[發明專利]礦用型石墨烯、炭黑、聚乙烯復合管材及其制備方法

在審

• 申請號: 201811366872.4
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109575398A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 田振宇;楊萬慶;謝衛宏;白國偉;王曉華;張壽明;張博;李文學;司書鑫;瞿研;劉平
• 申請（專利權）人: 山東方大新材料科技有限公司;常州第六元素材料科技股份有限公司
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/08;C08L91/06;C08K13/02;C08K3/22;C08K3/04;C08K5/098;C08K3/02;C08K5/13;C08K3/30
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

本發明提供一種礦用型石墨烯、炭黑、聚乙烯復合粒子，各組分按重量份計，包括：高密度聚乙烯100份、石墨烯0.1～2份、炭黑1～10份、阻燃劑4～15份、分散液0.5～3份、成核劑0.5～4份、增韌劑2～10份、抗氧劑0.5～4份。本發明還提供了礦用型石墨烯、炭黑、聚乙烯復合粒子的制備方法和用途。本發明制備而得的石墨烯/聚乙烯拉伸強度可達25MPa、斷列伸長率可達402％。其力學性能完全可以達到煤礦行業標準MT558.1?2005中GB/T8804?2003《熱塑性塑料管材拉伸性能測定》：拉伸強度≥9MPa、斷裂伸長率≥300％。

技術領域

本發明涉及一種高效礦用型管材材料及其制備方法，屬于高分子材料技術及加工領域。

背景技術

聚乙烯(PE)管材具有耐腐蝕性好、使用壽命長、質量輕、施工方便等優點，被廣泛應用于各個領域，尤其在煤礦業中的使用。但煤礦井下用的PE管材在防靜電和阻燃性能方面的要求極其苛刻，并且需要具有良好的機械力學性能。

目前，關于抗靜電阻燃性礦用聚乙烯管材的相關文獻也有報道。CN 104277279 A公開了一種阻燃抗靜電聚乙烯管材及其制作方法，將20wt％～40wt％的導電炭黑添加至高密度聚乙烯基體中，在偶聯劑等助劑作用下，達到抗靜電作用。高添加量炭黑導致管材拉伸及斷裂伸長率等力學性能嚴重下降，相比純PE管材而言，斷裂伸長率下降了50％～60％，需要添加適量增韌劑彌補拉伸韌性的不足。同時復材熔體黏度變高，管材擠出過程中出現扭矩過大，擠出不穩等現象。高添加量的炭黑還會使管材質重壁厚，表面粗糙，滿足不了礦用井下管材的需求；CN104151664B公開了一種用石墨烯改性的聚乙烯復合管材的制備方法，利用改性的石墨烯粉體制備出石墨烯/聚乙烯母粒，再用1-100重量份的石墨烯/聚乙烯母粒與100重量份數的聚乙烯復合管材料攪拌均勻后，加入到塑料管材擠出機中制得用石墨烯改性聚乙烯復合管材。該項技術中，首先石墨烯用大量的表面活性劑進行改性處理，處理過程采用超聲分散，再次該項技術中得到的石墨烯/聚乙烯母粒不能直接作為管材材料，需要進一步的有機高分子稀釋工藝，才可以作為管材材料。工藝過程復雜、成本高，且超聲分散由于其噪聲污染導致大規模生產受限。CN102010540B和CN102775669A分別公開了用于礦用阻燃聚乙烯的抗靜電組成物和可膨脹阻燃型煤礦井下用聚乙烯管材，兩篇專利利用石墨分別作為導電填料和阻燃劑，所制備的抗靜電和阻燃性符合礦用標準，缺陷是添加量較大，性能提升不明顯；CN104262740A公開了一種高密度聚乙烯管材，利用螺桿擠出機制備出石墨烯粉體改性的高密度聚乙烯管材，但是高品質的石墨烯粉體比表面積較大，密度小，且其石墨烯的添加量較大，直接螺桿擠出共混石墨烯粉體不易加入塑料體系中，造成分散較差，最終生產的管材的表面電阻在1.0×10⁶Ω以上，不符合煤礦用管材標準。

石墨烯(Graphene)嚴格的定義是一種由碳原子以sp²雜化方式形成的二維平面結構。隨著石墨烯生產制備中工藝的不同，以及為了實現在工藝中得到不同性能的石墨烯產品，本公開中的石墨烯C原子上可能會接有極少量的含氧基團，或者由多層二維平面結構的石墨烯堆疊在一起形成的多層結構的石墨烯產品。石墨烯是目前已知室溫下導電最好的材料，其電子遷移率可達到2×10⁵cm²/V·s，約為硅中電子遷移率的140倍，電阻率可達10^-8Ω·m，比銅和銀更低。石墨烯比傳統導電填料具有更加優異的電學性能，將其作為新型導電填料引入粉末涂料，勢必可以制備導電性能更加優異的導電粉末涂料。

現有技術中所列明的技術內容僅代表發明人所掌握的技術，并不理所當然被認為是現有技術而用于評價本發明的新穎性和創造性。

發明內容

本發明的目的在于針對上述問題，提供一種石墨烯添加量小、成本低的礦用型石墨烯、炭黑、聚乙烯復合粒子及其制備方法。

本發明的另一目的是提供用上述粒子直接擠壓成材的礦用型石墨烯、炭黑、聚乙烯復合管材及其制備方法。