一种高性能矿用管材及其制备方法与流程

本发明涉及管材，具体而言，涉及一种高性能矿用管材及其制备方法。

背景技术：

1、随着国民经济的飞速发展，煤炭开采量迅速增加，煤矿安全问题也日益突出。其中，矿用管材的选用已成为煤矿安全工作的重中之重，由此带动了煤矿对矿用管材的需求。

2、井下用钢管由于重量大，耐腐蚀性差，安装运输不方便等种种缺陷已逐渐被塑料管材代替。pe管道具有抗冲击性好、耐磨、耐腐蚀、使用寿命长等优点，逐渐受到人们的青睐。

3、但pe管材也存在易产生静电、易燃、刚度小等的缺点，无法满足井下对管材的要求，因此开发一种抗静电好、阻燃性好的pe管材已成为矿用管的当务之急,由于pe材料本身没有抗静电和阻燃性能，需要通过加入大量的阻燃材料和抗静电材料改性，才能达到要求，使得pe管材抗冲性能、液压承压性能大幅度下降，对长距离和深度较深的矿井下面，管材壁厚需要很厚，来提高承压液压要求，成本升高，不利于低碳节能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高性能矿用管材，其兼具较好的力学性能、抗静电性能以及阻燃性能。

2、本发明的另一目的在于提供一种高性能矿用管材的制备方法，操作简单，制作方便，有利于管材的大规模生产。

3、本发明的实施例通过以下技术方案实现：

4、本发明提出一种高性能矿用管材，包括五层结构，由外到里依次为抗静电阻燃外层、粘合树脂层、增强中间层、粘合树脂层和抗静电阻燃内层；

5、增强中间层按重量份数计包括：80-120份abs，1-15份cpe,1-15份eva，5-20份纳米碳酸钙，40-60份acr，0.1-1.8份乳化剂，0.2-3份1,4-丁二醇二丙烯酸酯，1-5份过硫酸盐，5-30份阻燃剂，1-25份玄武岩和0.1-1份硬脂酸；

6、抗静电阻燃内/外层按重量份数计包括：100-150份pe树脂，5-50份磷石膏，5-30份阻燃剂，5-30份抗静电剂，1-15份poe改性剂，1-15份eva和0.5-5份铝钛复合偶联剂。

7、本发明提出一种高性能矿用管材的制备方法，包括以下步骤：

8、制备抗静电阻燃内/外层：按配方称重，将各原料搅拌混合，在160-220℃挤出造粒，冷却备用；

9、制备增强中间层：将纳米碳酸钙和水混合，加入乳化剂，搅拌得到纳米碳酸钙溶液；

10、将acr和水混合，加入乳化剂和1,4-丁二醇二丙烯酸酯，混合搅拌，得到预乳液；将预乳液升温至80-90℃，加入过硫酸盐，反应20-30min，将纳米碳酸钙加入，搅拌分散40-50min，经冷冻、洗涤、抽滤、干燥，得到纳米碳酸钙复合微粒；

11、将纳米碳酸钙复合微粒与其他各

12、原料搅拌混合，在150-225℃挤出造粒，冷却备用；

13、将抗静电阻燃内/外层、增强中间层和粘合树脂层挤出管材，经定型、冷却、牵引、切割，得到成品。

14、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

15、本发明中，利用阻燃剂和抗静电剂配合使用让管材内外层具有较好的阻燃和抗静电作用，磷石膏具有一定的辅助阻燃作用，还可以降低成本，通过改性和偶联可以增加磷石膏表面官能团，磷石膏表面官能团与高分子树脂产生偶联作用，改善磷石膏与高分子树脂间的相容性以及物理缠结程度，提高管材性能。eva能够与pe树脂较好的相容，在向pe树脂中加入阻燃剂和抗静电剂时，可以起到很好的相容性和抗冲击性能，进一步提高管材性能。

