专利名称：抗静电阻燃聚乙烯材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的聚乙烯材料，属于有机塑料技术领域。
本发明所述的抗静电阻燃聚乙烯材料，其配料含有下列重量组成高密度聚乙烯 100份复合阻燃剂5～24份复合抗静电剂 3～7份。
较好的配料组成中含有下列重量组成高密度聚乙烯 100份低密度聚乙烯 3～15份复合阻燃剂5～24份复合抗静电剂 3～7份。
优选的配料组成中含有下列重量组成高密度聚乙烯 100份低密度聚乙烯 8～12份复合阻燃剂10～20份复合抗静电剂 4～6份。
其中复合抗静电剂为JH-塑料抗静电剂，复合阻燃剂为微胶囊化红磷FR-200S。复合抗静电剂和复合阻燃剂为复合组成的产品，市场有销售。单一产品，在制备聚乙烯材料时配用，简化配料操作，简化制作过程，方便工业化实施，降低多方成本，提高效益。
复合阻燃剂、复合抗静电剂还有以下特点低添加量、高浓度、高分散性、通用性强，着色强度在25％左右，含水量小于0.05％，融化率99.99％。
复合阻燃剂主要包括含卤有机物、三氧化二锑、水合氧化铝、十溴二苯醚、水合硼酸铅、氯化聚乙烯、以及磷系、锑系、溴系、硼系等的一种或几种。含卤素的有机化合物分解出的卤素原子与聚乙烯反应生成HX{X代表卤素原子}，HX可和活性极大的OH·、H·游离基反应而使OH·、H·浓度减少，使燃烧速度减慢，火焰熄灭；三氧化二锑和含卤有机物分解出的HX反应生成沸点较高的三卤化锑，附着在塑料表面将氧隔断，达到阻燃的目的；水合氧化铝受热分解会吸收大量的热而降低高聚物的温度，达到灭火的目的。CPE受热时会释放出氯化氢，氯化氢同三氧化二锑产生一系列反映，最终生成水和易挥发的三氯化锑吸热降温；含水硼酸锌当与含溴{或氯}阻燃剂共存接触火源时，会生成溴化硼、溴化锌或氯化硼、氯化锌并释放出结晶水，硼酸锌遇到氯化氢或溴化氢时亦会生成卤化硼或卤化锌，高温下的卤化硼或卤化锌可在燃烧表面形成玻璃态的致密的保护层，即隔热又隔绝空气，起阻燃作用，同时卤化硼和卤化锌同三氯化锑一样可捕捉气相反应中反应活性极强的H和OH自由基，干扰和中断燃烧的连锁反应。
复合抗静电剂可以是聚烯烃专用抗静电剂。其改性机理是在塑料表面形成一层薄薄的电解质溶液液薄，可极大地降低塑料的表面电阻。其主要成分可以是钠或钾或镁等可溶性的无机盐，单独使用一种或两种以上复配使用；也可以是HKD-520、HKD508、HKD-500，单独使用一种或几种以上复配使用。
聚乙烯是非极性结晶聚合物，因而具有优良的化学稳定性，室温下能耐酸、碱和盐类的水溶液，即使在较高温度下对聚乙烯也无明显作用，因此耐腐蚀性好，同时聚乙烯本身无毒，所以具有良好的卫生性能，是一种绿色产品。
聚乙烯的熔体粘度对剪切速率敏感，随剪切速率的增大而降低，当剪切速率超过临界值时，易出现熔体破裂等流动缺陷，同时考虑到制成品的强度、耐冲击强度、断裂伸长率等因素，我们在选料时有个范围，即融体流动速率在0.9～13之间，拉伸强度在25～40之间，耐环境应力开裂在250～400之间。熔流比在25～40之间，屈服强度在6～10之间，冲击强度30左右，断裂伸长率在400～500之间，弯曲模量在800～1000之间。
聚乙烯树脂分子间作用力小，分子链柔性好，基本结构简单、规整，具有相当程度的结晶能力，但其结晶受分子链支化度的影响，随支化度的增加，降低了大分子链的规整性和对称性，结晶能力也随之降低。高密度聚乙烯是仅有少量支链的长直链结构，分子能较紧密地聚集在一起而形成较高的密度和结晶度。低密度聚乙烯结晶度低，分子堆砌不紧密，密度较小。由于结晶度的不同，使机械性能差别较大。一般来说，结晶度高使密度、抗张强度、硬度、软化温度、热变形温度均增高，而断裂伸长率下降。线性低密度聚乙烯的分子特征是具有一定数量支链的线性结构，支链保证了它的韧性，线性部分赋予了它足够的强度、密度、结晶度、熔点。聚乙烯分子链柔顺，玻璃化温度较低，但由于其结晶性使它在较宽的温度范围内具有一定的强度，结晶度和分子量的高低决定了它的力学性能的优劣。线性低密度聚乙烯性能柔韧、耐冲击，高密度聚乙烯拉伸强度、刚度、硬度优于线性低密度聚乙烯，有利于制品的薄壁化和轻量化，但是对环境应力开裂敏感，在环境介质下易于脆性开裂，即耐环境应力开裂性不如低密度聚乙烯。
