CN1058275C - 抗静电、阻燃煤矿井下塑料托辊用组合物及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
煤矿井下塑料托辊用组合物材料及其制备方法是一种用于制造煤矿井下传送带塑料托辊的组合物材料。共组成成分包括有聚氯乙烯，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅，邻苯二甲酸二辛酯，丙烯酸酯类聚合物，硬脂酸钡，硬脂酸铅，亚磷酸三苯脂，低分子量聚乙烯，碳酸钙和金属粉末。优点是用该组合物制得的托辊抗静电、抗燃烧、耐腐蚀、耐磨损、重量轻，制造方法简单可行，是一种可以代替金属托辊的理想材料。
Description
本发明涉及一种带式输送机托辊材料的改进，具体说是一种抗静电、阻燃煤矿井下塑料托辊用组合物及其制造方法。
带式输送机用托辊大部分是钢制的，价格高、重量大、无功损耗大，尤其在煤矿井下所用输送带中的托辊，由于煤矿井下潮润，锈蚀得更块，需经常更换托辊，既费材料，又费工时。
本发明目的在于克服上述技术中的缺点，提出一种制造带式输送机托辊的新材料：抗静电、阻燃煤矿井下塑料托辊用组合物及其制造方法，用这种材料制造托辊可以减轻重量、降低成本、抗腐蚀、抗冲击、耐磨损、高速运行时可以降低噪音。
本发明目的由以下技术方案来实现：该种抗静电、阻燃、煤矿井下塑料托辊用组合物，其组成成分为：
组成成分名称 组成成分含量 重量份数
聚氯乙烯(PVC) 100
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯- 8～30
苯乙烯共聚物(MBS)
三盐基硫酸铅 1～10
二盐基亚磷酸铅 1～8
邻苯二甲酸二辛酯(DOP) 1～8
丙烯酸酯类聚合物(ACR) 1～20
硬脂酸钡 0.2～5
硬脂酸铅 0.2～5
硬脂酸 0.2～5
亚磷酸三苯脂(TPP) 0.2～5
低分子量聚乙烯 0.1～3
碳酸钙 0.5～40
金属粉末 1～30
作为制造塑料托辊用材料，要求其具有许多优良性质：抗静电、阻燃、高强度、耐磨损等。选择聚氯乙烯作为本发明组合物的基料，是因为聚氯乙烯本身有许多优良的性能：难燃、耐磨、消声、消震、力学性能良好、单体来源广、制品成本低等特点，并可采用多种成型方法加工成型。聚氯乙烯是一种多组分材料，根据不同用途可以加入增塑剂、稳定剂、添加剂等。随着组分的用量不同，聚氯乙烯制品可呈现出不同的物理、力学性能。
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)是由丁苯弹性体和甲基丙烯酸甲酯及苯乙烯接技共聚得到的非晶性热塑性高聚物。低温冲击性能较好，是浅黄色粒料，悬臂梁缺口冲击强度达100～150J/m，并有良好的耐寒性，即使在-40℃仍有好的韧性；耐热性较好，制品在85～90℃仍保持足够刚性。与聚氯乙烯有良好的掺混性，作为聚氯乙烯的改性剂。改性后的聚氯乙烯可提高抗冲击强度6～15倍，并改进了耐老化性、耐寒性和加工性能。
三盐基硫酸铅和二盐基亚磷酸铅是白色粉末或淡黄色酥状体二种产品，属于铅稳定剂，耐热性能好，特别是长期热稳定性良好，具有白色颜料的性能，覆盖力大，因此耐候性也良好，价格低廉。非常适合作为聚氯乙烯的稳定剂。
邻苯二甲酸二辛酸是透明状液体、广泛用作增塑剂，具有良好的综合性能，混合性能好，增塑效率高，挥发性低，低温柔软性较好，耐热，耐候性良好，广泛用于聚氯乙烯的主增塑剂。
丙烯酸酯类聚合物作为聚氯乙烯的加工改性剂，加工时，将该两种物质混合后，采用捏和、挤出等机械共混法制造。经过共混后、抗冲击强度提高，随着丙烯酸酯类聚合物添加量的增加，其悬臂梁抗冲击强度剧增，甚至高达50倍左右。此外，耐候性，成型加工性改善。
