[发明专利]托辊用石墨烯改性阻燃复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，包括高密度聚乙烯、复合阻燃剂、石墨烯、抗静电剂、增韧剂、接枝剂、碳酸钙、抗氧剂、抗紫外剂和润滑剂。本发明还公开了制备方法。本发明具备高阻燃性能、高氧指数和抗静电。

技术领域

本发明涉及高分子加工技术领域，具体而言，涉及一种托辊用石墨烯改性阻燃复合材料及其制备方法。

背景技术

带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置等组成。其中托辊，是带式输送机的重要部件可以支撑输送带和物料重量，它占了一台带式输送机总成本的35％，产生了70％以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。

市场上按照材质分主要铁质托管、陶瓷托辊和塑料托辊。前两者在使用过程中暴露出了许多问题，比如铁质托辊质量大安装困难，易腐蚀远远低于设计寿命同时管理和维护需花费大量的时间；与之相比陶瓷托辊可以大大提高耐化学腐蚀性能，但是依然存在韧性差，产能低尺寸定制困难等问题。塑料托辊由于其质量轻、耐腐蚀、抗冲击、运行噪音低等显著特点，近年来已经成为托辊领域中的主流产品。

市面上常规塑料托辊最致命的缺陷在于抗静电性能和阻燃性能。因为阻燃和抗静电性能不达标使得绝大多数塑料托辊管材无法在矿井下使用。市面上所谓的阻燃托辊管材阻燃最高可达到V0级别，但是氧指数却只有≤20％。氧指数越低说明材料越容易被点燃，这就使得塑料托辊无法适用于更加严苛的易燃易爆的工作环境中。

CN102964656A公开了《一种HDPE抗静电阻燃功能母料》，该专利申请以HDPE为基材通过添加高达80份的卤素阻燃剂才能达到国标阻燃效果，同时卤素阻燃剂是有毒不环保的无法满足国家要求。CN109810346A公开了《一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材》，该专利申请也是利用石墨烯改性HDPE作为基材，但是该专利申请中阻燃性能级别测试中最好结果仅仅是垂直燃烧10s，离火10s内自熄。

CN1858098A公开了《一种抗静电阻燃聚乙烯组合物及其制备方法》，该专利申请中氧指数也可达到26％，但是选用的是卤素阻燃剂添加量也达到30份。

发明内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，各组分按照重量份数计，包括：

可选地，各组分按照重量份数计，包括：

复合阻燃剂的添加量太低阻燃效果差，添加量太大，无机填料过多对力学影响太大；石墨烯添加量太低，阻燃和抗静电的协效性能不明显，石墨烯添加过大，石墨烯分散不均匀，导致力学性能下降且成本太高。

可选地，高密度聚乙烯分子量为40000-300000，密度范围为0.9g/cm³-1g/cm³。

可选地，所述复合阻燃剂为微胶囊包覆红磷、磷酸酯、聚磷酸三聚氰胺(MPP)、氰脲酸盐(MCA)或氢氧化铝中的一种或多种。

优选地，所述复合阻燃剂为聚磷酸三聚氰胺和微胶囊包覆红磷的复合材料，所述聚磷酸三聚氰胺和微胶囊包覆红磷比例为(15-20):(10-15)，进一步优选地，所述聚磷酸三聚氰胺和微胶囊包覆红磷比例为17:13，其中，微胶囊包覆红磷基材为聚乙烯包覆，红磷含量≥85％。

可选地，所用石墨烯为粉体，BET≥220m²/g，粒径D50为≤30μm，优选地，所用石墨烯为粉体，BET为280m²/g，粒径D50为25μm，大片径小粒径的石墨烯在材料中分布的更加容易形成导电通路，同时燃烧过程中可形成致密的阻隔层降低材料燃烧过程中热释放速率已经减少材料与氧气的接触。