一种煤矿用抗静电挤出HDPE管材原料及其制备方法

一种煤矿用抗静电挤出HDPE管材原料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿用抗静电挤出HDPE管材原料及其制备方法，主要是 涉及HDPE原料、母粒载体树脂、导电炭黑及其制备方法。

背景技术

聚乙烯是一种性能优良，价格便宜，用途广泛的结晶性聚合物，是用量最 大的通用塑料。但是其用在煤矿井下必须具有良好的抗静电性能。因为高分子材 料的表面电阻率很高，容易积聚电荷，从而发生安全事故。为了具有优良的导电 或抗静电性能，通常煤矿井下用的高分子材料都是通过添加导电炭黑来降低其体 积电阻率或表面电阻率。为了能达到煤矿井下的抗静电要求，导电炭黑在高分子 材料中添加量通常≥12％～15％，才能满足煤矿井下对高分子材料的抗静电要求。 这么高的炭黑含量必然导致基体材料HDPE的性能变化，比如韧性和塑性下降。 所以，如何制备低炭黑含量高抗静电性能HDPE材料，一直是煤矿井下用高分子 材料制品的研究和开发热点。本发明主要是针对HDPE挤出管材用的HDPE抗静 电原料的制备。对于其他成型方法或制品不具有适用性。本发明技术原理主要是 利用管材挤出过程中聚合物流体会发生分子量的分级效应和炭黑的优先表面吸 附效应。利用分子量的分级效应和炭黑的优先吸附效应，采用合适的配方和制备 方法，来制备出低炭黑含量高抗静电性能的HDPE管材原料。

发明内容：

本发明的基本思想、目的和方法是利用管材挤出流动过程中的分子量的 分级效应和炭黑的优先表面吸附效应来制备低炭黑含量的抗静电HDPE管材。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤矿用抗静电挤出 HDPE管材原料，由下列原材料按比例混合而成，所述比例为重量比：

宽分子量分布HDPE为100份，聚乙烯蜡为10～30份，导电炭黑为3～10份。

最佳技术方案，由下列比例混合制成：

宽分子量分布HDPE为100份，聚乙烯蜡为15份，导电炭黑为10份；

技术方案中所述的HDPE原料为宽分子量分布聚乙烯，其M_W为 5.0×10⁴～2×10⁵，多分散系数》50。。

技术方案中所述的聚乙烯蜡的分子量1000～5000。

技术方案中所述的导电炭黑的粒径为30～75nm。

制备方法包括以下步骤：

(1)先将导电炭黑与聚乙烯蜡在密炼机中熔融混合，熔融混合温度为80～100℃。 制备成为导电炭黑母粒。

(2)再将导电炭黑母粒与宽分布聚乙烯在转速为800-1500转/分钟的高速混合 机中共混均匀待用，控制温度在常温。

(3)然后将混合好的共混物用双螺杆挤出机熔融共混造粒，造粒的温度控制在 180-200℃之间；

(4)把所得到的挤出颗粒烘干后再利用双螺杆管材挤出机进行HDPE管材挤出。

从上述技术方案实施中采用的技术与现有技术相比具有下列优点：

(1)采用的是一种新的思路和技术，利用管材挤出过程中聚合物分子会 自动发生分子量的分级效应，利用不同分子量其粘度不同，对炭黑的亲和性和吸 附能力不同从而实现对炭黑的可控分散和分布。从而实现对HDPE管材的表层和 中间层炭黑的不均匀分布，实现和制备出低炭黑含量高抗静电性能的HDPE管材。

(2)相比采用其它管材挤出或其它成型加工方法，由于其炭黑的可控分 散和分布，不仅聚乙烯管材的抗静电性能良好，且其基体聚乙烯材料优异的冲击 韧性和塑性保持也很好，没有受到添加炭黑的显著影响。尤其其冲击韧性还略有 增加。

对比例1将15％导电炭黑加入到HDPE原料中，在高速搅拌机中混合均 匀，加入到双螺杆挤出机中挤出成为粒料。再将粒料烘干，加入到双螺杆管材挤 出机中，制备出HDPE管材。测试其性能，结果如下：表面电阻率为5×10⁹Ω.m, 冲击强度为12.5kJ/m²，抗拉强度为35.6Mpa。

对比例2将导电炭黑与聚乙烯蜡在密炼机中熔融混合，熔融混合温度为 80～100℃，制备成为导电炭黑母粒。再将导电炭黑母粒与宽分布聚乙烯在转速为 800-1500转/分钟的高速混合机中共混均匀待用，控制温度在常温。然后将混合 好的共混物用双螺杆挤出机熔融共混造粒，造粒的温度控制在180-200℃之间； 把所得到的挤出颗粒烘干后再利用双螺杆管材挤出机进行HDPE管材挤出，制备 成为总导电炭黑含量为10％的抗静电HDPE管材。测试其性能，结果如下：表面 电阻率为3×10⁵Ω.m,冲击强度为30.9kJ/m²，抗拉强度为33.1Mpa。

具体实施方式

实施例1

将导电炭黑与聚乙烯蜡在密炼机中熔融混合，熔融混合温度为80～100℃， 制备成为导电炭黑母粒。再将导电炭黑母粒与宽分布聚乙烯在转速为800-1500 转/分钟的高速混合机中共混均匀待用，控制温度在常温。然后将混合好的共混 物用双螺杆挤出机熔融共混造粒，造粒的温度控制在180-200℃之间；把所得到 的挤出颗粒烘干后再利用双螺杆管材挤出机进行HDPE管材挤出，制备成为总导 电炭黑含量为5％的抗静电HDPE管材。测试其性能，结果如下：表面电阻率为 3×10¹⁰Ω.m,冲击强度为35.9kJ/m²，抗拉强度为29.6Mpa。

实施例2

将导电炭黑与聚乙烯蜡在密炼机中熔融混合，熔融混合温度为80～100℃， 制备成为导电炭黑母粒。再将导电炭黑母粒与宽分布聚乙烯在转速为800-1500 转/分钟的高速混合机中共混均匀待用，控制温度在常温。然后将混合好的共混 物用双螺杆挤出机熔融共混造粒，造粒的温度控制在180-200℃之间；把所得到 的挤出颗粒烘干后再利用双螺杆管材挤出机进行HDPE管材挤出，制备成为总导 电炭黑含量为10％的抗静电HDPE管材。测试其性能，结果如下：表面电阻率为 3×10⁵Ω.m,冲击强度为30.9kJ/m²，抗拉强度为33.1Mpa。。

实施例3

将导电炭黑与聚乙烯蜡在密炼机中熔融混合，熔融混合温度为80～100℃， 制备成为导电炭黑母粒。再将导电炭黑母粒与宽分布聚乙烯在转速为800-1500 转/分钟的高速混合机中共混均匀待用，控制温度在常温。然后将混合好的共混 物用双螺杆挤出机熔融共混造粒，造粒的温度控制在180-200℃之间；把所得到 的挤出颗粒烘干后再利用双螺杆管材挤出机进行HDPE管材挤出，制备成为总导 电炭黑含量为7％的抗静电HDPE管材。测试其性能，结果如下：表面电阻率为 3×10⁸Ω.m,冲击强度为31.5kJ/m²，抗拉强度为31.6Mpa。