硬脂酸钡为白色粉末，不溶于水，可作为聚氯乙烯耐热稳定剂，无硫化物污染性，作为一种耐高热的润滑剂。硬脂酸铅也是一种白色粉末，不溶于水，也是作为聚氯乙烯热稳定剂和润滑剂，用于各种不同透明软质、硬质制品。硬脂酸是白色腊状固体，用以生产聚氯乙烯皂等稳定剂、耐寒增塑剂、表面活性剂、润滑剂。
亚磷酸三苯脂是一种无色微带酚臭透明液体。在各种聚氯乙烯制品中作螯合剂，能使制品保持其透明度，并能抑制颜色的变化，同时它可以增加主稳定剂的抗氧性和光、热稳定性。
低分子量聚乙烯具有良好的化学稳定性，热稳定性和耐湿性，熔体粘度低，与石蜡及其它树脂的相容性好。作为聚氯乙烯的添加剂，可以改善其加工性能，并能作为润滑剂，改善产品表面的光滑性、光泽性和热稳定性。本发明中主要起外润滑剂作用。
碳酸钙是碳酸盐填充剂中主要的一种，其价格低廉，来源十分丰富，主要是以天然的石灰石为原料经加工而成。此外碳酸钙无毒、无刺激性、无气味、柔软；白色、折光率低、易于着色、干燥、不含结晶水，具有适用的粒度；由于在加工过程中可以发挥适当的冲刷作用，因而是一种抗结片剂，碳酸钙能中和氯离子，是聚氯乙烯次级稳定作用中的酸性接受体。在模塑和交联过程中可以减少制品的收缩率，在广宽的温度范围内是稳定的。
金属填料赋予塑料复合物以特殊性，例如可增加导热性、导电性、热容和防辐射等性能。许多优点的钢、铁、铜、铜合金、铝、锌、铅等金属粉末均可以作塑料制品的填料。在进行配方时，把填料预先干燥，常常可以提高最后产品的性能。金属与有机树脂复合时，在金属与塑料界面上，可能形成金属一有机络合物，它可起到促进剂的作用，有利于固化的进行。使其性能有所改变，降低了绝缘性能，提高了导电性，可以减少或消除该塑料材料的静电。
为了消除该组合物中的静电，也可以加入抗静电剂、金属粉末、或者采用硬脂酰胺丙基-β-羟乙基-二甲基硝酸铵(SN)，或者石墨粉，或者乙块炭黑、导电炭黑和炭黑。当选用石墨粉作为抗静电剂时，其含量为0.5-30份，当选用抗静电剂硬脂酰胺丙基-β-羟乙基-二甲基硝酸铵(SN)时，其含量为0.5-5份。
抗静电、阻燃煤矿井下塑料托辊用组合物的制造方法如下：
(1)按照以下比例称取各种组成分物质
组成成分名称 组成成分含量 重量份数
聚氯乙烯(PVC) 100
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯- 8～30
苯乙烯共聚物(MBS)
三盐基硫酸铅 1～10
二盐基亚磷酸铅 1～8
邻苯二甲酸二辛酯(DOP) 1～8
丙烯酸酯类聚合物(ACR) 1～20
硬脂酸钡 0.2～5
硬脂酸铅 0.2～5
硬脂酸 0.2～5
亚磷酸三苯脂(TPP) 0.2～5
低分子量聚乙烯 0.1～3
碳酸钙 0.5～40
金属粉末 1～30
(2)先将聚氯乙烯(PVC)，有抗静电作用的金属粉末，包括铁粉末、氧化铜粉末、铝粉末，或其中二种或三种的混合粉末，光热稳定剂、阻燃剂及内润滑剂，三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸铅、硬脂酸，在常温下依次加入高速捏合机，先低速搅拌，同时由侧料口加入液态增塑剂：邻苯二甲酸二辛脂，液态螯合剂：亚磷酸三苯脂，继续低速搅拌1.5～2分钟，
(3)高速捏合至40℃，
(4)加入碳酸钙，继续捏合至80℃，
(5)加入抗冲击改性剂丙烯酸脂类聚合物，外润滑剂：低分子量聚乙烯，
(6)继续捏合，当物理温度达到120℃±5℃时，将高速捏合机主轴转速由高速转为低速，打开捏合机排料阀门，将物料排进预先启动了的低速冷却混合机中，冷却至40℃以下时，将混合料排出，为松散状干混粉末。
(7)将松散状干混粉料过筛，将凝胶块和杂质筛出，得混合均匀的抗静电、阻燃、煤矿井下塑料托辊用组合物干混粉料。
