加工困难，工艺复杂，且石墨烯添加量较大(3～5wt％)，成本较高。对应的石墨烯管材拉伸强度相比纯超高分子量聚乙烯而言下降了20～30％，并没有突显出石墨烯在高分子量聚乙烯体系中的导电及增强效果。

CN104262740A公开了一种高密度聚乙烯管材，利用螺杆挤出机制备出石墨烯粉体改性的高密度聚乙烯管材，但是高品质的石墨烯粉体比表面积较大，片层少，表面活化能比较高，极易团聚，密度小，该申请采用的石墨烯的添加量为5～6wt％，添加量比较高，而且该申请采用直接螺杆挤出共混石墨烯粉体，但是石墨烯粉体现阶段还很难直接通过双螺杆挤出，会造成石墨烯粉体都飘在喂料口上层，不易加入塑料体系中，造成分散较差，最终生产的管材的表面电阻在1.0×10⁶Ω以上，不符合煤矿用管材标准。另外，该申请采用的阻燃剂为十溴二苯醚和三氧化二锑，其中十溴二苯醚为6-14wt％、三氧化二锑7-15wt％，阻燃剂的添加量较大。