16、玄武岩作为填充料，利用玄武岩对abs填充改性，提高管材的刚性和耐压性。硬脂酸可以活化玄武岩，还可以提高熔体的流动性，让玄武岩能够更好地填充于abs，显著提高管材韧性。cpe和abs熔融共混，可以改善abs的阻燃性能和耐老化性能。eva作为抗冲击改性剂，与cpe和abs熔融共混时，cpe超过在abs中的饱和溶解度而从abs中析出，形成类似以cpe为海、abs为岛的微相分离结构，从而较大幅度提高管材的冲击强度，同时cpe还可以在配方中形成一个网络，玄武岩可以填充和附着在该网络上，从而起到冲击改性作用，有效提高管材的抗冲轻度。eva具有一定的相容性，在向abs树脂中加入玄武岩和阻燃剂时，也可以起到很好的相容性，还可以改善cpe与abs的相容性，两者协同作用可以进一步提升管材性能。acr和纳米碳酸钙在助剂的作用下，形成acr包覆纳米碳酸钙的核壳结构，使得纳米碳酸钙复合微粒具有无机纳米颗粒和弹性体双重协同增韧的作用，并且其表面的聚合物分子链与abs基体树脂起到嵌段增容作用，与玄武岩的填充改性相配合，以进一步提高管体的抗冲击性能。

17、通过抗静电阻燃外层、粘合树脂层、增强中间层、粘合树脂层和抗静电阻燃内层的结合，可以让制作的管材比现有同等壁厚管材耐液压性能提高了50％，拉伸强度提升了100％，抗冲击强度提升了30％，热变形温度整体提升了20℃，主要原因是改性聚乙烯复合工程塑料abs后强度高，耐热性能好，抗爆破性能好。传统pe管材实现抗静电、抗阻燃性能，由原先的拉伸强度24.5-25mpa,下降到10mpa左右,而工程塑料本身的拉伸强度就有50mpa左右，通过改性后，拉伸强度和承压性能也有所提高。利用粘合树脂作为热熔胶，使得五层结构相容，管材整体性能更加协调。管材的抗静电和阻燃协同性好，并且具有优良的物理机械性能，可满足煤矿井下给排水、送风或抽送瓦斯等气体的管材。

技术特征：

1.一种高性能矿用管材，其特征在于：所述高性能矿用管材包括五层结构，由外到里依次为抗静电阻燃外层、粘合树脂层、增强中间层、粘合树脂层和抗静电阻燃内层；

2.根据权利要求1所述的高性能矿用管材，其特征在于：所述阻燃剂为红磷、硼酸锌、三氧化二铝、氢氧化铝、氢氧化镁和八钼酸铵中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的高性能矿用管材，其特征在于：所述抗静电剂为导电石墨烯、导电炭黑、铁粉、铜粉和铝粉中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的高性能矿用管材，其特征在于：所述玄武岩为超细活性玄武岩，所述超细活性玄武岩的粒径为1000-1500目。

5.根据权利要求1所述的高性能矿用管材，其特征在于：所述粘合树脂层为马来酸酐接枝共聚物，所述马来酸酐接枝共聚物为马来酸酐接枝改性的聚乙烯树脂和马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物。

6.如权利要求1-5任一项所述的高性能矿用管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的高性能矿用管材的制备方法，其特征在于：管材制备过程中的加工温度为140-235℃。

技术总结本发明提供了一种高性能矿用管材及其制备方法，涉及管材技术领域。高性能矿用管材包括五层结构，由外到里依次为抗静电阻燃外层、粘合树脂层、增强中间层、粘合树脂层和抗静电阻燃内层；增强中间层包括：ABS，CPE,EVA，纳米碳酸钙，ACR，乳化剂，1,4‑丁二醇二丙烯酸酯，过硫酸盐，阻燃剂，玄武岩和硬脂酸；抗静电阻燃内/外层按重量份数计包括：PE树脂，磷石膏，阻燃剂，抗静电剂，POE改性剂，EVA和铝钛复合偶联剂。该管材兼具较好的力学性能、抗静电性能以及阻燃性能。技术研发人员：林云青,张双全,郝洪波,陈光卫,李东,刘婷,黄娜受保护的技术使用者：康泰塑胶科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18