[发明专利]抗静电阻燃聚乙烯管材及其制造方法

说明书

本发明涉及一种具有阻燃、抗静电特性的聚乙烯管材及其制造方法。

长期以来，人们试图用塑料管材部分地或全部地替代目前井下使用的钢管。塑料管材具有耐腐蚀性好，成本低，重量低，服务年限长的优点，但也具有极易产生静电而难以泄漏，易燃、耐压低和耐冲击性差等缺点。为了能在井下用塑料管安全可靠地代替钢管，必须对塑料进行抗静电、阻燃、耐压和抗冲击等方面进行一系列的改进。通常阻燃改性是在树脂中加入添加型阻燃剂、阻燃剂种类很多，可选择磷系的、卤系的、锑系的……。可以单独使用一种类型的阻燃剂，也可以将几种阻燃剂混合使用。抗静电改性的方法有几种，一种是在塑料中混入导电材料的粉末，如炭黑、石墨和金属粉末等，但这样做往往会使管材的机械强度大大降低，形成抗静电指标合格了而耐压和耐冲击强度却不合格；还有一种抗静电改性的方法，是在HDPE中加入属于表面活性剂的有机抗静电剂，在塑料表面形成一层“水膜”，静电可沿水膜向大地泄漏。但到目前为止，有机抗静电剂只能使塑料的表面电阻率降到10⁸Ω，所以靠有机抗静电剂只能制得口径12英寸以上的给水、排水管，而无法采用这种管材来作正、负压风管，喷浆管，和抽放瓦斯管。

山东省莱芜市塑料制品厂发明专利申请公开了一种聚乙烯软管及其制造方法(申请号：90106274.X)，软管用聚乙烯作基料，添加含溴阻燃剂进行阻燃改性；采用导电炭黑或抗静电剂来进行抗静电改性；再加上稳定剂、交连剂、偶联剂、共混改性剂来进行交联改性、共混改性和无机活化处理。其工艺流程为：活化→共混→挤出→造粒→混合→挤出→牵引→切割→制品。该发明比起一般聚乙烯管材具有阻燃、抗静电、韧性好、质地柔软、机械强度高等优点。不足之处是由于抗静电改性是靠管材表面涂层炭黑来实现的，当管子受摩擦(比如在地上拖)或被打、砸，管材表面炭黑会脱落，所以其抗静电性不久。而若用属于表面活性剂的有机抗静电剂来进行抗静电改性，由于抗静电剂的吸湿性，因而在塑料表面形成一层肉眼看不见的水膜，静电通过这层水膜向大地泄漏，但由干摩擦等原因，这层水膜极易脱落，虽说等相当长一段时间待内部抗静电剂因微观布朗运动而迁移到塑料表面，还能形成水膜，可在这一段时间内足可以发生静电放电，带来严重的危害，甚至造成极其严重的水灾或爆炸事故。

本发明的目的是针对现有技术的不足之处加以改进，提供一种抗静电和阻燃协同效应好，性能优良，韧性好、质地柔软、机械强度高的抗静电阻燃聚乙烯管材，管材的抗静电性能具有长久性，只要管材存在，其抗静电性能就存在，可确保煤矿安全生产。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

抗静电阻燃聚乙烯管材，其抗静电改性采用有机抗静电剂配合使用电解质(无机盐)方法，将无机盐和抗静电剂混合后添加到聚乙烯中，在管材表面形成一层有正负离子存在的电解溶液膜，可极大地降低塑料的表面电阻。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：

抗静电阻燃聚乙烯管材，在其复合阻燃剂中添加硼系阻燃剂的水合硼酸锌，使得管材的表面形成炭化层和玻璃状涂层，既隔热又可隔绝空气。

适用于煤矿井下给，排水、喷浆和导气体的管材配比(重量比)如下：

高密度聚乙烯(HDPE)：100

十溴二苯醚(DBDPO)1.5-20

三氧化二锑(Sb₂O₃)8.0-10.0

水含硼酸锌(2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O)10-12

氯化聚乙烯(CPE)17-23

抗静电剂(HKD-500)8-10

抗静电助剂(HK-1)8-10

碳酸钙(CaCO₃)10-15

滑石粉：10-15

偶联剂：(NZD-311W)1-3

抗静电阻燃聚乙烯管材制造工艺按下列步骤进行：

1、将添加剂中阻燃剂、抗静电剂、抗静电助剂及填充剂按配方的计量配料后投入高混机中，使诸添加剂充分均匀地混合并且烘干。

2、将经丙酮稀释的偶联剂喷入高混机中，使其与无机物充分的偶联。

3、向高混机中投入氧化聚乙烯和抗静电剂使其均匀混合到其它添加剂中去。

4、投入高密度聚乙烯粒料，在高混低速搅拌中使添加剂逐渐包覆该粒料颗料的表面，直到包复完所有的添加剂为止。

5、将从高混机中出来的料通过混炼型双螺杆挤出机造粒后。

投入到单螺杆挤出机中，拉制本管材时挤出机的长径比为25，压缩比为6。