用于聚氯乙烯煤矿用管的抗静电母料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种抗静电母料及其制备方法，以及将该抗静电母料用于挤出煤矿井 下用芯-皮多层复合高强度聚氯乙烯管材之皮层的技术。
【背景技术】
[0002] 不含增塑剂的聚氯乙烯具有阻燃、机械强度较高、耐腐蚀等优异的性能，是理想的 工程用高分子材料。然而聚氯乙烯的高电绝缘性、致使塑材表面积累静电，诱发含有易燃气 体与粉尘气氛的燃烧或爆炸。为了将聚氯乙烯管材用于煤矿井下，必须具有达到技术标准 MT181-88的抗静电性与阻燃性。
[0003] 专利GB 2007696,用特导电炭黑和抗冲击改性剂与聚氯乙烯树脂掺混，再共混挤 出获得的管材满足了抗静电且阻燃的要求，但是管材的机械强度不高。
[0004] 专利ZL02125730. 2和ZL200410006290. 7提出：在预制的经增强的聚氯乙烯管材 的内外挤出阻燃抗静电皮层、或涂覆阻燃抗静电涂料的方法可望获得高强度的煤矿井下用 管。该技术给出的涂敷法，由于耗费大量有毒挥发性溶剂且皮层厚度不易保证，不宜连续化 批量生产。该技术给出的挤出皮层则需要较高的导电填料含量才能满足管材表面的抗静电 要求；而其实施的过程：炭黑与聚氯乙烯树脂及助剂的高速混合、混合后物料的输送均会 严重污染空气、生产环境以及配料、输送与成型加工机械，因此也难于实施。
[0005] 抗静电母料往往兼具多种功能、由专业厂用专用的设备制造、再用于塑材的生产， 不但可以减少导电填料、特别是炭黑对塑材生产系统及环境的污染，所得塑材的质量也更 好，因而获得技术开发。
[0006] 例如，CN1033063A给出的抗静电母料，成功地用于聚丙烯纤维的抗静电。 CN1699465A在导电填料外面预聚合适当的单体，经粉碎后再与载体树脂混炼制成的抗静电 母料可以用于生产多种抗静电塑料制品而且具有相对较高的机械强度。
[0007] 然而使用上述抗静电母料所制备的高分子材料中，导电填料都是均匀分布于基体 之中的；由于"阈值"的存在、需要相当高的导电填料含量才能形成静电逸散网络，煤矿井下 用塑材所要求的表面电阻更低、因而所需导电填料的含量就更高。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的之一在于提供一种抗静电母料的制造方法以及由其制备的抗静电 母料，使用这种母料与聚氯乙烯树脂及助剂共混后挤出的高强度聚氯乙烯芯-皮多层复合 管之皮层满足煤矿井下安全使用要求。
[0009] 本发明的目的之二在于提供一种煤矿井下用高强度聚氯乙烯芯-皮多层复合管， 所述管的皮层中包括上述的抗静电母料。
[0010] 本发明的目的之三在于提供一种煤矿井下用高强度聚氯乙烯芯_皮多层复合管 的挤出制造技术。
[0011] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0012] -种抗静电母料的制备方法，所述抗静电母料由导电填料、载体树脂、助容树脂、 热稳定剂和阻燃剂组成，其中导电填料：载体树脂：助容树脂=5~30:10~30:10~ 30 (质量比），热稳定剂质量为助容树脂的1~5%，阻燃剂质量为载体树脂的1~10%;所 述抗静电母料采用密炼-开炼切粒机组或者密炼-挤出造粒机组制备，所述制备方法包括 如下步骤：
[0013] 在预热（优选预热到100~140°C )的密炼机中，依次加入所述的载体树脂、助容 树脂、热稳定剂和阻燃剂后，在料温为140~160 °C下密炼（优选密炼时间为2-10分钟，更 优选3-5分钟）；再加入所述的导电填料，密炼（优选密炼时间为2-10分钟，更优选5-10分 钟）后出料送入造粒工序，造粒得到所述抗静电母料。
[0014] 根据本发明优选的制备方法，其包括如下步骤：
