本发明涉及一种煤矿井下用聚乙烯管及其制备工艺。
技术背景
聚乙烯管(polyethylene，简称pe管)，是由单体乙烯聚合而成。由于在聚合时因压力、温度等聚合反应条件不同，可得出不同密度的树脂，因而又有高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯之分。并且根据其应用条件的不同，对pe管材的要求也就不同，例如用于燃气管和给水管的材料，均要求其能承受一定的压力，二均可以选用pe80和pe100；不过由于饮用水的卫生要求的比较高，所以ldpe(低密度聚乙烯度聚乙烯)特别是lldpe(线型低密度聚乙烯)树脂已成为生产饮用水管的常用材料，而燃气管道较多的强调其承受的压力性能、气密性和阻燃性能。
煤矿井下用管道，包括矿山砂浆输送管道和瓦斯排放通风管等，其要求抗静电，抗阻燃，抗冲击、耐腐蚀、耐磨损、不结垢、耐老化。矿山砂浆输送管道一般是用于将矿山行业或矿厂的矿石经过一道道的程序提炼之后剩下的砂浆，尾砂，矿浆要排入尾矿库等待以后进行二次利用。提炼之后的砂浆的颗粒度一般都比较细小了，一般在50～200目之间，跟沙子大小差不错，砂浆里边含有水分，属于浆体颗粒一类的介质。因此管材的选用首先要考虑的因素就是耐磨。在矿山上用的耐磨性能好的管道有很多种，除了超高分子量聚乙烯管，还有陶瓷复合管，耐磨衬胶管道等。耐磨衬胶管道里边最耐磨，一般用在选矿的第二阶段，矿石颗粒度比较大的情况下；陶瓷复合管的耐磨性能也很强，用在第三各阶段；而超高分子量聚乙烯管主要用在最后一道程序，主要用来输送砂浆，尾砂，浆体颗粒一类的介质。瓦斯排放通风管是为了确保井下生产的安全，在煤炭挖掘时，必须要保证井下的通风，以避免瓦斯、煤尘聚集，从而一起爆炸等恶性事故。瓦斯排放通风管常用的管材包括金属管、玻璃钢管、聚氯乙烯管、聚乙烯管等。目前国内出台很多法规及标准以规范行业的发展，但煤矿井下用管道作为危险作业中的一种用管，随着煤矿生产要求和社会的环保要求的提高，其相关的要求也有待提高。
本发明主要是对现有的煤矿井下用山砂浆输送管道的改进。前文提到矿山砂浆输送管道用于矿石提炼之后剩下的砂浆，其首要的考虑的因素是耐磨，而现有的聚乙烯管由于耐磨度不够往往被用于最后一道程序，用来输送砂浆，尾砂，浆体颗粒等，其他工序需要使用耐磨衬胶管道和陶瓷复合管，这大大限制了聚乙烯管在矿井中使用的范围，因此需要加以改进，以拓宽其使用范围。
技术实现要素：
针对上述的现有超高分子量聚乙烯管存在的问题，本发明提出一种煤矿井下用聚乙烯管及其制备工艺，从管材的用料组分及制备工艺加以改进，达到生产出更加耐磨的聚乙烯管，以拓宽其在矿井下的应用范围。具体技术方案如下：
一种煤矿井下用聚乙烯管，由内到外依次包括内衬层、作为主体的聚乙烯支撑层和无卤保护层。
作为优选的技术方案的，所述钢衬层内衬层由分子量为150～650万的超高分子量聚乙烯合成的钢衬。
作为优选的技术方案的，所述聚乙烯支撑层按重量份计包括的组分如下：聚乙烯100～120份、抗氧化剂1～3份、抗静电剂1～3份、阻燃剂3～8份、润滑剂2～5份、分散剂10～12份、稳定剂1～2份；其中，所述抗氧化剂优选为抗氧剂ca，所述抗静电剂优选为乙炔炭黑，所述阻燃剂优选为环氧树脂包覆的聚磷酸铵；所述的润滑剂优选为硬脂酸和石蜡的两者组合物，二者组合的重量比例进一步优选为4:1；所述分散剂使用硬脂酸或聚乙酸盐，所述稳定剂为含羟基芳基亚磷酸酯或一苯基二异辛基亚磷酸酯均可。
作为优选的技术方案的，所述无卤保护层按重量份计包括的组分如下：聚乙烯50～60份、无卤阻燃剂15～40份、抗静电剂5～15份、助剂5～10份。
作为进一步优选的技术方案的，所述无卤保护层的无卤阻燃剂按重量份计包括的组分如下：环氧树脂包覆的聚磷酸铵3～10份、超支化大分子阻燃型成炭剂1～5份、聚磷酸蜜胺1～2份、无机次磷酸盐0.5～1份；
