[发明专利]阻燃抗静电纳米聚乙烯复合材料

说明书

所属技术领域

本发明属化工技术领域，涉及一种阻燃抗静电纳米聚乙烯复合材料。它特别适合用来制造矿井中使用的通风、抽水、喷浆及排放瓦斯气体的传输管道。

背景技术

煤炭生产和采矿作业在钻探和开采过程中的通风、抽水、喷浆及排放瓦斯气体都是通过管道传输来完成。而长期以来使用于矿井的管材大多为钢管，其耐腐蚀性太差，并容易因撞击而产生火花带来安全隐患。有的也使用玻璃钢管材，但其抗冲击性太差，容易产生漏气。面对矿井中安全生产形势严峻这一状况，从通风、抽水、排放瓦斯、喷浆等管道上去采用新材料，进行技术改造、增添安全技术措施，提高安全生产水平，无疑是十分必要且十分急迫。国家也大力提倡和支持在矿井中采用技术最先进而安全的管材。因此研究开发具有阻燃抗静电功能的聚乙烯管材能适应矿井的安全生产，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有矿井中管材料的缺陷，提供一种对纳米级导电粉体进行表面处理和以纳米层状硅酸盐为主的增效阻燃剂一起对聚乙烯进行改性，制成具有阻燃和抗静电功能的纳米聚乙烯复合材料，用以制备矿井用阻燃抗静电塑料管道。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：该阻燃抗静电纳米聚乙烯复合材料是由高密度双峰聚乙烯、纳米导电母粒和增韧剂按重量比100∶60∶10组合而成。其中纳米导电母粒是由复合增效阻燃剂、纳米导电粉体和高密度双峰聚乙烯按重量比50∶30∶20混合，并进行强化预分散而制备；其增韧剂为乙丙橡胶或三元乙丙橡胶中的一种。

制备纳米导电母粒中所用的复合增效阻燃剂是由有机蒙脱土、三氧化二锑、氢氧化铝按重量百分比(1％～10％)∶(1％～5％)∶(80％～90)组合而成。而纳米导电母粒中所述的纳米导电粉体是纳米级的碳黑或者是纳米级的石墨。

本发明为了使大比表面导电粉末与各组分均匀混合、最终在聚乙烯树脂中均匀分散，并能确保可靠的导电特性，须先对纳米导电粉体进行喷雾活化的表面处理，其作法是采用文丘里管喷射吸入混合方式完成，当导电粉体高速通过文丘里管的喷嘴时，形成负压吸入处理剂，所述处理剂为硅烷偶联剂KH-550、A-1120、A-15、NDZ-603中的任意一种，导电粉体与硅烷偶联剂通过在管道内的高速运动而呈动态悬浮状进行接触并混合，完成对导电粉体的表面处理，然后捕集即可。

本发明是以有机蒙脱土、复合增效阻燃剂及纳米导电粉体作为分散相，以聚乙烯为连续相，采用插层复合技术和母粒化予分散技术，在强剪切力、热力和化学力等的作用下，使有机蒙脱土的片层实现纳米尺度的剥离，与其它分散相组分均匀分散于聚乙烯基体树脂中，产生协同效应，从而赋予复合材料以阻燃和抗静电功能及优异的力学性能。本发明所制造的管道具有良好的综合性能，具体表现在：

1.柔韧性：扁平压至内径重合时，无裂缝、无破坏。

2.液压试验在二倍使用压力下，保持5min无渗漏、无破坏。

3.拉伸强度(MPa)≥6.50。

4.断裂伸长率(％)≥220。

5.落锤冲击试验，在落锤高度2m，锤重1kg且必须带有一直径25mm的半球型锤头的条件下，无裂缝、无破坏。

6.内、外表面电阻的技术平均值(Ω)≤1×109。

7.酒精喷灯燃烧时间(S)，有焰燃烧单根≤10。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述：首先取18kg纳米级的导电碳黑和0.09kg的硅烷偶联剂KH-550并采用文丘里管喷射吸入混合方式来完成对18kg纳米级导电碳黑的喷雾活化表面处理，将此经表面处理的导电碳黑待用；其次取有机蒙脱土3kg、三氧化二锑1.5kg、氢氧化铝25.5kg进行混合制成重量为30kg的复合增效阻燃剂；其三再将制得复合增效阻燃剂30kg、前面待用的经表面处理的导电碳黑18kg，以及高密度双峰聚乙烯12kg混合进行强化预分散而制成纳米导电母料60kg；最后再将乙丙橡胶10kg、上述所制得的纳米导电母料60kg和高密度双峰聚乙烯100kg混合均匀后投入挤出造粒机组，使改性材料在聚乙烯中均匀分散，而制出所需的阻燃抗静纳米聚乙烯复合材料粒料。