一种煤矿井下用TPU托辊管体材料及其制备方法与流程

本发明涉及热塑性新材料，具体涉及一种煤矿井下用tpu托辊管体材料及其制备方法。

背景技术：

1、煤炭作为我国重要的基础能源和工业原料，有力地支撑了经济社会发展。我国是全球第一大煤炭生产国和消费国，生产和消费量约占全世界一半，主要用于电力、冶金、建材等工业，为中国经济列车持续快速前行提供了源源不绝的动力。

2、在煤炭的开采及传输过程中，大都用橡胶带式输送。托辊是带式输送机的重要部件，种类多，数量大，承载带式输送的重量，减少皮带运行阻力，并使皮带的垂直度不超过一定限度以保证皮带平稳地运行。托辊占了一台带式输送机总成本的35％，产生了70％以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。

3、托辊管体在材质上分为钢质和高分子托辊两种。目前，市场是所用的托辊，多为钢制托辊。在潮湿的条件下钢质材料很容易锈蚀，使用年限短；另外，钢制托辊重量大，致使运输过程中的能耗大，安装费用也高，费时费力，效率较低。同时，托辊的运转需要耗费更多的电力的能源。

4、煤矿用尼龙、pvc材料等非金属高分子托辊，大大地减轻了托辊的重量，一定程度上改善了托辊的使用环境；通过对尼龙、pvc树脂等进行增强、增韧及其功能性改性，达到煤矿用通过管体材料的使用要求。煤矿用非金属托辊具备阻燃抗静电，重量轻，易于安装和调节；同时非金属托辊还具备运行时能耗低，噪音低等优良性能。但这些非金属高分子托辊材料的耐磨性能很差，从而限制了其应用。

5、目前，煤矿井下用tpu材料，主要涂覆于金属管外作为托辊管体，以提高金属管的耐磨性能，增加托辊管体的使用寿命。但市场上的煤矿井下用tpu材料，是以tpu材料作为主体，添加卤素化合物与三氧化二锑等无机材料作为等作为阻燃剂，以导电炭黑作为抗静电剂，满足其阻燃和抗静电性能要求。由于上述阻燃剂和抗静电剂的加入，影响了tpu材料本身的弹性，降低了tpu材料及托辊管体的耐磨性能，因而该材料也没有在市场上获得广泛的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的煤矿井下用tpu材料的耐磨性能差的问题，提供一种煤矿井下用tpu托辊管体材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种煤矿井下用tpu托辊管体材料，以所述tpu托辊管体材料的总重量为100重量份计，所述tpu托辊管体材料含有：热塑性聚氨酯60～80重量份、氯化聚氯乙烯10～35重量份、聚膦腈0.4～2重量份、导电炭黑2～5重量份、石墨烯0.1～0.6重量份、抗氧化剂0.1～0.5重量份和润滑剂0.2～1重量份。

3、优选地，所述tpu托辊管体材料含有：热塑性聚氨酯65～80重量份、氯化聚氯乙烯14～30重量份、聚膦腈0.5～2重量份、导电炭黑2～5重量份、石墨烯0.2～0.5重量份、抗氧化剂0.1～0.4重量份和润滑剂0.3～0.8重量份。

4、优选地，所述氯化聚氯乙烯中氯含量为65～70％。

5、优选地，所述氯化聚氯乙烯的聚合度为1000～1350。

6、优选地，所述聚膦腈具有如结构式(ⅰ)所示的结构：

7、

8、其中，r1和r2各自独立的选自烷基及其衍生物，n为≥100。

9、优选地，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010和/或抗氧化剂168。

10、优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡。

11、本发明还提出一种制备如上所述的煤矿井下用tpu托辊管体材料的方法，该方法包括：将氯化聚氯乙烯、聚膦腈、导电炭黑、石墨烯、抗氧化剂、润滑剂和热塑性聚氨酯混合，然后共混挤出造粒。

