煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材及其制备方法。煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材包括以下重量份的组分：60‑80份高密度聚乙烯、13‑18份改性超高分子量聚乙烯、8‑10份润滑剂、4‑8份耐腐蚀改性剂、5‑10份偶联剂、6‑10份阻燃剂、12‑17份聚乙烯纤维、6‑10份增强填充剂、5‑10份空心玻璃微珠；润滑剂由以下组分混合制成：氮化硼、玻璃酸钠、聚乙烯蜡、1‑3份乙基纤维素和硅油；耐腐蚀改性剂由以下组分经混合、研磨制成：聚四氟乙烯、硅藻土、碳化硅、二氧化钛。本发明专利技术的煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材具有自润滑性和耐腐蚀性好，不易结垢且输送能力强的优点。

Self-lubricating High Density Polyethylene Pipe for Coal Mine and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材及其制备方法
本专利技术涉及煤矿用管材
，更具体地说，它涉及一种煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材及其制备方法。
技术介绍
矿用输送管是指在矿井中供排水、通风、注浆、排瓦斯等输送管道，在60年代，国外曾采用硬质PVC作为输送的管道，但是由于低温性能差，易破碎，耐磨性不佳。70年代后，逐步被HDPE管所取代，由于HDPE管具有耐腐蚀、低温韧性好，使用温度达-40℃以下，抗蠕变性能好，使用寿命长，从而被广泛使用。现有技术中，申请号为201811306079.5的中国专利技术专利文件中公开了一种高密度聚乙烯HDPE波纹管及其制备方法，由以下原料按重量分制备而成：HDPE/氧化石墨烯/碳酸钙改性复合材料100-120份，玻璃纤维20-40份，氧化铝15-30份，聚乙烯蜡10-15份，抗氧剂5-10份，玄武岩5-10份，二氧化硅1-5份，膨润土1-5份，润滑剂1-5份，过氧化苯甲酰2-7份，季戊四醇2-6份，偶联剂1-3份。现有的这种高密度聚乙烯波纹管力学性能和柔韧性好，抗老化能力强，但是在煤矿中用于输送水时，因为管材的粗糙度较大，使得水在管道内流动时阻力较大，管材的输送能力较差，且煤矿排放水内硫、钙和磷等离子的含量较高，容易在管材内堆积结垢，并腐蚀管材，因此研制一种自润滑性和耐腐蚀性好，不易结垢且输送能力强的高密度聚乙烯管材是需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材，其具有自润滑性和耐腐蚀性好，不易结垢且输送能力强的优点。本专利技术的第二个目的在于提供一种煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材的制备方法，其具有制备方法简单，易于操作的优点。为实现上述第一个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材，包括以下重量份的组分：60-80份高密度聚乙烯、13-18份改性超高分子量聚乙烯、8-10份润滑剂、4-8份耐腐蚀改性剂、5-10份偶联剂、6-10份阻燃剂、12-17份聚乙烯纤维、6-10份增强填充剂、5-10份空心玻璃微珠；所述润滑剂由以下重量份的组分混合制成：4-7份氮化硼、2-5份玻璃酸钠、6-10份聚乙烯蜡、1-3份乙基纤维素和6-10份硅油；所述耐腐蚀改性剂由以下重量份的组分经混合、研磨制成：3-6份聚四氟乙烯、2-5份硅藻土、1-3份碳化硅、4-7份二氧化钛。