线性低密度聚乙烯分子链为短支链，分子结构介于线性低高密度聚乙烯和带有长支链的低密度聚乙烯之间，其重均分子量较大，分子量分布较窄，大分子链上支链较多，几乎没有长支链，因而结晶度要高一些，所以其物理机械性能优于普通低密度聚乙烯，在力学性能方面，线性低密度聚乙烯拉伸强度比普通低密度聚乙烯高50％-70％，伸长率高50％以上，耐冲击强度、穿刺强度及耐低温冲击性均较好，熔点比低密度聚乙烯高，使用温度范围宽。因此，我们将高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯按一定配比混合使用，这样制出的成品既保持了高密度聚乙烯的强度大、承受压力高、热变形差的优点，又保持了线性低密度聚乙烯的耐冲击性好、韧性好的优点。同时，耐环境应力性能有所提高，在热、氧及机械剪切作用下无明显变化。
本发明组成中，还可以添加其它性能的添加剂，如色母粒色剂等。
本发明制备按照工程塑料常规制备工艺制备即可。按本发明配料要求配料，可以制备不同的型材，如管材、板材等，井下矿用的多为管材。管材使用SJ系列螺杆塑料挤出机生产即可，螺杆塑料挤出机是塑料制品连续挤出成型的主要设备。使用不同的螺杆和配备不同的模头、辅机，可生产软硬聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯等各种热塑性塑料管材、异型材、棒材、板材、塑料中空制品。该系列挤出机主要有挤压系统、温度控制系统、传动系统、电器控制柜、驱动电机、机架六部分组成。
1、挤压系统中的螺杆、机筒是整台机器的关键部件，采用优质合金结构钢，并经氮化处理和严格的精细加工而成，从而保证了较高的耐磨、耐蚀性和高的硬度，延长了螺杆、机筒的使用寿命，联接体和加料套采用特殊结构，提高了物料在螺杆、机筒的传送能力。
2、挤压系统中的螺杆通过双键与减速机输出轴相联接，物料从漏斗进入螺杆的加料段，随螺杆的旋转向前输送，并逐步被加热、剪切、混炼、熔融，进入螺杆压缩区后有80％的物料由玻璃态变成粘流态，粘流态物料进入记量段后进一步塑化，并被均匀、定量地挤出模头。
3、本系列挤出机的温度控制系统采用铸铝加热器加热和风机冷却，加热器上冷却沟槽设计合理，加热散热面大，冷却效果好，温度控制采用温度传感器进行自动控制。
4、传动系统由带传动和减速箱传动两部分组成，其中减速箱采用两级渐开线传动，齿面经过热处理和精加工，有足够的接触和弯曲承载能力，具有运转平稳可靠、效率高等特点。
5、驱动电机采用YCT系列电磁调速异步电机或Y系列三相异步电动机，螺杆转速的选择只要扭动电机控制柜上的速度调节旋钮，即可获得所需要的转速。
6、机架采用优质结构钢，钢板焊接而成，结构合理、坚固稳定。
该螺杆塑料挤出机已成为通用的常规设备，使用操作不再详细累述。
工艺流程如下配料→搅拌均匀→上料(烘干)→挤出→冷却定型→牵引→切割卸料→入库。
本发明管材经山东省质量监督检验所、山东省塑料检测中心检测，检测结果与矿用聚乙烯管材国家标准(MT558.2-1996)对照如下检验项目单位 技术要求 检验结果表面电阻Ω≤1×1091.6×106纵向回缩率 ％ ≤31氧化诱导时间min ≥20 54断裂伸长率 ％ ≥200 1060拉伸屈服强度Mpa ≥8.34 9.81落锤冲击试验(2m，1kg)无裂缝、无破坏 通过液压试验 无渗漏、无破坏 通过壁厚偏差mm 0～+0.8+0.7扁平(内径重合) 无裂纹、无破坏 通过有焰燃烧≤10/≤182/10无焰燃烧≤60/≤120 24/94本发明抗静电阻燃聚乙烯材料抗静电和阻燃协同效应好，具有优异的抗静电性能和阻燃性能，质地柔软，韧性好，耐冲击性好，重物压过管道，不会导致破裂，强度高，承受压力大，耐腐蚀性好，可耐各种化学介质的侵蚀，无电化学腐蚀，不生锈，不结垢，且配料简单、制备容易。本发明管材完全可以代替钢管而广泛用于矿井、建筑给、排水、排浆工程，内壁光滑，管道阻力小，无毒卫生，重量轻，施工方便。