作为优选的技术方案的，所述无卤保护层的抗静电剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述无卤保护层的助剂包括交联剂、偶联剂、热稳定剂、消泡剂。
作为进一步优选的技术方案的，所述交联剂、偶联剂、热稳定剂、消泡剂的重量份比例为：1:1:0.5:0.1。所述交联剂优选为氯化铝或硫酸铝或二者的混合物；所述偶联剂优选为环氧硅烷；所述热稳定剂优选为硬脂酸钠和高级脂肪酸的金属盐类以1:1比例组成。
作为优选的技术方案的，前述的煤矿井下用聚乙烯管，所述内衬层厚度为2mm，所述聚乙烯支撑层厚度为15mm，所述无卤保护层的厚度为3mm。
前述的煤矿井下用聚乙烯管，其制备方法包括步骤如下：
s1：备料热熔：分别准备内衬层、聚乙烯支撑层和无卤保护层的制备原料，除湿干燥后然后将各层原料分别加入开炼机中热熔混合；
s2：挤出成型：将步骤s1中热熔后的原料于挤出机同时挤出，挤出工艺参数为：机头压力为9mpa；机筒分为四段，温度依次为185℃、190℃、195℃、200℃；模头区分为4段，温度依次为210℃、215℃、220℃、225℃，挤出机转速为30rad/min，牵引速度为100cm/min；
s3：冷却切割：将步骤s2中挤出的管材在真空度为0.3mpa的条件下进行喷淋冷却，然后切割得到煤矿井下用聚乙烯管。
有益效果：
与现有技术相比本发明的具有如下的有益效果：
本发明在作为主体的聚乙烯管层内设超高分子量聚乙烯合成的钢衬提高管壁耐磨度，不仅可以用于输送砂浆，尾砂，浆体颗粒还可以用于输送颗粒度比较大的矿石及煤渣，甚至取代陶瓷复合管的应用，拓宽聚乙烯管的使用范围。另外本发明外包覆无卤保护层不仅提升管材对外部环境的适应度对管体起到保护作用，而且耐燃性好，提高管体在煤矿中使用的安全性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
本实施例提供一种煤矿井下用聚乙烯管，该耐煤矿井下用聚乙烯管由内到外依次包括内衬层、作为主体的聚乙烯支撑层和无卤保护层。所述内衬层厚度为2mm，所述聚乙烯支撑层厚度为15mm，所述无卤保护层的厚度为3mm。
所述钢衬层内衬层由分子量为150～650万的超高分子量聚乙烯合成的钢衬。
所述聚乙烯支撑层按重量份计包括的组分如下：聚乙烯100～120份、抗氧化剂1～3份、抗静电剂1～3份、阻燃剂3～8份、润滑剂2～5份、分散剂10～12份、稳定剂1～2份；其中，所述抗氧化剂优选为抗氧剂ca，所述抗静电剂优选为乙炔炭黑，所述阻燃剂优选为环氧树脂包覆的聚磷酸铵；所述的润滑剂优选为硬脂酸和石蜡的两者组合物，二者组合的重量比例进一步优选为4:1；所述分散剂使用硬脂酸或聚乙酸盐，所述稳定剂为含羟基芳基亚磷酸酯或一苯基二异辛基亚磷酸酯均可。
所述无卤保护层按重量份计包括的组分如下：聚乙烯50～60份、无卤阻燃剂15～40份、抗静电剂5～15份、助剂5～10份。其中，所述无卤保护层的无卤阻燃剂按重量份计包括的组分如下：环氧树脂包覆的聚磷酸铵3～10份、超支化大分子阻燃型成炭剂1～5份、聚磷酸蜜胺1～2份、无机次磷酸盐0.5～1份；所述抗静电剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述助剂包括交联剂、偶联剂、热稳定剂、消泡剂；且所述交联剂、偶联剂、热稳定剂、消泡剂的重量份比例为：1:1:0.5:0.1。进一步的，所述交联剂优选为氯化铝或硫酸铝或二者的混合物；所述偶联剂优选为环氧硅烷；所述热稳定剂优选为硬脂酸钠和高级脂肪酸的金属盐类以1:1比例组成。
实施例2：
本实施例提供一种制备实施例1中所述的煤矿井下用聚乙烯管制备方法，包括的步骤如下：
s1：备料热熔：准备制备内衬层的材料分子量为200万的超高分子量聚乙烯。
准备制备聚乙烯支撑层的原料：聚乙烯100份、抗氧化剂1份、抗静电剂1份、阻燃剂3份、润滑剂2份、分散剂10份、稳定剂1份；其中，所述抗氧化剂优选为抗氧剂ca，所述抗静电剂优选为乙炔炭黑，所述阻燃剂优选为环氧树脂包覆的聚磷酸铵；所述的润滑剂优选为硬脂酸和石蜡的两者组合物，二者组合的重量比例进一步优选为4:1；所述分散剂使用硬脂酸，所述稳定剂为含羟基芳基亚磷酸酯。