通过采用上述技术方案，由于润滑剂中氮化硼是六方晶系结晶，具有抗化侵蚀性，不被无机酸侵蚀，氮化硼的摩擦系数小，润滑性能好，乙基纤维素能耐酸碱溶液的侵蚀，与高密度聚乙烯具有良好的相容性，与玻璃酸钠相互配合，具有良好的润滑性，聚乙烯蜡和硅油能够改善高密度聚乙烯和改性高潮分子量聚乙烯的流动性；耐腐蚀改性剂中的聚四氟乙烯具有最佳的耐腐蚀和不老化性，碳化硅具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性以及抗氧化性，碳化硅能够在空气中形成二氧化硅保护层，使得管材的耐酸碱性能提高，二氧化钛和硅藻土均具有优良的耐腐蚀性能，能够提高管材的耐腐蚀效果，且二氧化钛和硅藻土具有较好的增强作用，能够解决高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯混合后，管材力学性能降低的问题。改性超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯混合，作为管材的基体树脂，经过改性的超高分子量聚乙烯不仅具有超强的耐磨性、自润滑性、化学稳定性和抗老化性，而且它的弯曲强度、蠕变性能、表面硬度、刚度和热变形温度得到改善，改性后的超高分子量聚乙烯与润滑剂相互协同，可降低管材的摩擦系数，从而进一步提高管材的自润滑性；聚乙烯纤维的强度高、密度低，且与高密度聚乙烯的相容性好，能增强高密度聚乙烯管材的弯曲强度和韧性，空心玻璃微珠的是微米级的空心球体，具有质轻，低导热和良好的化学稳定性等有点，混合于管材原料中，球形的空心玻璃微珠流动性好，能够增加管材的熔融流动性，从而提高管材的自润滑性，同时空心玻璃微珠的耐腐蚀性能好，能够使管材具有较强的耐腐蚀性，使用寿命较长，润滑剂和耐腐蚀添加剂与各组分相互协同，使得高密度聚乙烯管材的自润滑性较好，管材内壁较为光滑，输送流体时，流体阻力较小，输送能力较强，且不易堆积水垢，耐耐腐蚀性能提高，使用寿命较长。进一步地，所述改性超高分子量聚乙烯由以下方法制成：将2-4份石墨烯、1-3份鳞片石墨和3-5份滑石粉混合，加入5-8份超高分子量聚乙烯，加热并搅拌，加热至80-100℃，搅拌转速为2000-3000r/min，搅拌时间为3-6h，加入2-5份双环戊二烯树脂，混合均匀后，挤出、造粒。通过采用上述技术方案，由于石墨烯和鳞片石墨具有片层结构，相邻的片层能够发生滑动，滑石粉具有易分裂成鳞片的趋向和特殊的润滑性，使用石墨烯、鳞片石墨和滑石粉对超高分子量聚乙烯进行改性，不仅能够提高超高分子量聚乙烯的自润滑性，还能提高其表面硬度、蠕变性和弯曲强度。进一步地，所述润滑剂的制备方法如下：将聚乙烯蜡加热至104-130℃熔融，依次加入硅油、氮化硼、玻璃酸钠和乙基纤维素，混合搅拌均匀后，冷却，制得润滑剂。通过采用上述技术方案，首先将聚乙烯蜡加热熔化，加入剩余物质，可使各组分在聚乙烯蜡熔体中分散均匀，使制得的润滑剂性能较好。进一步地，所述超高分子量聚乙烯的分子量为350-500万，高密度聚乙烯的熔融指数为0.2-10。通过采用上述技术方案，使用分子量为350-500万的超高分子量聚乙烯与熔融指数为0.2-10的高密度聚乙烯混合，能够有效阻止机械性能的下降。进一步地，所述耐腐蚀改性剂的粒径为0.2-0.5μm。通过采用上述技术方案，耐腐蚀改性剂的粒径较小，可便于耐腐蚀改性剂与高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等原料混合均匀，使制得的高密度聚乙烯管材的耐腐蚀效果更好。进一步地，所述阻燃剂为红磷、三氧化二锑和钙基膨润土中的一种或几种的组合物。通过采用上述技术方案，红磷是有机无卤阻燃剂，具有优良的热稳定性、不挥发性、不产生腐蚀性气体，阻燃效果好，使用过程中无毒，三氧化二锑与钙基膨润土具有良好的协同效果，可使得阻燃效果更好。进一步地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂NDZ-201、铝酸酯偶联剂DL-411和硅烷偶联剂KH-570中的一种。进一步地，所述增强填充剂为质量比为1:(0.8-10):(0.8-1)的聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的混合物。