CN103739917A - 一种聚乙烯塑料抗静电母料、母料用导电材料及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚乙烯塑料抗静电母料、母料用导电材料及应用，导电材料包括如下重量份的各组分：导电碳黑3～8份、导电石墨2～15份、导电碳纤维1～5份；在上述基础上配合如下组份形成母料：高密度聚乙烯5～20份、线型低密度聚乙烯0～15份、酚类抗氧剂0.4～0.8份、钛酸酯偶联剂0.1～1份、铝酸酯偶联剂0.1～1份、分散剂0.4～2份；上述导电材料及母料可用于制备聚乙烯矿用管。本发明采取了不同形态的多种永久性导电体复配方式形成聚乙烯塑料抗静电母料用导电材料，克服了单独使用导电碳黑的不足，可制成抗静电性能好的专用母料，用较小的母料添加量及较少的成本就能保证聚乙烯塑料较高的抗静电性能，同时也减少了对力学性能的伤害。

Description

一种聚乙烯塑料抗静电母料、母料用导电材料及应用
技术领域
本发明涉及聚乙烯塑料领域，具体地，涉及一种聚乙烯塑料抗静电母料、母料用导电材料及它们在制备煤矿井下用聚乙烯管材中的应用。
背景技术
矿用塑料管是我国煤炭行业的重要装备之一，用于煤炭井下给排水、瓦斯排放、风力输送等，是确保井下安全生产的必备条件。随着国家对安全生产的日趋重视，煤矿用塑料管得到越来越广泛的应用。
根据相关国家标准，煤矿用塑料管必须达到较高级别的抗静电标准，最高级别为表面电阻小于1×106欧姆。对于本身是绝缘体的聚乙烯来说，要达到这个指标，同时兼顾阻燃、耐压、力学等性能是比较困难的。
目前国内比较普遍的使用导电炭黑作为导电材料制成母料进行添加，尽管也能达到标准，但是有成本高，添加量大，力学性能严重下降等问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种聚乙烯塑料抗静电母料用导电材料，使其可有效地提高聚乙烯塑料抗静电母料的抗静电性、并能降低成本，提高经济效益，以克服单独使用导电炭黑作为导电材料制成母料进行添加所存在的缺陷，在保证聚乙烯塑料较高抗静电性能的同时兼顾力学性能。
本发明的第二个目的在于提供一种聚乙烯塑料抗静电专用母料，使用其制备聚乙烯塑料，成本低、添加量小且可在保证聚乙烯塑料较高抗静电性能的同时兼顾力学性能。
本发明的第三个目的是提供一种聚乙烯塑料，使其具有成本低且在保证聚乙烯塑料较高抗静电性能的同时兼顾阻燃、耐压和力学性能。
本发明的第四个目的是提供上述聚乙烯塑料抗静电母料用导电材料在制备煤矿井下用聚乙烯管材中的应用。
本发明的第五个目的是提供上述聚乙烯塑料抗静电专用母料在制备煤矿井下用聚乙烯管材中的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种聚乙烯塑料抗静电母料用导电材料，包括如下重量份的各组分：
导电碳黑    3～8  份
导电石墨    2～15 份
导电碳纤维  1～5  份。
一种聚乙烯塑料抗静电专用母料，包括如下重量份的各组分：
进一步地，包括如下重量份的各组分：
Figure BDA0000455009150000022
Figure BDA0000455009150000031
进一步地，所述分散剂为聚乙烯蜡和/或乙撑双硬脂酰胺EBS。
一种聚乙烯塑料，由高密度聚乙烯、阻燃母料及抗静电母料制成，所述抗静电母料采用上述的聚乙烯塑料抗静电专用母料；按重量百分含量计，所述聚乙烯塑料抗静电专用母料的加入量为15-30%。
进一步地，所述聚乙烯塑料呈管状，用于矿井下。
上述聚乙烯塑料抗静电母料用导电材料及聚乙烯塑料抗静电专用母料可应用于制备煤矿井下用聚乙烯管材。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采取了不同形态的多种永久性导电体“导电石墨、碳纤维和导电碳黑”复配方式形成聚乙烯塑料抗静电母料用导电材料，利用导电性能相近和形态互补的特点，可制成抗静电性能更好的专用母料。用较小的母料添加量就能保证聚乙烯塑料较高抗静电性能，同时也减少了对力学性能的伤害。
2、本发明克服了单独使用导电碳黑的不足，如使用粒径过小的碳黑、比表面积过大导致表面能极大，极易团聚，属于功能过剩，成本增高。本发明的母料含碳量可大于50％，价格不超过20000元／吨，在产品质量达到国家标准的同时，使整个配方成本比用导电炭黑母料降低3％以上。将它用于高密度聚乙烯矿用管中，可赋予矿用管抗静电性和均匀的黑色。矿用管成品的质量和生产工艺均不受影响。且可保护矿用管在使用期内全寿命抗静电，并能保证该矿用管在回收再利用时抗静电性能不下降。
3、利用多元导电材料后可有效地提高聚乙烯塑料矿用管抗静电母料的抗静电性、并能降低成本，提高经济效益，且可减少使用炭黑带来的环境污染，降低劳动强度，节约能源。符合低碳经济的大趋势。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
（1）聚乙烯塑料抗静电母料用导电材料的配方为（重量份）：
导电碳黑    3～8  份
导电石墨    2～15 份
导电碳纤维  1～5  份。
把所得到的导电材料进行表面多元处理，使其表面覆盖钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂以及分散剂的包覆层。
Figure BDA0000455009150000041
处理工艺：在高速混合机中加入上述物料，在60-105℃、≥550RPM运转10-60分钟即可。
分散剂是聚乙烯蜡和/或乙撑双硬脂酰胺（EBS）。
把处理好的上述物料和其他物料混合后放入双螺杆挤出机挤出造粒，经冷却后包装即得成品。
（2）聚乙烯矿用管抗静电专用母料的配方为（重量份）：