12、优选地，所述将氯化聚氯乙烯、聚膦腈、导电炭黑、石墨烯、抗氧化剂、润滑剂和热塑性聚氨酯混合的过程包括：

13、将聚膦腈与氯化聚氯乙烯混合，得到第一混合物；

14、将石墨烯与导电炭黑混合，得到第二混合物；

15、将抗氧化剂、润滑剂与部分热塑性聚氨酯混合，得到第三混合物；

16、将所述第一混合物、第二混合物、第三混合物和剩余热塑性聚氨酯混合。

17、优选地，所述共混挤出造粒的温度为160～180℃，转速为10～30r/min。

18、本发明第三方面提出一种如上所述的方法制备得到的煤矿井下用tpu托辊管体材料。

19、本发明提供的技术方案中，以氯化聚氯乙烯(cpvc)和聚膦腈复配作为阻燃剂，能够充分发挥材料中氯、磷、氮的协调作用，且该复配阻燃剂对热塑性聚氨酯弹性体(tpu)的弹性影响小；同时，以导电炭黑和石墨烯复配作为抗静电剂，大大减少了抗静电剂导电炭黑的使用量，从而减少了抗静电剂对tpu弹性的影响。因此，本发明通过各原料组分的共同作用，使得到的煤矿井下用tpu托辊管体材料具备托辊所必须的物理机械性能的同时，还保持着tpu材料所有的优良弹性、耐磨性和抗静电性能要求，能够广泛应用于煤矿领域。

技术特征：

1.一种煤矿井下用tpu托辊管体材料，其特征在于，以tpu托辊管体材料的总重量为100重量份计，所述tpu托辊管体材料含有：热塑性聚氨酯60～80重量份、氯化聚氯乙烯10～35重量份、聚膦腈0.4～2重量份、导电炭黑2～5重量份、石墨烯0.1～0.6重量份、抗氧化剂0.1～0.5重量份和润滑剂0.2～1重量份。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下用tpu托辊管体材料，其特征在于，所述tpu托辊管体材料含有：热塑性聚氨酯65～80重量份、氯化聚氯乙烯14～30重量份、聚膦腈0.5～2重量份、导电炭黑2～5重量份、石墨烯0.2～0.5重量份、抗氧化剂0.1～0.4重量份和润滑剂0.3～0.8重量份。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下用tpu托辊管体材料，其特征在于，所述氯化聚氯乙烯中氯含量为65～70％。

4.根据权利要求1或3所述的煤矿井下用tpu托辊管体材料，其特征在于，所述氯化聚氯乙烯的聚合度为1000～1350。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下用tpu托辊管体材料，其特征在于，所述聚膦腈具有如结构式(ⅰ)所示的结构：

6.根据权利要求1所述的煤矿井下用tpu托辊管体材料，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010和/或抗氧化剂168；

7.一种制备权利要求1-6中任意一项所述的煤矿井下用tpu托辊管体材料的方法，其特征在于，该方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将氯化聚氯乙烯、聚膦腈、导电炭黑、石墨烯、抗氧化剂、润滑剂和热塑性聚氨酯混合的过程包括：

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述共混挤出造粒的温度为160～180℃，转速为10～30r/min。

10.由权利要求7-9中任意一项所述的方法制备得到的煤矿井下用tpu托辊管体材料。

技术总结
本发明涉及热塑性新材料技术领域，公开了一种煤矿井下用TPU托辊管体材料及其制备方法，其中，以所述TPU托辊管体材料的总重量为100重量份计，所述TPU托辊管体材料含有：热塑性聚氨酯60～80重量份、氯化聚氯乙烯10～35重量份、聚膦腈0.4～2重量份、导电炭黑2～5重量份、石墨烯0.1～0.6重量份、抗氧化剂0.1～0.5重量份和润滑剂0.2～1重量份。本发明通过以“CPVC+聚膦腈”组合阻燃剂，同时以“导电炭黑+石墨烯”作为抗静电剂，使得到的煤矿井下用TPU托辊管体材料具备托辊所必须的物理机械性能的同时，还保持着TPU材料所有的优良弹性、耐磨性和抗静电性能要求，能够广泛应用于煤矿领域。

技术研发人员：王志伟,付伟,丁丽丽,李易丞,袁野
受保护的技术使用者：神华科技发展有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29