用于聚氯乙烯煤礦用管的抗靜電母料及其制備方法和應用
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種抗靜電母料及其制備方法，以及將該抗靜電母料用于擠出煤礦井 下用芯-皮多層復合高強度聚氯乙烯管材之皮層的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 不含增塑劑的聚氯乙烯具有阻燃、機械強度較高、耐腐蝕等優(yōu)異的性能，是理想的 工程用高分子材料。然而聚氯乙烯的高電絕緣性、致使塑材表面積累靜電，誘發(fā)含有易燃氣 體與粉塵氣氛的燃燒或爆炸。為了將聚氯乙烯管材用于煤礦井下，必須具有達到技術(shù)標準 MT181-88的抗靜電性與阻燃性。
[0003] 專利GB 2007696,用特導電炭黑和抗沖擊改性劑與聚氯乙烯樹脂摻混，再共混擠 出獲得的管材滿足了抗靜電且阻燃的要求，但是管材的機械強度不高。
[0004] 專利ZL02125730. 2和ZL200410006290. 7提出：在預制的經(jīng)增強的聚氯乙烯管材 的內(nèi)外擠出阻燃抗靜電皮層、或涂覆阻燃抗靜電涂料的方法可望獲得高強度的煤礦井下用 管。該技術(shù)給出的涂敷法，由于耗費大量有毒揮發(fā)性溶劑且皮層厚度不易保證，不宜連續(xù)化 批量生產(chǎn)。該技術(shù)給出的擠出皮層則需要較高的導電填料含量才能滿足管材表面的抗靜電 要求；而其實施的過程：炭黑與聚氯乙烯樹脂及助劑的高速混合、混合后物料的輸送均會 嚴重污染空氣、生產(chǎn)環(huán)境以及配料、輸送與成型加工機械，因此也難于實施。
[0005] 抗靜電母料往往兼具多種功能、由專業(yè)廠用專用的設備制造、再用于塑材的生產(chǎn)， 不但可以減少導電填料、特別是炭黑對塑材生產(chǎn)系統(tǒng)及環(huán)境的污染，所得塑材的質(zhì)量也更 好，因而獲得技術(shù)開發(fā)。
[0006] 例如，CN1033063A給出的抗靜電母料，成功地用于聚丙烯纖維的抗靜電。 CN1699465A在導電填料外面預聚合適當?shù)膯误w，經(jīng)粉碎后再與載體樹脂混煉制成的抗靜電 母料可以用于生產(chǎn)多種抗靜電塑料制品而且具有相對較高的機械強度。
[0007] 然而使用上述抗靜電母料所制備的高分子材料中，導電填料都是均勻分布于基體 之中的；由于"閾值"的存在、需要相當高的導電填料含量才能形成靜電逸散網(wǎng)絡，煤礦井下 用塑材所要求的表面電阻更低、因而所需導電填料的含量就更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種抗靜電母料的制造方法以及由其制備的抗靜電 母料，使用這種母料與聚氯乙烯樹脂及助劑共混后擠出的高強度聚氯乙烯芯-皮多層復合 管之皮層滿足煤礦井下安全使用要求。
[0009] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種煤礦井下用高強度聚氯乙烯芯-皮多層復合管， 所述管的皮層中包括上述的抗靜電母料。
[0010] 本發(fā)明的目的之三在于提供一種煤礦井下用高強度聚氯乙烯芯_皮多層復合管 的擠出制造技術(shù)。
[0011] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0012] -種抗靜電母料的制備方法，所述抗靜電母料由導電填料、載體樹脂、助容樹脂、 熱穩(wěn)定劑和阻燃劑組成，其中導電填料：載體樹脂：助容樹脂=5~30:10~30:10~ 30 (質(zhì)量比），熱穩(wěn)定劑質(zhì)量為助容樹脂的1~5%，阻燃劑質(zhì)量為載體樹脂的1~10%;所 述抗靜電母料采用密煉-開煉切粒機組或者密煉-擠出造粒機組制備，所述制備方法包括 如下步驟：
[0013] 在預熱（優(yōu)選預熱到100~140°C )的密煉機中，依次加入所述的載體樹脂、助容 樹脂、熱穩(wěn)定劑和阻燃劑后，在料溫為140~160 °C下密煉（優(yōu)選密煉時間為2-10分鐘，更 優(yōu)選3-5分鐘）；再加入所述的導電填料，密煉（優(yōu)選密煉時間為2-10分鐘，更優(yōu)選5-10分 鐘）后出料送入造粒工序，造粒得到所述抗靜電母料。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的制備方法，其包括如下步驟：