可以将加工成的粉料直接使用粉料挤出机挤出成型，制得抗静电、阻燃、煤矿井下塑料托辊，不需将粉料经过造粒。使用双螺杆挤出机挤出成型，生产流程短，原材料受热时间短，过热分解少，制品性能优良，产出的下角废料容易加工，效率高，成本低。
由于用双螺杆挤出机挤出成型，直接用粉料，不经造粒，所以对粉粒的要求高。粉料制造过程中，要求高速捏合机具有变速功能，转速能从700～1400转/分钟范围内变动，低速混合冷搅机分散冷却物。料的能力应与高速捏合机的能力匹配，容积是高速捏合机的2倍以上。投料量应控制在高速捏合机容量的50～70％，能很快达到指定温度，生产效率高。也可以经过造粒，用注塑的方法制造，抗静电、阻燃、煤矿井下塑料托辊。用该配方和该方法还可制取其它煤矿井下抗静电抗燃烧煤矿井下塑料产品。
本发明的优点：用本发明的材料制造的输送机托辊，具有重量轻、成本低、抗腐蚀、抗冲击、耐磨损、噪音低、抗静电，尤其在煤矿井下制造带式输送机托辊，这些优点非常宝贵，大大延长了使用寿命，也不会因为静电形成的火花造成放电事故。该材料经煤炭科学院上海分院测试中心检测，各项指标均达到和超过煤炭工业部颁标准，其他指标均达到和超过国家GB93009-90的标准。测试的各项主要技术指标如下：
项目 标准 测试平均值
1、表面电阻值(欧姆) ＜5×108 2.1×107
2、阻燃(有焰)(秒) ＜3 1.67
无焰燃烧 (秒) ＜20 1.94
3、寿命试验(小时) ≥15000 合格
实施例1.
取聚氯乙烯(PVC)100公斤，甲基丙烯酸甲脂-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)10公斤，三盐基硫酸铅4公斤，二盐基性亚磷酸铅1公斤，邻苯二甲酸二辛酯(DOP)1公斤，丙烯酸脂类聚合物(ACR)3公斤，硬脂酸钡0.3公斤，硬脂酸铅0.4公斤，亚磷酸三苯脂(T.P.P)0.4公斤，低分子量聚乙烯0.1公斤，碳酸钙2公斤，基铁粉末、氧化铜粉末各1公斤共2公斤。
将所取出的聚氯乙烯、氧化铜、基铁粉末、三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸铅、硬脂酸常温下依次放入高速捏合机中，低速搅拌的同时，从侧料口加入邻苯二甲酸二辛酯、亚磷酸三苯脂，继续低速搅拌1.5～2分钟，再高速捏合至40℃后加入碳酸钙，继续捏合至捏合至80℃，加入丙烯酸酯类聚合物，低分子量聚乙烯，继续捏合，当物料温度达到120℃±5℃时，将高速捏合机主轴转速由高速转为低速后，将物料排进预先启动了的低速冷却混合机中，冷却混合至40℃±5℃时出料，为松散状干混粉料，再过筛，除去结块和异物，得到混合均匀的抗静电、阻燃、高强度塑料托辊用组合物的干混粉料。
实施例2.
取聚氯乙烯100公斤，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物15公斤，三盐基硫酸铅6公斤，二盐基亚磷酸铅4公斤，邻苯二甲酸二辛酯4公斤，丙烯酸酯类聚合物7公斤，硬脂酸钡1公斤，硬脂酸铅1公斤，亚磷酸三苯酯1公斤，低分子聚乙烯0.6公斤，碳酸钙10公斤，氧化铜粉末、铅粉末各2公斤，共4公斤。
先将聚氯乙烯、氧化铜粉末、铝粉末、三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸铅、硬脂酸在常温下依次加入高速捏合机，低速搅拌的同时，由侧料口加入邻苯二甲酸二辛酯，亚磷酸三苯酯，继续低速搅拌1.5～2分钟后，再高速捏合至40℃，加入碳酸钙，继续捏合至80℃，再加入丙烯酸酯类聚合物，低分子量聚乙烯，继续捏合，当物料温度达到120℃±5℃时，将高速捏合机全轴转速由高速转为低速，打开排料阀门，将物料排进预先启动了的低速冷却混合机中，冷却温合至40℃±5℃时出料，为松散状干混粉料，再过筛，除去结块和异物，得到混合均匀的抗静电、阻燃、高强度塑料托辊用组合物的干混粉料。
实施例3.
