一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子复合材料
技术领域：
，且特别涉及一种阻燃抗静电高缺口冲击强度聚丙烯管道外层专用料的制备方法及其应用。
背景技术：
：电力管是基建常用的管道，通常采用改性聚乙烯（pe）、环氧树脂或氯化聚氯乙烯（cpvc）树脂制成。但pe管存在力学强度低的缺点，环氧树脂（ep）存在耐候性差、性脆的缺点，氯化聚氯乙烯（cpvc）同时也存在价格贵、难加工等缺点。电力管道需保证在非开挖施工中使用，遇到硬度较大、棱角分明的障碍物时，能保护管道不被刮伤导致破损开裂，同时保证抗静电、阻燃与耐划伤的特点。目前正开发改性聚丙烯（pp）管，但通常的pp管一般缺少阻燃、抗静电与防鼠咬的作用。专利cn205388192u采用在双层波纹管分隔开的两部分空间内分别放置泡沫灭火的物质（硫酸铝溶液及碳酸氢钠溶液）达到阻燃的效果，但该方案极大增加管道重量。专利cn106751261a采用cpvc与助剂acr-61、mbs、hst达到阻燃与性能平衡的效果。但该方案存在原料昂贵的缺点。专利cn205051312u公开了一种埋地高压电力电缆用改性聚丙烯双壁波纹管，由加有矿物微粒耐划伤剂的聚丙烯树脂制成，但缺少抗静电、阻燃与防鼠咬性能，且未公布矿物耐划伤剂种类与添加比例。专利cn103668987a公开了一种阻燃pp无纺布的制备方法，其通过加入十溴二苯乙烷6%-12%与sb2o32%-4%阻燃性能达到b2效果，但远未达到v-0级别。专利cn101880420b公开了一种无表面析出阻燃聚丙烯复合物及其制备方法，其采用三聚氰胺氰溴酸盐与次膦酸盐作为主阻燃剂与阻燃协效剂、阻燃增效剂总添加量达到20%才能使得pp材料阻燃等级达到v-0，传统上选用溴系阻燃剂与sb2o3复配阻燃pp达到v-0级添加量需要15%以上，造成材料力学性能变差。专利cn105315557b公开了一种抗静电pp改性材料及其制备方法，其采用5-15份由粒径在10-50nm的炭黑和单丝直径在50-100nm的碳纤维以重量比1.4-2.2：1组成的混合物抗静电剂达到抗静电效果，但碳纤维加入pp后，材料燃烧时会产生“烛芯效应”，对阻燃性能有损害。专利cn105330965b公开了一种磷石膏作为填料的pp塑料及其制备方法，其采用10-30份磷石膏作为抗静电剂添加入pp，但材料力学性能下降明显，尤其是缺口冲击强度只有2kj/m2左右，不利于材料进一步应用。因此，需发明一种阻燃、抗静电、耐磨、防鼠咬、力学性能优良的管道外管用pp材料。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种阻燃、抗静电、防鼠咬、高缺口冲击强度、耐磨、聚丙烯管道外管制备方法及其应用，改善了目前聚丙烯管道的阻燃性能、抗静电性能、缺口冲击性能、耐划性能不能兼顾的缺陷。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提供一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料，包括以下重量份数的组分：聚丙烯100份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-6份，三元乙丙橡胶1-6份，聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物5-20份，超高分子量聚乙烯5-10份，磷石膏晶须3-10份，十溴二苯乙烷6-10份，纳米三氧化二锑1-2份，硅烷偶联剂0.2%-0.6%，过氧化二异丙苯1-6份，导电石墨1-6份，壬酸香草酰胺6-10份，抗氧剂1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷0.4-0.6份，抗老化剂2-巯基苯并咪唑0.4-0.6份，硬脂酸钙0.4-0.6份。本发明还提供一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：按照配比将制备原料混合成均匀的物料，然后将混合均匀的物料经加有微纳层叠拉伸装置的双螺杆挤出造粒，优选的，挤出成型温度为230℃，自喂料口到微纳层叠拉伸装置进料口的螺杆挤出机各段的温度分别为90℃、160℃、210℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃，主机转速为200-400转/分钟。微纳层叠拉伸装置进料口到出料口的各段温度都为230℃。本发明还提供一种阻燃抗静电高缺口冲击强度耐划伤聚丙烯管道外管材料中的应用。本发明的有益效果是：本发明提供了一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料、制备方法及其应用，本发明中的一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料的制备原料相互协调配合，同时采用微纳层叠拉伸装置使得抗冲改性剂、导电石墨取向，所制备的材料具有较常规配方使用阻燃剂最少减小5%，阻燃性能达到v-0级，使用抗静电剂最少减小50%，同时材料具有防鼠咬、高缺口冲击强度、耐低温、高强度、耐老化等优越性能，且产品具有加工能耗低，可回收再利用等优点。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。附图1为本发明实施例的微纳层叠拉伸装置刨面图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例提供的一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法、制备方法及其应用进行具体说明。