Figure BDA0000455009150000042
Figure BDA0000455009150000051
上述配方的生产工艺为：混合-熔融挤出造粒-包装。具体为将上述物料计量后加入高速混合机混合，20分钟后出料，然后典型的用双螺杆挤出切粒，加工的温度为100-220℃,经上述方法得到的产品为长度2～4毫米、直径3～5毫米的圆柱状黑色有光泽颗粒，冷却后即为成品，具备抗静电功能。其性能可达到：熔体流动速率：0.1～0.5（190℃，10kg）；表面电阻：≤107欧姆。
上述抗静电专用母料用于HDPE（高密度聚乙烯）矿用管的生产，添加量为15-30份，视产品用途而调整。
应用实例1：
聚乙烯矿用管抗静电专用母料的应用实例1
配方为：
Figure BDA0000455009150000052
将上述物料计量后加入高速混合机混合，20分钟后出料，进入双螺杆挤出机挤出切粒，冷却后即为成品。其性能可达到：熔体流动速率：0.1～0.5（190℃，10kg）；表面电阻107欧姆。将本品30份和62份HDPE、8份阻燃母料混合后挤出聚乙烯煤矿用给排水管，其表面电阻可达到108欧姆，其余性能指标也达到相应行业标准MT558.1——2005要求，比使用普通纯导电炭黑制造的抗静电母料降低成本5%以上，主机电流下降5%以上。
应用实例2
聚乙烯矿用管抗静电专用母料的应用实例2
配方为：
Figure BDA0000455009150000061
将上述物料计量后加入高速混合机混合，20分钟后出料，进入双螺杆挤出机挤出切粒，冷却后即为成品。其性能可达到：熔体流动速率：0.1～0.5（190℃，10kg）；表面电阻104欧姆。将本品30份和62份HDPE、8份阻燃母料混合后挤出聚乙烯煤矿用导风管，其表面电阻可达到106欧姆，其余性能指标也达到相应行业标准MT558.1——2005要求，比使用普通纯导电炭黑制造的抗静电母料降低成本15%以上，主机电流下降5%以上。
应用实例3
聚乙烯矿用管抗静电专用母料的应用实例3
配方为：
Figure BDA0000455009150000071
将上述物料计量后加入高速混合机混合，20分钟后出料，进入双螺杆挤出机挤出切粒，冷却后即为成品。其性能可达到：熔体流动速率：0.1～0.5（190℃，10kg）；表面电阻103欧姆；将本品30份和62份HDPE、8份阻燃母料混合后挤出聚乙烯煤矿用瓦斯管，其表面电阻可达到106欧姆，其余性能指标也达到相应行业标准MT558.1——2005要求，比使用普通纯导电炭黑制造的抗静电母料降低成本10%以上，主机电流下降5%以上。
目前市场上对照实例
聚乙烯矿用管抗静电专用母料的目前市场上对照配方及应用实例
配方为：
Figure BDA0000455009150000072
Figure BDA0000455009150000081
将上述物料计量后加入高速混合机混合，20分钟后出料，进入双螺杆挤出机挤出切粒，冷却后即为成品。其性能可达到：熔体流动速率：0.1～0.5（190℃，10kg）；表面电阻104欧姆。将本品42份和50份HDPE、8份阻燃母料混合后挤出聚乙烯煤矿用瓦斯管，其表面电阻可达到106欧姆，其余性能指标也达到相应行业标准MT558.1——2005要求。这都是目前市场上最通用的聚乙烯矿用瓦斯管的生产配方。由于抗静电母料使用比例高达42%，使得管材总配方成本很高。但是由于导电碳黑极难均匀分散到管材里，而管材生产设备又没有混炼能力，所以在达到同等抗静电性能（按上述标准为106欧姆）的前提下，抗静电母料添加量就成了影响管材成本的关键因素。
由上述对照可见：使用本发明配方生产的聚乙烯矿用管抗静电专用母料生产的聚乙烯煤矿井下用管材，在抗静电性能（表面电阻可达到106欧姆）和其余性能指标都达到相应行业标准MT558.1——2005要求的前提下，大大减少了价格最昂贵的关键材料导电碳黑的使用量，并且降低了抗静电母料的使用量达10%之多，从而有效地实现了管材生产成本的下降。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种聚乙烯塑料抗静电母料用导电材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：
导电碳黑    3～8  份
导电石墨    2～15 份
导电碳纤维  1～5  份。
2.一种聚乙烯塑料抗静电专用母料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：
3.根据权利要求2所述的聚乙烯塑料抗静电专用母料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：
Figure FDA0000455009140000012
Figure FDA0000455009140000021
4.根据权利要求2或3所述的聚乙烯塑料抗静电专用母料，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯蜡和/或乙撑双硬脂酰胺EBS。
5.一种聚乙烯塑料，由高密度聚乙烯、阻燃母料及抗静电母料制成，其特征在于，所述抗静电母料采用权利要求2-4任一项所述的聚乙烯塑料抗静电专用母料；按重量百分含量计，所述聚乙烯塑料抗静电专用母料的加入量为15-30%。
6.根据权利要求5所述的聚乙烯塑料，其特征在于，所述聚乙烯塑料呈管状，用于矿井下。
7.根据权利要求1所述的聚乙烯塑料抗静电母料用导电材料在制备煤矿井下用聚乙烯管材中的应用。
8.权利要求2-4任一项所述的聚乙烯塑料抗静电专用母料在制备煤矿井下用聚乙烯管材中的应用。
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