[0015] 在5~10转/分下开动的100~140 °C的密炼机中，依次加入所述的载体树脂、 助容树脂、热稳定剂和阻燃剂后，在料温为140~160°C下密炼3-5分钟；再加入所述的导 电填料，于20~40转/分下、密炼5-10分钟后出料送入造粒工序，造粒得到所述抗静电母 料。
[0016] 所述导电填料为超导电炭黑和鳞片石墨，超导电炭黑：鳞片石墨=1:0~2(质量 比）。所述鳞片石墨粒度为-250~625目。
[0017] 所述载体树脂为聚烯烃树脂。优选地，所述聚烯烃树脂包括聚乙烯、聚丙烯，以及 它们间任何比例的混合物或共聚物。更优选地，所述聚烯烃树脂是挤出级的。
[0018] 所述助容树脂为可做聚氯乙烯抗冲击改性剂的无规聚合物，选自氯化聚乙烯、氯 磺化聚乙烯、丁腈橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或几种的混合物。
[0019] 所述阻燃剂为三氧化二锑。
[0020] 所述热稳定剂为复合铅盐稳定剂、钙-锌复合稳定剂、有机锡稳定剂或复合金属 皂类稳定剂中的一种。
[0021] 本发明还提供由上述方法制备得到的抗静电母料，所述母料的表面电阻大于5Q， 优选介于10-50Q之间。所述母料的塑化温度和熔体粘性均低于聚氯乙烯树脂，再与聚氯 乙烯共混制备芯-多层复合管的皮层时，包含着导电填料粒子的母料熔体会成连续网络分 布于由聚氯乙烯初级粒子构成的基体中。
[0022] 所述抗静电母料的粒径为2~5mm。
[0023] 本发明还提供一种煤矿井下用聚氯乙烯芯_皮多层复合管，所述复合管的皮层的 组成和含量为：
[0024] 聚氯乙烯树脂 100质量份；
[0025] 热稳定剂 1-5质量份； 加工助剂 2-4廣量份； 本发明的抗静电母料 20-45质量份;
[0026] 以聚氯乙烯树脂的质量份为基准。
[0027] 所述的聚氯乙烯为悬浮法生产的疏松型树脂，其聚合度优选为600~1800,更优 选为800~1200。
[0028] 所述热稳定剂为复合铅盐稳定剂、钙-锌复合稳定剂、有机锡稳定剂或复合金属 皂类稳定剂中的一种。
[0029] 所述加工助剂选自聚丙烯酸酯类加工改性剂、硬脂酸皂及蜡类中的一种或多种。
[0030] 所述皮层位于所述复合管的外侧。
[0031] 所述皮层位于所述复合管的内侧和外侧。
[0032] 本发明的煤矿井下用聚氯乙烯芯-皮多层复合管的制备方法，其中，所述皮层采 用包括下述步骤的方法制备：
[0033] (1)制备所述皮层的各原料的干混料
[0034] 在聚氯乙烯拌和用高速混合机50~100转/分的情况下，陆续加入所述的聚氯乙 烯树脂、热稳定剂和加工助剂后搅拌5~10分钟，然后加入所述的抗静电母料；再将该混合 机开到800~1500转/分，待料温达到100~120 °C，放料到冷混机、使物料冷至30~45 °C 出料，得所述皮层的各原料的干混料。
[0035] 所述皮层的制备方法还包括下述步骤：
[0036] (2)干混料的挤出
[0037] 将步骤（1)所得的干混料输送至皮层挤出机，混炼挤出；其中，所述皮层挤出机为 异向啮合双螺杆混炼挤出机，所述挤出机的机身与机头连接处的料温控制在150~170°C。
[0038] 所述复合管的制备方法，进一步包括以下步骤：
[0039] 选择一芯-皮多层共挤机头，将上述皮层挤出机连接于该机头侧面的进料口；配 套的另一台芯层挤出机连接于该机头尾端的进料口，所述芯层挤出机为异向啮合双螺杆挤 出机；同步调控机头及挤出机各段的温度和螺杆转速，挤出得到所述的芯-皮多层复合管。
[0040] 所述多层复合管可为外皮抗静电、管材整体阻燃的煤矿井下用水管，也可以为内、 外皮层均抗静电、整体阻燃的煤矿井下用风管和抽取瓦斯管。
[0041] 所述复合管的制备方法，也可以进一步包括以下步骤：
[0042] 选择一挤出包覆机头，将上述皮层挤出机连接于该机头侧面的进料口，该机头的 尾端输入经增强（例如钢板网增强）的聚氯乙烯管材芯层，同步调控皮层的挤出包覆速度 与增强聚氯乙烯管材芯层的输入速度，制备得到所述的芯-皮多层复合管。