本发明实施例提供一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法，其制备原料包括以下重量份数的组分：聚丙烯100份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-6份，三元乙丙橡胶1-6份，聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物5-20份，超高分子量聚乙烯5-10份，磷石膏晶须3-10份，十溴二苯乙烷6-10份，纳米三氧化二锑1-2份，硅烷偶联剂0.2%-0.6%，过氧化二异丙苯1-6份，壬酸香草酰胺6-10份，导电石墨1-6份，抗氧剂1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷0.4-0.6份，抗老化剂2-巯基苯并咪唑0.4-0.6份，光稳定剂gw-9440.4-0.6份，硬脂酸钙0.4-0.6份。进一步的，阻燃、抗静电、耐磨、防鼠咬、高缺口冲击强度聚丙烯材料的制备原料，包括以下重量份数的组分：聚丙烯100份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-3份，三元乙丙橡胶1-3份，聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物5-10份，超高分子量聚乙烯8-10份，磷石膏晶须5-10份，十溴二苯乙烷6-8份，纳米三氧化二锑1-2份，硅烷偶联剂0.4%-0.6%，过氧化二异丙苯2-6份，壬酸香草酰胺6-10份，导电石墨2-6份，抗氧剂1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷0.4-0.5份，抗老化剂2-巯基苯并咪唑0.4-0.5份，光稳定剂光稳定剂gw-9440.4-0.5份，硬脂酸钙0.4-0.5份。更进一步的，改性聚丙烯复合材料的制备原料，包括以下重量份数的组分：聚丙烯100份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1份，三元乙丙橡胶1份，聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物10份，超高分子量聚乙烯10份，磷石膏晶须10份，十溴二苯乙烷8份，纳米三氧化二锑2份，硅烷偶联剂0.4%-0.6%，过氧化二异丙苯2-6份，壬酸香草酰胺6份，导电石墨6份，抗氧剂1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷0.4-0.5份，抗老化剂2-巯基苯并咪唑0.4-0.5份，光稳定剂光稳定剂gw-9440.4-0.5份，硬脂酸钙0.4-0.5份。本发明实施例提供的改性聚丙烯复合材料，具有阻燃、抗静电、高缺口冲击强度的特点，以聚丙烯主要原料，聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物、超高分子量聚乙烯、磷石膏晶须、十溴二苯乙烷、纳米三氧化二锑作为辅料，并在上述的原料中引入了具有阻隔绝热的导电石墨，可以改变韧性的协助增韧剂，以及其他具有协同改善功能的原料，经科学合理的配比，使改性聚丙烯材料具有阻燃、抗静电、高缺口冲击强度、耐划伤等优越性能，且产品具有加工能耗低，可回收再利用等优点。在一些实施方式中，聚丙烯的熔融指数为0.29-0.3g/10min的共聚聚丙烯，其牌号为4220或4101；所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的醋酸乙烯(va)含量在8%～10%之间，熔融指数为0.6-0.9g/10min的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其牌号为v4110f；所述三元乙丙橡胶为门尼粘度38-52，其牌号为4045；所述超高分子量聚乙烯重均分子量为500-700万，其牌号为4170；所述硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基官能团硅烷，其牌号为kh-570；所述过氧化二异丙苯由阿科玛（常熟）化学有限公司生产销售；抗氧剂为1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷；抗老化剂为2-巯基苯并咪唑。改性硅烷偶联剂处理可显著提高减小粉体的团聚，提升与基体材料的相容性，进而提高材料的缺口冲击强度。导电石墨在微纳层叠拉伸装置中取向可显著提高材料的阻燃与抗静电作用。增韧剂在微纳层叠拉伸装置中取向可显著提高材料的拉伸强度。超高分子量聚乙烯与导电石墨联用可协效提高材料的抗划伤性能。在一些实施方式中，协效阻燃剂与协效抗静电剂包括导电石墨。阻燃剂十溴二苯乙烷通过以下方法制得：将十溴二苯乙烷与甲基丙烯酰氧基官能团硅烷的乙醇溶液混合，经反应，制得甲基丙烯酰氧基官能团硅烷改性十溴二苯乙烷，优选的，所述十溴二苯乙烷为将十溴二苯乙烷在80-100℃、真空干燥6-10小时得到，更优选的，所述十溴二苯乙烷与所述甲基丙烯酰氧基官能团硅烷的质量比为100：1-200：1，更优选的，所述反应的条件为：温度为60-80℃，时间为4-6h，压强为7.38-30mpa。；协效阻燃剂三氧化二锑的制备方法参照处理十溴二苯乙烷的制备方法。