[发明专利]一种煤矿用抗静电阻燃复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑料改性技术领域，具体地说是一种煤矿用抗静电阻燃复合材料的制备方法。

背景技术

不含增塑剂的PVC材料具有难燃、力学强度高、耐腐蚀等优异性能，然而由于其较高的电绝缘性，表面易积累静电，导致其难以在含有粉尘和易燃气体的煤矿井下使用，为了解决这一问题，需要改善PVC材料的抗静电性能。一般认为10⁸Ω的表面电阻是防止静电积聚的最低限度，国家安全生产监督管理总局于2009年发布的AQ1071-2009《煤矿用非金属瓦斯输送管材安全技术要求》指出非金属瓦斯输送管材的内、外壁表面电阻值的算术平均值均不得大于1.0×10⁶Ω。

PVC树脂主要通过添加导电助剂来提高复合材料的抗静电性能，这类导电助剂包括抗静电剂，金属类材料和炭类材料。抗静电剂实质上是一类表面活性剂，依靠在材料表面形成导电膜改善抗静电性能，其抗静电性受环境温度，湿度影响较大，故不适宜在煤矿井下使用。将金属粉末添加在PVC树脂中，可以大幅降低材料的电阻率，但同时材料的力学强度和韧性会受到极大影响。目前，针对PVC复合材料抗静电改性研究应用最多的方法是在PVC中加入炭类材料，例如炭黑、石墨、碳纤维等。通常，只有炭黑添加量大于基体树脂用量的10％时复合材料的抗静电性才能达到煤矿用PVC管材使用要求。然而由于PVC树脂是一种高熔体粘度同时加工温度范围比较窄的材料，加之如此高含量的炭黑填充，导致抗静电PVC复合材料的挤出加工十分困难。为了改善炭黑填充PVC材料的加工性能，通常的方法是向组合物中添加一定量的液体助剂，如氯化石蜡，白油、环氧大豆油、邻苯二甲酸二辛脂等，并且添加量较高一般在10-30份之间。而液体增塑剂的加入势必大大消弱PVC复合材料的阻燃性能。如何在抗静电性能、阻燃性能和可加工性之间找到相对的平衡，是以往研究人员的关注重点。

CN1133228A(申请公布日1996年10月16日)专利中设计了一种煤矿井下电缆挂钩用的抗静电阻燃增强聚氯乙烯材料，其使用的抗静电剂为季铵盐型阳离子表面活性剂SH-105，其分子结构中的亲水基团会在塑料表面形成一层水膜，静电沿水膜被导出。

CN1133872A(申请公布日1996年10月23日)专利中设计了一种煤矿井下用抗静电，抗燃烧塑料管用组合物，其使用的抗静电剂为乙炔炭黑、石墨等。在配方中添加不少于10份炭类材料的同时，体系中加入了高于6份的苯二甲酸二丁酯以及大豆油等增塑剂。

CN101096587A(申请公布日：2008年1月2日)专利中设计了一种由助容剂、载体、加工助剂和导电填料组成，经捏炼，造粒制备出的抗静电母料。该母料在与PVC树脂等物料干混，挤出塑炼，最后经多层共挤出机头与适当的芯层复合，制造出煤矿用高机械强度的各类管材。母料技术及多层挤出制备工艺可以明显减少导电填料的用量。

CN1562623A(申请公布日：2005年1月12日)专利中设计了一种阻燃抗静电聚氯乙烯多层复合管材，其中至少在芯层或芯层与外皮层的间层含有增强纤维或其编织物，内外层材料通过涂覆一层具有抗静电和阻燃性的涂层实现其在煤矿井下的应用。

上述方法采用有机抗静电剂受环境湿度影响较大，导致其应用在煤矿井下存在一定的安全隐患。通过在管材内外表面涂覆抗静电涂层，并不能解决PVC材料永久抗静电的问题，随着涂层的磨损或破坏，复合材料将失去抗静电性能。大量添加炭类填料可以解决PVC复合材料永久抗静电的问题，但材料的难加工特点以及添加增塑剂后材料的阻燃性能不佳又会成为制约相关材料应用的主要障碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿用抗静电阻燃复合材料，该复合材料不仅具有较高的机械力学性能，同时具备优异的抗静电、阻燃特性，是一种可用于煤矿井下的加工性能良好的高分子复合材料。材料可用于制备煤矿用通风管，输水管以及瓦斯抽采管道，矿用电缆护套管，电缆挂钩，煤矿用板材，煤矿输送装置用PVC钢化托辊等。

本发明进而提供了一种煤矿用抗静电阻燃复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种煤矿用抗静电阻燃复合材料，该复合材料包括下述质量比的原料：

聚氯乙烯(PVC)树脂100份，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)5-20份，增容剂2-10份，炭纳米管0.5-2份，石墨烯0.5-2份，热稳定剂2-6份，润滑剂1-2份，加工助剂2-10份。