超高分子量聚乙烯|超高分子量聚乙烯异型材|超高分子量聚乙烯挤出机|超高分子量聚乙烯原料

一、项目研发的目的和意义

矿用溜槽作为井下采煤活动输煤负载体，现在煤矿输送煤采用的材质为锰钢，通过焊接而成的溜槽，其存在的缺陷为：

（一）由于其为锰钢经焊接而成，焊缝易造成宽窄不等、高低不平，溜槽在运行中阻力增大，浪费能源。也容易产生沾煤现象，沾煤太厚时，有时需用停机，人工用铲铲除沾接煤，费时费力，影响工效。

（二）由于其钢制溜槽运行时，刮板和溜槽碰撞，易产生火花，因此而造成瓦斯爆炸，引起火灾，造成人员伤亡，国家财产损失，此类事故，几乎每年都有发生。

（三）采煤井下，环境恶劣，且煤化学成分复杂，含硫化物成分和松节油含量较高，还有水等对铁易产生氧化作用，造成腐蚀而报废。

（四）锰钢材质在长期使用中，其耐磨性、抗冲击性较差。

（五）现用溜槽连接部分用 燕尾板顺插法连接，同时其钢制溜槽重量过大，不便于溜槽拆迁移动，整体拆迁时，用力过大时易使联板断裂或扭曲变形而造成报废。

（六）现用溜槽运行中噪音太大。

为克服上述溜槽存在的缺陷，需要提供一种便于移动、劳动强度低且安全性能高的矿用溜槽。

二、项目的主要内容

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）因其质量轻、强度高、耐磨、耐腐蚀等优点，已在许多领域得到应用。煤矿井下使煤尘、瓦斯容易聚集的作业场所，易发生火灾和爆炸事故，要求煤矿井下使用的UHMWPE制品必须具有阻燃性和抗静电性能，因此，为确保UHMWPE制品能在煤矿井下安全使用，必须对其进行阻燃和抗静电改性。在多次试验研究的基础上确定了最佳阻燃、抗静电UHMWPE配方，并制作溜槽进行了初步应用，效果良好。

（一）煤矿用UHMWPE制品的制备

1、主要原材料的选择

（1）UHMWPE

根据使用要求选用分子量为500万以上的UHMWPE作为基体树脂。

（2）抗静电剂

抗静电剂依其防静电原理可分为两类：一类是表面活性剂，利用它的亲水基吸湿，在材料表面形成一单分子导电层，以降低材料的表面电阻；另一类市以抗静电剂内部的电子来导电，如导电纤维、金属粉、炭黑等。

（3）阻燃剂

阻燃剂根据其阻燃原理及性质可选用无机阻燃剂，选用阻燃剂进行实验时，保持UHMWPE、导电炭黑不变。

（4）配方的选择

确定煤矿用UHMWPE材料最佳配方时，除了应满足抗静电性和阻燃性能的要求以外，还应具有一定的力学性能主要是拉伸强度和冲击强度。

2、试验设备

高速混合机：GRH-200L型。

表面电阻检测仪：ZC-46型。

液压成型挤出机机：自制。

酒精喷灯：市售。

3、UHMWPE制品的成型工艺

将UHMWPE、导电炭黑、阻燃剂等在高速混合机中混合后，将其放入挤出机中挤出成型。这种挤出成型的煤矿用UHMWPE制品的各项性能均符合煤矿井下行业标准要求。

三、研发的主要过程

（一）挤出机的研发

1、本项目选用单螺杆超高分子量聚乙烯专用挤出机，并在产品试样的制作过程中进行了不断改进。

（1）更换螺杆：改变螺杆的导程、压缩比；

（2）不断摸索挤出参数；

（3）本项目通过大量的实验论证，通过改进挤出机对超高分子量聚乙烯、填料、聚合物的含量来控制制品的综合性能，通过对工艺条件的优化，得到性能优异的溜槽。

（二）最佳配方的确定

超高分子量聚乙烯是一种分子量在150万以上的线型热塑性聚合物，虽然分子结构与普通的高密度聚乙烯（HDPE）相同，当其性能却表现出很大的差异性，如在耐磨损性能，耐冲击性、自润滑性、耐低温性，无毒、抗减震、电气绝缘性等方面表现出优良的性能。目前超高分子量聚乙烯被广泛应用到机械、运输、纺织、造纸、化工、采矿、石油、建筑、医疗、体育等众多领域。但是超高分子量聚乙烯自身的可燃性及电绝缘性，并不适应直接应用于含有大 量瓦斯的环境中，如煤矿、井下及矿山等作业环境，若使用不当，则很容易产生爆炸或发生火灾。是国家煤炭行业标准对煤矿井下用双抗制品提出了更高要求。若对超高分子量聚乙烯进行改性处理，解决矿井下产生燃烧爆炸及静电的问题，且同时还能保留其自身的力学性能、自润滑性及耐磨损性等，将是矿用制品选用的重要突破。  

1、目前已有相关文献关于煤矿用超高分子量聚乙烯制品开发方面的报道，

（1）将流动改性剂、聚苯醚、澳系阻燃剂、阻燃协效剂、抗静电组分、偶联剂、相容剂和抗氧剂添加到超高分子量聚乙烯中，经过造粒挤出工艺，制备出超高分子量聚乙烯双抗材料，并不能够满足行业标准要求。

（2）采用分子量为80-250万单位的聚乙烯60-70份，高温阻燃母料8-10份，耐温抗静电母料20-30份，聚乙烯蜡2-6份，通过挤出成型制备出煤矿井下用聚乙烯制品，文献中虽然给出了部分力学性能数据，但没有给出阻燃数据，其阻燃性能不能确定。以分子量300-350万超高分子量聚乙烯与抗静电材料，经开炼机混炼形成混合物，再加入填充材料、新型溴系复配阻燃剂、添加适量的流动改性剂、偶联剂、增容剂、抗氧剂，最后通过双螺杆挤出机挤出制得，文献虽然给出缺口冲击、拉伸强度、阻燃和抗静电性能等参数，但没有给出断裂伸长率数据，而且其 表 面电 阻 在 2 × 1 0 1 0 以 上 ，并 不 能 满 足 矿 用管 材 抗 静电 要 求 。将超高分子量聚乙烯75-125份，聚乙烯蜡1份-6份，石墨0 .5-3份，纳米瓷 粉1-8份，抗静电剂0 .5-3 .5份，阻燃剂1-4份，经过配料、混合、加热、挤压、冷却、定型及切割等一系列工序制得纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料制品，文献中并没有给出阻燃抗静电及力学性能的测试数据，改性的效果并不明确。  

（二）针对以上问题，本项目目标是提供一种矿用增强超高分子量聚乙烯双抗溜槽制备方法，该溜槽材强度高、质轻、阻燃、防静电、自润滑性好等优点特性。 

为实现上述目的，包括以下步骤： 

1、按下述组成原料的质量份： 

超高分子量聚乙烯粉末、碳纤维、偶联剂、增容剂、润滑剂、无卤阻燃剂、抗静电剂、流动改性剂、成核剂；抗氧剂、过氧化物、填料。 

2、双抗溜槽的成型 

将上述预混物料加入到超高分子量聚乙烯专用挤出机中挤出，经闭环定型、冷却、切割，得到增强超高分子量聚乙烯双抗溜槽。