[0015] 在5~10轉(zhuǎn)/分下開動的100~140 °C的密煉機中，依次加入所述的載體樹脂、 助容樹脂、熱穩(wěn)定劑和阻燃劑后，在料溫為140~160°C下密煉3-5分鐘；再加入所述的導 電填料，于20~40轉(zhuǎn)/分下、密煉5-10分鐘后出料送入造粒工序，造粒得到所述抗靜電母 料。
[0016] 所述導電填料為超導電炭黑和鱗片石墨，超導電炭黑：鱗片石墨=1:0~2(質(zhì)量 比）。所述鱗片石墨粒度為-250~625目。
[0017] 所述載體樹脂為聚烯烴樹脂。優(yōu)選地，所述聚烯烴樹脂包括聚乙烯、聚丙烯，以及 它們間任何比例的混合物或共聚物。更優(yōu)選地，所述聚烯烴樹脂是擠出級的。
[0018] 所述助容樹脂為可做聚氯乙烯抗沖擊改性劑的無規(guī)聚合物，選自氯化聚乙烯、氯 磺化聚乙烯、丁腈橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一種或幾種的混合物。
[0019] 所述阻燃劑為三氧化二銻。
[0020] 所述熱穩(wěn)定劑為復合鉛鹽穩(wěn)定劑、鈣-鋅復合穩(wěn)定劑、有機錫穩(wěn)定劑或復合金屬 皂類穩(wěn)定劑中的一種。
[0021] 本發(fā)明還提供由上述方法制備得到的抗靜電母料，所述母料的表面電阻大于5Q， 優(yōu)選介于10-50Q之間。所述母料的塑化溫度和熔體粘性均低于聚氯乙烯樹脂，再與聚氯 乙烯共混制備芯-多層復合管的皮層時，包含著導電填料粒子的母料熔體會成連續(xù)網(wǎng)絡分 布于由聚氯乙烯初級粒子構(gòu)成的基體中。
[0022] 所述抗靜電母料的粒徑為2~5mm。
[0023] 本發(fā)明還提供一種煤礦井下用聚氯乙烯芯_皮多層復合管，所述復合管的皮層的 組成和含量為：
[0024] 聚氯乙烯樹脂 100質(zhì)量份；
[0025] 熱穩(wěn)定劑 1-5質(zhì)量份； 加工助劑 2-4廣量份； 本發(fā)明的抗靜電母料 20-45質(zhì)量份;
[0026] 以聚氯乙烯樹脂的質(zhì)量份為基準。
[0027] 所述的聚氯乙烯為懸浮法生產(chǎn)的疏松型樹脂，其聚合度優(yōu)選為600~1800,更優(yōu) 選為800~1200。
[0028] 所述熱穩(wěn)定劑為復合鉛鹽穩(wěn)定劑、鈣-鋅復合穩(wěn)定劑、有機錫穩(wěn)定劑或復合金屬 皂類穩(wěn)定劑中的一種。
[0029] 所述加工助劑選自聚丙烯酸酯類加工改性劑、硬脂酸皂及蠟類中的一種或多種。
[0030] 所述皮層位于所述復合管的外側(cè)。
[0031] 所述皮層位于所述復合管的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。
[0032] 本發(fā)明的煤礦井下用聚氯乙烯芯-皮多層復合管的制備方法，其中，所述皮層采 用包括下述步驟的方法制備：
[0033] (1)制備所述皮層的各原料的干混料
[0034] 在聚氯乙烯拌和用高速混合機50~100轉(zhuǎn)/分的情況下，陸續(xù)加入所述的聚氯乙 烯樹脂、熱穩(wěn)定劑和加工助劑后攪拌5~10分鐘，然后加入所述的抗靜電母料；再將該混合 機開到800~1500轉(zhuǎn)/分，待料溫達到100~120 °C，放料到冷混機、使物料冷至30~45 °C 出料，得所述皮層的各原料的干混料。
[0035] 所述皮層的制備方法還包括下述步驟：
[0036] (2)干混料的擠出
[0037] 將步驟（1)所得的干混料輸送至皮層擠出機，混煉擠出；其中，所述皮層擠出機為 異向嚙合雙螺桿混煉擠出機，所述擠出機的機身與機頭連接處的料溫控制在150~170°C。
[0038] 所述復合管的制備方法，進一步包括以下步驟：
[0039] 選擇一芯-皮多層共擠機頭，將上述皮層擠出機連接于該機頭側(cè)面的進料口；配 套的另一臺芯層擠出機連接于該機頭尾端的進料口，所述芯層擠出機為異向嚙合雙螺桿擠 出機；同步調(diào)控機頭及擠出機各段的溫度和螺桿轉(zhuǎn)速，擠出得到所述的芯-皮多層復合管。
[0040] 所述多層復合管可為外皮抗靜電、管材整體阻燃的煤礦井下用水管，也可以為內(nèi)、 外皮層均抗靜電、整體阻燃的煤礦井下用風管和抽取瓦斯管。
[0041] 所述復合管的制備方法，也可以進一步包括以下步驟：
[0042] 選擇一擠出包覆機頭，將上述皮層擠出機連接于該機頭側(cè)面的進料口，該機頭的 尾端輸入經(jīng)增強（例如鋼板網(wǎng)增強）的聚氯乙烯管材芯層，同步調(diào)控皮層的擠出包覆速度 與增強聚氯乙烯管材芯層的輸入速度，制備得到所述的芯-皮多層復合管。