专利名称：一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯材料，更确切地说，是一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料及制备方法。
背景技术：
超高分子量聚乙烯材料由于其具有优良的性能，如其优良的抗磨损性、抗化学腐蚀性、低摩擦系数、低温冲击强度高、使用寿命可达50年等。近年来，广泛应用于矿山、电厂、石油、化工、机械、造船、航空仪表、列车动车组等对高抗冲、高耐磨、抗腐蚀等有特殊要求的领域。但由于其阻燃性能差、电阻率高等缺点限制了超高分子量聚乙烯在更高要求、更特殊的场合(如煤矿的深井作业、石油运输等)使用。可膨胀石墨(Expandable Graphite,缩写为EG)是一种物理膨胀型无齒阻燃剂，它是由天然石墨经分子边缘氧化、插层处理，然后水洗、过滤、干燥后制得。EG被迅速加热 至高温时，可沿结晶结构的碳轴方向膨胀数百倍。膨胀后的石墨由原来的鳞片状变成密度很低的“蠕虫”状，形成了一个高效绝热、隔氧层。EG在阻燃过程中起到以下作用在高聚物表面形成坚韧的炭层，将可燃物与热源隔开；膨胀过程中，大量吸热，降低了体系的温度；膨胀过程中，释放夹层中的酸根离子，促进脱水碳化，并能结合燃烧产生的自由基从而中断链反应。EG与磷氮化合物、金属氧化物等阻燃剂复合使用，能产生协同作用，加入少量就能达到阻燃目的。抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料中加入的可膨胀石墨不仅是一种高效的无卤阻燃剂，且因为可膨胀石墨本身是一种良好的导电材料，辅以导电炭黑可大幅降低材料的表面电阻和体积电阻，使材料兼具抗静电和无卤阻燃性能。可膨胀石墨因为其特殊的层片结构及高耐磨的特点，可膨胀石墨的加入在改善材料的抗静电、阻燃性能的同时，不仅不会破坏材料的强度和耐磨性，且会使材料的综合性能得到提高。抗静电无卤阻燃型超高分子量聚乙烯材料可广泛应用于矿井、石油、化工、电子、造船、轨道交通等领域。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，从而提供一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料及制备方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的—种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料，按照重量份数，包含超高分子量聚乙烯100份，可膨胀石墨5 40份、协效阻燃剂5 20份、偶联剂O. I 2份、流动改性剂O. I 10份、成核剂O. I I份、抗氧剂O. I I份、抗静电剂O. I 5份，其中，所述的超高分子量聚乙烯是粘均分子量为100万 800万的超高分子量聚乙烯，所述的可膨胀石墨的粒度为20 300目，所述的协效阻燃剂为磷氮系膨胀性阻燃剂或无机阻燃剂中的至少一种，所述的偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种，所述的流动改性剂是含氟聚合物加工助剂(如美国3M公司的PPA)、硅酮系润滑剂(如美国道康宁公司的MB50)中的至少一种，所述的成核剂是热解硅石、二氧化硅、硬脂酸盐中的至少一种，所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂(如抗氧剂1010)、含硫抗氧剂(如抗氧剂DSTP)、亚磷酸酯类抗氧剂(如抗氧剂168)中的至少一种，所述的抗静电剂为导电炭黑。作为本发明较佳的实施例，所述的磷氮系膨胀性阻燃剂包含聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇，按照重量份数，聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇的比例是8 3 5，所述的无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和三氧化二锑中的至少一种。本发明还公开了一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料的制备方法，包含以下步骤I)将所述的流动改性剂、成核剂、抗氧剂和抗静电剂与所述的超高分子量聚乙烯混合均勻；
2)将所述的可膨胀石墨、协效阻燃剂用所述的偶联剂处理后备用；3)将步骤2)中经偶联剂处理过的阻燃剂与步骤I)制得的料混合；4)把步骤3)所得的原料通过挤出或压制成型的方法制得抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料。与现有技术相比，本发明方法具有以下优点I、本发明有别于有卤阻燃剂及传统的无卤阻燃剂，针对超高分子量聚乙烯熔体无流动性，传统的粉末状阻燃剂无法均匀分散的特点，在复合材料中添加粒度较大(一般为几十甚至上百微米)的可膨胀石墨。解决了有卤阻燃剂及传统的无卤阻燃剂在超高分子量聚乙烯基体中分散不均匀，降低了阻燃剂的阻燃效果的缺点。2、本发明添加的可膨胀石墨是由鳞片石墨插层处理制得，插层由水平方向的C-C键形成的大分子包覆。可膨胀石墨本身是一种良好的导电材料，辅以导电炭黑可大幅降低材料的表面电阻和体积电阻，使材料兼具抗静电和无卤阻燃性能。3、本发明制备的抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料，在提高抗静电性和阻燃性能的同时，由于可膨胀石墨其特殊的层片结构及高耐磨的特点，使材料在保持良好的耐磨性的同时还能保持材料优异的力学性能。
具体实施例方式下面对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。实施例I按重量份计，将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯，5份钛酸酯偶联剂处理过的粒度为80目的可膨胀石墨，O. 3份抗氧剂1010混合均匀，I份成核剂硬脂酸锌，O. 5份流动改性剂PPA，I份导电炭黑。然后将混合物用模压成型法在220°C、20MPa (MPa 兆帕)的条件下熔融压制。制备的材料各项性能见表I。实施例2按重量份计，将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯，10份钛酸酯偶联剂处理过的粒度为80目的可膨胀石墨，O. 3份抗氧剂1010混合均匀，I份成核剂硬脂酸锌，O. 5份流动改性剂PPA，I份导电炭黑。然后将混合物用模压成型法在220°C、20MPa的条件下熔融压制。制备的材料各项性能见表I。
实施例3按重量份计，将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯，20份钛酸酯偶联剂处理过的粒度为80目的可膨胀石墨，O. 3份抗氧剂1010混合均匀，I份成核剂硬脂酸锌，