取聚氯乙烯80公斤，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物8公斤，三盐基硫酸铅4公斤，二盐基亚磷酸铅4公斤，邻苯二甲酸二辛酯3公斤，丙烯酸酯类聚合物5公斤，硬酯酸钡1公斤，硬脂酸铅1公斤，亚磷酸三苯酯1公斤，低分子量聚乙烯0.5公斤，碳酸钙10公斤，基铁粉、氧化铜粉、铅粉各1公斤，共3公斤。
先将聚氯乙烯、基铁粉、氧化铜粉、铝粉、三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸铅、硬脂酸在常温下依次加入高速捏合机，进行低速搅拌的同时，由侧料口加入邻苯二甲酸二辛酯，亚磷酸三苯酯，继续低速搅拌1.5～2分钟后再高速捏合至40℃，加入碳酸钙，继续捏合至80℃，再加入丙烯酸酯类聚合物，低分子量聚乙烯，继续捏合，当物料温度达到120℃±5℃时，将高速捏合机主轴转速由高速转为低速，打开排料阀门，将物料排进预先启动了的低速冷却混合机中，冷却混合至40℃时出料。为松散状干混粉料，再过筛，除去结块和异物，得到混合均匀的抗静电、阻燃、煤矿井下塑料托辊用组合物干混粉料。
Claims (4)
1、一种抗静电、阻燃、煤矿井下塑料托辊用组合物，其特征在于其组成成分为：
组成成分名称 组成成分含量 重量份数
聚氯乙烯(PVC) 100
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯- 8～30.
苯乙烯共聚物(MBS)
三盐基硫酸铅 1～10
二盐基亚磷酸铅 1～8
邻苯二甲酸二辛酯(DOP) 1～8
丙烯酸酯类聚合物(ACR) 1～20
硬脂酸钡 0.2～5
硬脂酸铅 0.2～5
硬脂酸 0.2～5
亚磷酸三苯脂(TPP) 0.2～5
低分子量聚乙烯 0.1～3
碳酸钙 0.5～40
金属粉末 1～30
2、按照权利要求1所述的抗静电、阻燃、煤矿井下塑料托辊用组合物，其特征在于抗静电剂采用金属粉末，或者采用石墨粉，或者乙炔炭黑、导电炭黑和炭黑，或者采用硬脂酰胺丙基-β-羟乙基-二甲基硝酸铵(SN)，当选用石墨粉时，其含量为0.5-30份，当采用抗静电剂硬脂酰胺丙基-β-羟乙基-二甲基硝酸铵(SN)时，其含量为0.5-5份。
3、按照权利要求1所述的抗静电、阻燃、煤矿井下塑料托辊用组合物，其特征在于金属粉末为基铁粉末、或氧化铜粉末、或铝粉末，或其中二种或三种的混合粉末。
4、一种抗静电、阻燃煤矿井下塑料托辊用组合物的制造方法，其特征在于按照以下的工艺过程生产：
(1)按照以下比例称取各种组成成分物质
组成成分名称 组成成分含量 重量份数
聚氯乙烯(PVC) 100
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯- 8～30
苯乙烯共聚物(MBS)
三盐基硫酸铅 1～10
二盐基亚磷酸铅 1～8
邻苯二甲酸二辛酯(DOP) 1～8
丙烯酸酯类聚合物(ACR) 1～20
硬脂酸钡 0.2～5
硬脂酸铅 0.2～5
硬脂酸 0.2～5
亚磷酸三苯脂(TPP) 0.2～5
低分子量聚乙烯 0.1～3
碳酸钙 0.5～40
金属粉末 1～30
(2)先将聚氯乙烯(PVC)，有抗静电作用的金属粉末及光热稳定剂、阻燃剂、内润滑剂，三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸铅、硬脂酸，在常温下依次加入高速捏合机中，低速搅拌的同时，由侧料口加入液态增塑剂邻苯二甲酸二辛酯，液态螯合剂：亚磷酸三苯酯，继续低速搅拌1.5～2分钟，
(3)高速捏合至40℃，
(4)加入先经过处理的碳酸钙，继续捏合至80℃，
(5)加入抗冲击改性剂丙烯酸酯类聚合物、氯化聚乙烯、外润滑剂，低分子量聚乙烯，
(6)继续捏合，当物料温度达到120℃±5℃时，将高速捏合机主轴转速由高速转为低速，打开排料阀门，将物料排进预先启动了的冷却混合机中，冷却混合至40℃±5℃时出料，为松散状干混粉料，
(7)过筛，除去结块和异物，得到混合均匀的抗静电、阻燃、煤矿井下塑料托辊用组合物干的混粉料。
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