托辊用石墨烯改性阻燃复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，包括高密度聚乙烯、复合阻燃剂、石墨烯、抗静电剂、增韧剂、接枝剂、碳酸钙、抗氧剂、抗紫外剂和润滑剂。本发明专利技术还公开了制备方法。本发明专利技术具备高阻燃性能、高氧指数和抗静电。高氧指数和抗静电。

【技术实现步骤摘要】
托辊用石墨烯改性阻燃复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子加工
，具体而言，涉及一种托辊用石墨烯改性阻燃复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置等组成。其中托辊，是带式输送机的重要部件可以支撑输送带和物料重量，它占了一台带式输送机总成本的35％，产生了70％以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。
[0003]市场上按照材质分主要铁质托管、陶瓷托辊和塑料托辊。前两者在使用过程中暴露出了许多问题，比如铁质托辊质量大安装困难，易腐蚀远远低于设计寿命同时管理和维护需花费大量的时间；与之相比陶瓷托辊可以大大提高耐化学腐蚀性能，但是依然存在韧性差，产能低尺寸定制困难等问题。塑料托辊由于其质量轻、耐腐蚀、抗冲击、运行噪音低等显著特点，近年来已经成为托辊领域中的主流产品。
[0004]市面上常规塑料托辊最致命的缺陷在于抗静电性能和阻燃性能。因为阻燃和抗静电性能不达标使得绝大多数塑料托辊管材无法在矿井下使用。市面上所谓的阻燃托辊管材阻燃最高可达到V0级别，但是氧指数却只有≤20％。氧指数越低说明材料越容易被点燃，这就使得塑料托辊无法适用于更加严苛的易燃易爆的工作环境中。
[0005]CN102964656A公开了《一种HDPE抗静电阻燃功能母料》，该专利申请以HDPE为基材通过添加高达80份的卤素阻燃剂才能达到国标阻燃效果，同时卤素阻燃剂是有毒不环保的无法满足国家要求。CN109810346A公开了《一种环保防静电阻燃的石墨烯改性高密度聚乙烯矿用管材》，该专利申请也是利用石墨烯改性HDPE作为基材，但是该专利申请中阻燃性能级别测试中最好结果仅仅是垂直燃烧10s，离火10s内自熄。
[0006]CN1858098A公开了《一种抗静电阻燃聚乙烯组合物及其制备方法》，该专利申请中氧指数也可达到26％，但是选用的是卤素阻燃剂添加量也达到30份。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在问题中的一个或多个，本专利技术提供一种托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，各组分按照重量份数计，包括：
[0008][0009][0010]可选地，各组分按照重量份数计，包括：
[0011][0012]复合阻燃剂的添加量太低阻燃效果差，添加量太大，无机填料过多对力学影响太大；石墨烯添加量太低，阻燃和抗静电的协效性能不明显，石墨烯添加过大，石墨烯分散不均匀，导致力学性能下降且成本太高。
[0013]可选地，高密度聚乙烯分子量为40000
‑
300000，密度范围为0.9g/cm3‑
1g/cm3。
[0014]可选地，所述复合阻燃剂为微胶囊包覆红磷、磷酸酯、聚磷酸三聚氰胺(MPP)、氰脲酸盐(MCA)或氢氧化铝中的一种或多种。
[0015]优选地，所述复合阻燃剂为聚磷酸三聚氰胺和微胶囊包覆红磷的复合材料，所述聚磷酸三聚氰胺和微胶囊包覆红磷比例为(15
‑
20):(10
‑
15)，进一步优选地，所述聚磷酸三聚氰胺和微胶囊包覆红磷比例为17:13，其中，微胶囊包覆红磷基材为聚乙烯包覆，红磷含量≥85％。
[0016]可选地，所用石墨烯为粉体，BET≥220m2/g，粒径D50为≤30μm，优选地，所用石墨烯为粉体，BET为280m2/g，粒径D50为25μm，大片径小粒径的石墨烯在材料中分布的更加容易形成导电通路，同时燃烧过程中可形成致密的阻隔层降低材料燃烧过程中热释放速率已经减少材料与氧气的接触。
[0017]可选地，所述抗静电剂为石墨、碳纳米管、乙炔黑或导电炭黑中的一种或多种，选择碳材料的作为导电剂抗静电时效性强为永久性抗静电且与石墨烯相协效促进导电通路
的形成，从而减少了导电剂的添加量。
[0018]可选地，所述增韧剂为EPDM、SBS、SEBS、POE或TPU中的一种或多种。可选地，所述碳酸钙为1000～5000目，优选地，所述碳酸钙为2000目，碳酸钙作为阻燃剂的辅助添加剂，碳酸钙的含量越高同一体积内的可燃物越少，可以将可燃物在燃烧时的能量大大削减，另外，碳酸钙价格便宜，除了可以辅助阻燃外也可提降低材料成本，同时可以提高材料的尺寸稳定性。