本发明实施例提供的改性聚丙烯复合材料的制备原料中，引入协效阻燃与抗静电剂片状石墨可显著提高塑料产品的阻燃性、抗静电性、表面硬度、刚性、弯曲强度，减小成型收缩率，增加尺寸稳定性，在达到阻燃v-0级时，使得阻燃剂添加量至少减少20%，抗静电剂最少减小50%。在一些实施方式中，增韧剂包括聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶以及马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。增韧剂聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物通过以下方法制得：将丁炔二酸、聚烯烃弹性体（poe）、过氧化二异丙苯(dcp)按比例加入双螺杆挤出机中熔融挤出，制得聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物；优选的，丁炔二酸、聚烯烃弹性体（poe）、过氧化二异丙苯(dcp)的质量比为1：100：0.1-3：100：0.3；优选的，双螺杆挤出机自喂料口到双螺杆挤出模头的螺杆挤出机各段的温度分别为90℃、160℃、210℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃，主机转速为200-400转/分钟。本发明实施例提供的改性聚丙烯复合材料的制备原料中，引入增韧剂，由于加入磷石膏晶须等粉体的改性聚丙烯在承受外力时很容易产生裂纹，并迅速扩展，导致材料开裂，不耐疲劳，降低其使用性能。因此，在制备原料中引入增韧剂，设法降低改性聚丙烯复合材料的脆性，增大韧性，提高承载强度。在一些实施方式中，制备原料还包括磷石膏晶须，磷石膏晶须的加入增加材料的抗静电性能，提升材料的刚性和尺寸稳定性能。在一些实施方式中，制备原料还包括硅烷偶联剂、过氧化二异丙苯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、2-巯基苯并咪唑、gw-944、硬脂酸钙。本发明实施例提供的改性聚丙烯复合材料的制备原料中，引入1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、2-巯基苯并咪唑、gw-944，是为了提高材料的耐候性，延长材料的使用年限。本发明实施例提供的改性聚丙烯复合材料的制备原料中，引入硬脂酸钙是为了提升材料的加工性能。本发明实施例还提供一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：按照配方组份配比称量各种材料，将所有材料在混料机中混合2分钟，然后将混合均匀的物料经加有微纳层叠拉伸装置的双螺杆挤出造粒，优选的，挤出成型温度为200℃，自喂料口到微纳层叠拉伸装置进料口的螺杆挤出机各段的温度分别为90℃、160℃、210℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃，主机转速为200-400转/分钟。微纳层叠拉伸装置进料口到出料口的各段温度都为230℃。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：制备导电片状石墨，包括以下步骤：a.将片状石墨用流化床式气流破碎机预处理。通过螺旋进料器将25kg片状石墨进料到粉碎室中，然后通过超音速喷嘴实现高速喷射高压空气到粉碎室。空气消耗量为3m3/min。片状石墨在超音速喷射流中加速，然后在喷嘴处反复冲击和碰撞，最终获得尺寸在1-3μm的导电片状石墨。b.将20g片状石墨在90℃的烘箱中在真空下干燥8小时。然后将其与具有2g甲基丙烯酰氧基官能团硅烷与4g乙醇混合均匀，向其中滴加乙酸，使得溶液ph值在4-6之间，后将其倒入反应器中，然后将混合物在60℃下在恒定搅拌下处理4小时，以获得甲基丙烯酰氧基官能团硅烷改性片状石墨。制备聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物，包括以下步骤：将丁炔二酸、聚烯烃弹性体（poe）、过氧化二异丙苯(dcp)按质量分数100：2：0.2的比例加入双螺杆挤出机中熔融挤出，制得聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物。双螺杆挤出机自喂料口到双螺杆挤出模头的螺杆挤出机各段的温度分别为90℃、130℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃、190℃、185℃，主机转速为300转/分钟。一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤:将100kg聚丙烯、1kg乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1kg三元乙丙橡胶、10kg聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物、10kg超高分子量聚乙烯，10kg磷石膏晶须、8kg十溴二苯乙烷、2kg纳米三氧化二锑、0.5kg硅烷偶联剂、2kg过氧化二异丙苯、6kg壬酸香草酰胺、6kg导电石墨、0.5kg1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、0.5kg2-巯基苯并咪唑、0.5kg光稳定剂光稳定剂gw-944、0.5kg硬脂酸钙在混料机中混合均匀。然后，然后将混合均匀的物料经加有微纳层叠拉伸装置的双螺杆挤出造粒，挤出成型温度为230℃，自喂料口到微纳层叠拉伸装置进料口的螺杆挤出机各段的温度分别为90℃、160℃、210℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃，主机转速为300转/分钟。