为实现上述第二个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材的制备方法，包括以下步骤：S1、将高密度聚乙烯、润滑剂和耐腐蚀改性剂混合后在双螺杆挤出机中共混造粒，双螺杆挤出机的各段温度为200-250℃，螺杆转速为20-35r/min，制得预处理料；S2、将预处理料与改性超高分子量聚乙烯、聚乙烯纤维和空心玻璃微珠在150-280℃下混合2-3h，制得半混料；S3、将半混料与增强填充剂、阻燃剂和偶联剂加入高混机中，高混机的转速为1500-1800r/min，混合3-6min，得到混合料，将混合料加入挤出机中挤出成型，设置挤出机螺杆转速为20-60r/min，牵引速度为0.5-10m/min，经挤出机挤出、冷却、定型，即得成品。通过采用上述技术方案，首先将高密度聚乙烯熔融，使得润滑剂、耐腐蚀改性剂与高密度聚乙烯混合均匀，并将其挤出造粒，再加入超高分子量聚乙烯、聚乙烯纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材，其特征在于，包括以下重量份的组分：60‑80份高密度聚乙烯、13‑18份改性超高分子量聚乙烯、8‑10份润滑剂、4‑8份耐腐蚀改性剂、5‑10份偶联剂、6‑10份阻燃剂、12‑17份聚乙烯纤维、6‑10份增强填充剂、5‑10份空心玻璃微珠；所述润滑剂由以下重量份的组分混合制成：4‑7份氮化硼、2‑5份玻璃酸钠、6‑10份聚乙烯蜡、1‑3份乙基纤维素和6‑10份硅油；所述耐腐蚀改性剂由以下重量份的组分经混合、研磨制成：3‑6份聚四氟乙烯、2‑5份硅藻土、1‑3份碳化硅、4‑7份二氧化钛。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材，其特征在于，包括以下重量份的组分：60-80份高密度聚乙烯、13-18份改性超高分子量聚乙烯、8-10份润滑剂、4-8份耐腐蚀改性剂、5-10份偶联剂、6-10份阻燃剂、12-17份聚乙烯纤维、6-10份增强填充剂、5-10份空心玻璃微珠；所述润滑剂由以下重量份的组分混合制成：4-7份氮化硼、2-5份玻璃酸钠、6-10份聚乙烯蜡、1-3份乙基纤维素和6-10份硅油；所述耐腐蚀改性剂由以下重量份的组分经混合、研磨制成：3-6份聚四氟乙烯、2-5份硅藻土、1-3份碳化硅、4-7份二氧化钛。2.根据权利要求1所述的煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材，其特征在于，所述改性超高分子量聚乙烯由以下方法制成：将2-4份石墨烯、1-3份鳞片石墨和3-5份滑石粉混合，加入5-8份超高分子量聚乙烯，加热并搅拌，加热至80-100℃，搅拌转速为2000-3000r/min，搅拌时间为3-6h，加入2-5份双环戊二烯树脂，混合均匀后，挤出、造粒。3.根据权利要求1所述的煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材，其特征在于，所述润滑剂的制备方法如下：将聚乙烯蜡加热至104-130℃熔融，依次加入硅油、氮化硼、玻璃酸钠和乙基纤维素，混合搅拌均匀后，冷却，制得润滑剂。4.根据权利要求1所述的煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的分子量为350-500万，高密度聚乙烯的熔融指数为0.2-10。5.根据权利要求1所述的煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材，其特征在于，所述耐腐蚀改性剂的粒径为0.2-0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光权，柴亦江，蔡大兴，
申请(专利权)人：杭州久阳塑胶管业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33