[0019]可选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂264或抗氧剂1076中的一种或多种；优选地，所述抗紫外剂为UV531、UV770或N30中的一种或多种；优选地，所述润滑剂为芥酸酰胺、硬脂酸锌或硬脂酸钙中的一种或多种。
[0020]根据本专利技术的另一个方面，提供一种上述托辊用石墨烯改性阻燃复合材料的制备方法，包括：
[0021]将高密度聚乙烯进行磨粉备用，称量后和石墨烯，增韧剂和接枝剂一起加入高速搅拌机进行高速混合，将混合物料加入主喂料料斗中，优选地，所述高速混合的搅拌速度为300转/分钟，搅拌时间为10
‑
15min；优选地，所述将高密度聚乙烯进行磨粉备用的步骤中，高密度聚乙烯粒径不大于80。
[0022]将复合阻燃剂、抗静电剂、碳酸钙、抗氧剂、抗紫外剂和润滑剂称量后放入高速搅拌机中进行高速混合，将混合物料加入侧喂料料斗中，优选地，所述高速混合的搅拌速度为300转/分钟，搅拌时间为10
‑
15min；
[0023]主喂料斗和侧喂料斗的混合物料同时加入到双螺杆挤出机中进行挤出，得到石墨烯改性阻燃复合材料。
[0024]可选地，所述主喂料斗和侧喂料斗的混合物料同时加入到双螺杆挤出机中进行挤出步骤中，设置双螺杆挤出的参数，包括：第一段—第十段的温度分别为170
‑
200℃、180
‑
200℃、180
‑
200℃、200
‑
220℃、200
‑
220℃、200
‑
220℃、210
‑
230℃、210
‑
230℃、200
‑
220℃、200
‑
220℃，机头温度为205℃，主机转速为300
‑
400rpm，喂料速率为30
‑
40rpm。
[0025]由于托辊常处于高压、高温和大量静电的环境中，对其阻燃要求和抗静电的要求较一般环境要高。本专利技术托辊用石墨烯改性阻燃复合材料具备高阻燃性能、高氧指数(>28％)、抗静电、质量轻等优点，同时其制备方法的加工工艺简单、产能高且能满足煤炭矿井、化工等易产生爆炸的工作环境中。
[0026]本专利技术托辊用石墨烯改性阻燃复合材料能够应用于矿下托辊运输使用，和常规HDPE材料抗静电性能和阻燃性能更高，所述托辊用石墨烯改性阻燃复合材料中选用了复合型阻燃剂，该复合型阻燃剂不仅可以提高阻燃级别，同时也大大提高了复合材料的氧指数。常规托辊阻燃材料并没有氧指数的测试数据，而本专利技术的复合材料氧指数最高可达到30％。本专利技术中选择本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，其特征在于，各组分按照重量份数计，包括：2.根据权利要求1所述的托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，其特征在于，各组分按照重量份数计，包括：
3.根据权利要求1或2所述的托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，其特征在于，所述复合阻燃剂为微胶囊包覆红磷、磷酸酯、聚磷酸三聚氰胺(MPP)、氰脲酸盐(MCA)或氢氧化铝中的一种或多种，优选地，所述复合阻燃剂为聚磷酸三聚氰胺和微胶囊包覆红磷的复合材料，所述聚磷酸三聚氰胺和微胶囊包覆红磷比例为17:13，其中，微胶囊包覆红磷基材为有机树脂包覆，红磷含量≥85％，聚磷酸三聚氰胺有效成分99％以上。4.根据权利要求1或2所述的托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，其特征在于，所用石墨烯为粉体，BET≥220m2/g，粒径D50为≤30μm，优选地，所用石墨烯为粉体，BET为280m2/g，粒径D50为25μm。5.根据权利要求1或2所述的托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为石墨、碳纳米管、乙炔黑或导电炭黑中的一种或多种。6.根据权利要求1或2所述的托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，其特征在于，所述增韧剂为EPDM、SBS、SEBS、POE或TPU中的一种或多种。7.根据权利要求1或2所述的托辊用石墨烯改性阻燃复合材料，其特征在于，所述碳酸钙为1000～5000目，优选地，所述碳酸钙为200...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢卫宏，宗旭，吴昊，刘中车，田振宇，瞿研，郭国标，
申请(专利权)人：江苏江南烯元石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：