O.5份流动改性剂PPA，I份导电炭黑。然后将混合物用模压成型法在220°C、20MPa的条件下熔融压制。制备的材料各项性能见表I。实施例4按重量份计，将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯，40份钛酸酯偶联剂处理过的粒度为80目的可膨胀石墨，O. 3份抗氧剂1010混合均匀，I份成核剂硬脂酸锌，
O.5份流动改性剂PPA，I份导电炭黑然后将混合物用模压成型法在220°C、20MPa的条件下 熔融压制。制备的材料各项性能见表I。实施例5按重量份计，将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯，10份钛酸酯偶联剂处理过的粒度为80目的可膨胀石墨，5份磷氮系膨胀性阻燃剂，O. 3份抗氧剂1010混合均匀，I份成核剂硬脂酸锌，O. 5份流动改性剂PPA，I份导电炭黑然后将混合物用模压成型法在220°C、20MPa的条件下熔融压制。制备的材料各项性能见表I。实施例6按重量份计，将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯，10份钛酸酯偶联剂处理过的粒度为80目的可膨胀石墨，10份磷氮系膨胀性阻燃剂，O. 3份抗氧剂1010混合均匀，I份成核剂硬脂酸锌，O. 5份流动改性剂PPA，I份导电炭黑然后将混合物用模压成型法在220°C、20MPa的条件下熔融压制。制备的材料各项性能见表I。实施例7按重量份计，将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯，10份钛酸酯偶联剂处理过的粒度为80目的可膨胀石墨，20份磷氮系膨胀性阻燃剂，O. 3份抗氧剂1010混合均匀，I份成核剂硬脂酸锌，O. 5份流动改性剂PPA，I份导电炭黑然后将混合物用模压成型法在220°C、20MPa的条件下熔融压制。制备的材料各项性能见表I。实施例8按重量份计，将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯，10份钛酸酯偶联剂处理过的粒度为80目的可膨胀石墨，5份无机阻燃剂氢氧化铝，O. 3份抗氧剂1010混合均匀，I份成核剂硬脂酸锌，O. 5份流动改性剂PPA，I份导电炭黑然后将混合物用模压成型法在220°C、20MPa的条件下熔融压制。制备的材料各项性能见表I。实施例9按重量份计，将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯，10份钛酸酯偶联剂处理过的粒度为80目的可膨胀石墨，5份无机阻燃剂氢氧化铝，5份磷氮系膨胀性阻燃剂，
O.3份抗氧剂1010混合均匀，I份成核剂硬脂酸锌，O. 5份流动改性剂PPA，I份导电炭黑然后将混合物用模压成型法在220°C、20MPa的条件下熔融压制。制备的材料各项性能见表I。表I
权利要求
1.一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料，按照重量份数，由超高分子量聚乙烯100份，可膨胀石墨5 40份、协效阻燃剂5 20份、偶联剂O. I 2份、流动改性剂O. I 10份、成核剂O. I I份、抗氧剂O. I I份、抗静电剂O. I 5份组成，其中，所述的超高分子量聚乙烯是粘均分子量为100万 800万的超高分子量聚乙烯，所述的可膨胀石墨的粒度为20 300目，所述的协效阻燃剂为磷氮系膨胀性阻燃剂或无机阻燃剂中的至少一种，所述的偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种，所述的流动改性剂是含氟聚合物加工助剂、硅酮系润滑剂中的至少一种，所述的成核剂是热解硅石、二氧化硅、硬脂酸盐中的至少一种，所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂、含硫抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述的抗静电剂为导电炭黑。
2.根据权利要求I所述的抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述的磷氮系膨胀性阻燃剂包含聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇，按照重量份数，聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇的比例是8 :3 :5，所述的无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和三氧化二锑中的至少一种。
3.—种如权利要求I中所述的抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料的制备方法，包含以下步骤I)将所述的流动改性剂、成核剂、抗氧剂和抗静电剂与所述的超高分子量聚乙烯混合均匀；2)将所述的可膨胀石墨、协效阻燃剂用所述的偶联剂处理后备用；3)将步骤2)中经偶联剂处理过的阻燃剂与步骤I)制得的料混合；4)把步骤3)所得的原料通过挤出或压制成型的方法制得抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料。
4.根据权利要求3所述的抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述的磷氮系膨胀性阻燃剂包含三聚氰胺、聚磷酸铵和季戊四醇，按照重量份数，聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇的比例是8 :3 :5，所述的无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和三氧化二锑中的至少一种。
全文摘要
本发明公开了一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯材料,按照重量份数，由超高分子量聚乙烯100份，可膨胀石墨5～40份、协效阻燃剂5～20份、偶联剂0.1～2份、流动改性剂0.1～10份、成核剂0.1～1份、抗氧剂0.1～1份、抗静电剂0.1～5份组成。本发明是在超高分子量聚乙烯材料中添加粒度较大(一般为几十甚至上百微米)的可膨胀石墨，解决了有卤阻燃剂及传统的无卤阻燃剂在超高分子量聚乙烯基体中分散不均匀，降低了阻燃剂的阻燃效果的缺点。并且因为石墨本身是一种良好的导电材料，可大幅降低材料的表面电阻和体积电阻，解决了有卤阻燃剂及传统的无卤阻燃剂在超高分子量聚乙烯中无法兼具抗静电和阻燃性能的缺点。
文档编号C08K5/3492GK102942728SQ20121040912
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者刘春林, 谢立平, 吴盾, 芮国芬 申请人:常州大学