(2)本产品属于非离子型产品，耐热性好，能经受塑料加工温度，对塑料制品的加工性能和物理机械性能无不良影响。
(3)使用方便，将抗静电剂与塑料原料冷混即可。有条件的单位在冷混后，再进行热混(60℃左右)，其分散效果更好。
我们试验使用的JH-塑料抗静电剂由常州市扬子新型塑料研究所生产。
微胶囊化红磷FR-200S阻燃剂采用双层包覆，与普通红磷相比具有难吸湿、在空气中不易被氧化、不易引起粉尘爆炸、抗冲击程度高、加工中不产生有毒气体等特点。其分散性、物理-机械性能、热稳定性及阻燃性均有显著提高和改善。
产品主要性能指标
外观暗紫色粉末；红磷含量85％；自燃点300-350；吸水量(100)1.2；碳化后释放出磷化氢量(106)2。
用于PE、PP、EVA、PC、PA、PBT、EEA、PET等热塑性树脂，环氧、酚醛、不饱和聚酯等热固性树脂，及丁二烯橡胶、乙丙橡胶等类合成橡胶。特别适用于少量阻燃剂即可满足要求的场所。
我们试验使用的微胶囊化红磷FR-200S阻燃剂是由连云港市海水化工一厂生产的。
制备方法将配好的物料投入螺杆挤出机中，拉制塑料管材，挤出机长径比为25～35，压缩比为4～8。工艺控制参数为料斗干燥温度 80～120℃机头一区80～120℃、机头二区80～120℃、机头三区80～120℃；机身一区80～120℃、机身二区80～120℃、机身三区80～120℃、机身四区80～120℃、机身五区80～120℃；主机调速18～22hz；牵引机牵引频率 50～70hz；真空表控制 0.03～0.07Mpa。
制备方法同实施例1基本相同。
微胶囊化红磷FR-200S阻燃剂 18kgJH-塑料抗静电剂 6kg色母粒1.2kg。
制备方法同实施例1基本相同。
制备方法同实施例1基本相同。
制备方法同实施例1基本相同。
制备方法同实施例1基本相同。
权利要求
1.一种抗静电阻燃聚乙烯材料，其特征在于其配料含有下列重量组成高密度聚乙烯 100份复合阻燃剂 5～24份复合抗静电剂 3～7份。
2.根据权利要求1所述的抗静电阻燃聚乙烯材料，其特征在于其配料含有下列重量组成高密度聚乙烯 100份低密度聚乙烯 3～15份复合阻燃剂 5～24份复合抗静电剂 3～7份。
3.根据权利要求2所述的抗静电阻燃聚乙烯材料，其特征在于其配料含有下列重量组成高密度聚乙烯 100份低密度聚乙烯 8～12份复合阻燃剂 10～20份复合抗静电剂 4～6份。
4.根据权利要求1或2或3所述的抗静电阻燃聚乙烯材料，其特征在于复合抗静电剂为JH-塑料抗静电剂，复合阻燃剂为微胶囊化红磷FR-200S。
全文摘要
本发明涉及一种抗静电阻燃聚乙烯材料，其配料含有下列重量组成高密度聚乙烯100份、复合阻燃剂5～24份、复合抗静电剂3～7份。本发明抗静电阻燃聚乙烯材料抗静电和阻燃协同效应好，具有优异的抗静电性能和阻燃性能，质地柔软，韧性好，耐冲击性好，重物压过管道，不会导致破裂，强度高，承受压力大，耐腐蚀性好，可耐各种化学介质的侵蚀，无电化学腐蚀，不生锈，不结垢，且配料简单、制备容易。本发明管材完全可以代替钢管而广泛用于矿井、建筑给、排水、排浆工程，内壁光滑，管道阻力小，无毒卫生，重量轻，施工方便。
文档编号C08L23/00GK1418907SQ02135428
公开日2003年5月21日 申请日期2002年8月16日 优先权日2002年8月16日
发明者张传业, 王文玉, 王杰, 王晓华, 刘峰, 李文学, 宋飞飞 申请人:山东方大工程有限责任公司