准备制备无卤保护层的原料：所述无卤保护层按重量份计包括的组分如下：聚乙烯50份、无卤阻燃剂15份、抗静电剂5份、助剂5份。其中，所述无卤阻燃剂按重量份计包括的组分如下：环氧树脂包覆的聚磷酸铵3份、超支化大分子阻燃型成炭剂1、聚磷酸蜜胺1份、无机次磷酸盐0.5份；所述抗静电剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述助剂包括交联剂、偶联剂、热稳定剂、消泡剂；且所述交联剂、偶联剂、热稳定剂、消泡剂的重量份比例为：1:1:0.5:0.1。进一步的，所述交联剂优选为氯化铝和硫酸铝二者的混合物；所述偶联剂优选为环氧硅烷；所述热稳定剂优选为硬脂酸钠和高级脂肪酸的金属盐类以1:1比例组成。
将上述准备的原料，除湿干燥后然后将各层原料分别加入开炼机中热熔混合。
s2：挤出成型：将步骤s1中热熔后的原料于挤出机同时挤出，挤出工艺参数为：机头压力为9mpa；机筒分为四段，温度依次为185℃、190℃、195℃、200℃；模头区分为4段，温度依次为210℃、215℃、220℃、225℃，挤出机转速为30rad/min，牵引速度为100cm/min。
s3：冷却切割：将步骤s2中挤出的管材在真空度为0.3mpa的条件下进行喷淋冷却，然后切割得到煤矿井下用聚乙烯管。
实施例3：
本实施例也是一种制备实施例1中所述的煤矿井下用聚乙烯管制备方法，包括的步骤如下：
s1：备料热熔：准备制备内衬层的材料分子量为600万的超高分子量聚乙烯。
准备制备聚乙烯支撑层的原料：聚乙烯120份、抗氧化剂3份、抗静电3份、阻燃剂8份、润滑剂5份、分散剂12份、稳定剂2份；其中，所述抗氧化剂优选为抗氧剂ca，所述抗静电剂优选为乙炔炭黑，所述阻燃剂优选为环氧树脂包覆的聚磷酸铵；所述的润滑剂为硬脂酸和石蜡的两者组合物，二者组合的重量比例进一步优选为4:1；所述分散剂使用聚乙酸盐，所述稳定剂为一苯基二异辛基亚磷酸酯。
准备制备无卤保护层的原料：聚乙烯60份、无卤阻燃剂40份、抗静电剂15份、助剂10份。其中，所述无卤阻燃剂按重量份计包括的组分如下：环氧树脂包覆的聚磷酸铵10份、超支化大分子阻燃型成炭剂5份、聚磷酸蜜胺2份、无机次磷酸盐1份；所述抗静电剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述助剂包括交联剂、偶联剂、热稳定剂、消泡剂；且所述交联剂、偶联剂、热稳定剂、消泡剂的重量份比例为：1:1:0.5:0.1。其中，所述交联剂优选为氯化铝或硫酸铝；所述偶联剂优选为环氧硅烷；所述热稳定剂优选为硬脂酸钠和高级脂肪酸的金属盐类以1:1比例组成。
s2：挤出成型：将步骤s1中热熔后的原料于挤出机同时挤出，挤出工艺参数为：机头压力为9mpa；机筒分为四段，温度依次为185℃、190℃、195℃、200℃；模头区分为4段，温度依次为210℃、215℃、220℃、225℃，挤出机转速为30rad/min，牵引速度为100cm/min。
s3：冷却切割：将步骤s2中挤出的管材在真空度为0.3mpa的条件下进行喷淋冷却，然后切割得到煤矿井下用聚乙烯管。
实施例4：对比例
采用常规方式，取实施例2和实施例3中所制备的煤矿井下用聚乙烯管和市场购买的普通煤矿井下用聚乙烯管分别截成20cm的小段，分别进行耐磨能，阻燃性能和抗氧化性能测试，并进行对比，结果如表1所示：
表1.煤矿井下用聚乙烯管的性能测试结果
由表1可以看出，本发明工艺生产的煤矿井下用聚乙烯管与普通的聚乙烯管相比较，具有优异的耐磨性，阻燃性和抗氧化性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非只包含一个的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。