微纳层叠拉伸装置进料口到出料口的各段温度都为230℃，再经冷却、切粒、烘干、包装，制得产品。实施例2本发明实施例2中使用的超零界处理十八烷基氯化铵改性蒙脱土、超零界二氧化碳片状石墨、聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物的制备过程与实施例1中相同。一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：将100kg聚丙烯、6kg乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、6kg三元乙丙橡胶、20kg聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物、8kg超高分子量聚乙烯，10kg磷石膏晶须、9kg十溴二苯乙烷、3kg纳米三氧化二锑、1kg硅烷偶联剂、6kg过氧化二异丙苯、6kg壬酸香草酰胺、6kg导电石墨、0.6kg1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、0.6kg2-巯基苯并咪唑、0.6kg光稳定剂光稳定剂gw-944、0.5kg硬脂酸钙在混料机中混合均匀。然后，然后将混合均匀的物料经加有微纳层叠拉伸装置的双螺杆挤出造粒，挤出成型温度为230℃，自喂料口到微纳层叠拉伸装置进料口的螺杆挤出机各段的温度分别为90℃、160℃、210℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃，主机转速为300转/分钟。微纳层叠拉伸装置进料口到出料口的各段温度都为230℃，再经冷却、切粒、烘干、包装，制得产品。实施例3本发明实施例3中使用的导电片状石墨、聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物的制备过程与实施例1中相同。一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：将100kg聚丙烯、1kg乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1kg三元乙丙橡胶、5kg聚烯烃弹性体的不饱和羧酸接枝共聚物、5kg超高分子量聚乙烯，3kg磷石膏晶须、6kg十溴二苯乙烷、2kg纳米三氧化二锑、0.2kg硅烷偶联剂、1kg过氧化二异丙苯、10kg壬酸香草酰胺、、1kg导电石墨、0.4kg1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、0.4kg2-巯基苯并咪唑、0.4kg光稳定剂光稳定剂gw-944、0.5kg硬脂酸钙在混料机中混合均匀。然后，然后将混合均匀的物料经加有微纳层叠拉伸装置的双螺杆挤出造粒，挤出成型温度为230℃，自喂料口到微纳层叠拉伸装置进料口的螺杆挤出机各段的温度分别为90℃、160℃、210℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃，主机转速为300转/分钟。微纳层叠拉伸装置进料口到出料口的各段温度都为230℃，再经冷却、切粒、烘干、包装，制得产品。对比例1一种阻燃、抗静电、耐磨及防鼠咬电力管道外层专用料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：材料组成、生产工艺均与实施例1相同，与实施例1不同之处仅在于未添加：导电片状石墨。对比例2材料组成、生产工艺均与实施例1相同，与实施例1不同之处仅在于未添加：导电片状石墨、磷石膏晶须。对比例3材料组成实施例1相同，与实施例1不同之处仅在于：加工工艺中的双螺杆挤出机未加有微纳层叠拉伸装置。对比例4与实施例1不同之处仅在于：未添加导电片状石墨、磷石膏晶须，十溴二苯乙烷添加12kg，三氧化二锑添加4kg。加工工艺中的双螺杆挤出机未加有微纳层叠拉伸装置。测试结果表1为本发明实施例1-3和对比例1-4的改性聚丙烯复合材料的性能检测结果。表1检测结果测试项目实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3对比例4阻燃等级v-0v-0v-1hbhb40hbv-0表面电阻率ω2.3×1062.0×1067.6×1079.7×1079.9×1094.6×1072.1×1010拉伸强度mpa26.624.528.627.229.326.127.1缺口冲击强度(23℃)kj/m223.126.822.523.326.719.122.3低温缺口冲击强度(-20℃)kj/m22.32.72.12.42.42.22.3由以上的表1可以看出，本发明实施例1中的制备的改性聚丙烯复合材料与对比例1中改性聚丙烯复合材料对比可以看出：在阻燃等级、表面电阻率、拉伸强度、缺口冲击强度(23℃)、低温缺口冲击强度(-20℃)共5个方面，本发明实施例1中的改性聚丙烯复合材料的数值均高于对比例1中的相应的数值，尤其是在阻燃等级、表面电阻率方面，具有较常规配方使用耐刮擦剂最少减小30%，同时材料具有高阻燃等级、低表面电阻率、高缺口冲击强度、可以低温使用等优越性能，且产品具有加工能耗低，可回收再利用等优点，这也表明：本发明实施例提供的改性聚丙烯复合材料的阻燃、抗静电、防鼠咬和耐冲击性能能完全能够满足管道用pp的使用要求，使其适合于作为一种电力双壁管道外管专用料。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。当前第1页12