一种石墨烯改性的煤矿用整芯阻燃输送带及其制备方法与流程

1.本发明涉及煤矿用输送带技术领域，具体为一种石墨烯改性的煤矿用整芯阻燃输送带及其制备方法。


背景技术：

2.煤矿用整芯输送带主要材质为聚氯乙烯，现有技术制备得到聚氯乙烯/石墨烯材料混合物的工艺比较繁琐，或者涉及到有机溶剂的使用和脱除，使得制备过程不环保，并且除原位聚合法外，溶液共混法和熔融共混法得到的混合物中聚氯乙烯分子链与石墨烯材料之间只有范德华力，相互作用力较弱，容易造成石墨烯材料在聚氯乙烯中分散不均匀，从而难以达到理想的物理力学和电学性能改性效果，在实际应用中受到很大限制。更进一步，目前的这三种方法均不能实现高石墨烯材料质量分数的聚氯乙烯复合材料制备，一般来说，这三种方法制备的复合材料中石墨烯材料的质量分数不超过3％，继续提高石墨烯材料含量时，由于石墨烯的长径比大而发生缠绕，或石墨烯层间发生堆叠，造成石墨烯材料在聚氯乙烯中分散不匀，且加工性能急剧下降，无法制备出所需的聚氯乙烯复合材料，或者制备出的聚氯乙烯复合材料的物理力学或电学性能达不到预期目标，不能实现本发明的目的。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯改性的煤矿用整芯阻燃输送带及其制备方法，解决了聚录乙烯分散难、不能使聚录乙烯良好改性和整芯阻燃输送带不具有良好的物理特性问题。
5.(二)技术方案
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种石墨烯改性的煤矿用整芯阻燃输送带及其制备方法，包括以下步骤：
7.s1.将石墨烯与助分散剂/偶联剂混合均匀，使得石墨烯表面均包覆有助分散剂/偶联剂，助分散剂/偶联剂是指能够与石墨烯形成化学键或较强范德华力作用，如π-π共轭作用的物质，这些物质包括但不限于：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、铬络合物偶联剂、乙二醇辛基苯基醚、聚苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐或者羧甲基纤维素钠等。分散剂一般分为无机分散剂和有机分散剂两大类。常用的无机分散剂有硅酸盐类和碱金属磷酸盐类(例如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等)。有机分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等；助分散剂/偶联剂的作用在于可以促进石墨烯在聚氯乙烯中的分散，防止出现碳纳米材料的再次团聚，提高接枝性能；为了使助分散剂/偶联剂均匀包覆在石墨烯表面，有时需要使用溶剂将助分散剂/偶联剂溶解制成浓度为5～20％的溶液，浓度过低，使用溶剂较多，造成学浪费；
8.s2.将步骤s1得到的包裹有助分散剂/偶联剂的石墨烯3-20份与聚氯乙烯100-150
份、丁腈橡胶3-20份、增塑剂40-80份、阻燃剂10-30份、稳定剂1-3份在高速混合机中均匀混合，在80-120℃排料，得到混合料；
9.s3.将步骤s2得到的混合料以10～300kg/h的速率加入到以10～45转/min转动的单螺杆或双螺杆塑料造粒机中，加入混合料通过机身90-170℃造粒即得到石墨烯接枝聚氯乙烯颗粒；
10.s4.将s3中石墨烯接枝聚氯乙烯颗粒造好的颗粒输送带整芯输送进带挂胶生产的两台大型挤出机上，机身温度90-170℃，模具温度为165-190℃，通过两台挤出机对挤，胶片涂覆在塑化好的输送带基带上，面胶厚度可为1-5mm；
11.s5.将步骤s4通过挤出模具，生产宽度为500-2000mm的石墨烯接枝聚氯乙烯的煤矿整芯阻燃输送带。
12.优选的，所述助分散剂/偶联剂的质量是石墨烯质量的10％～50％。
13.优选的，所述s3中石墨烯接枝聚氯乙烯颗粒的表面的自由基或活性基团与聚氯乙烯发生接枝反应，形成聚氯乙烯接枝石墨烯。
14.优选的，所述s3中两台大型挤出机参数可以调节为：长径长可为90*25、90*28或120*28、150*28。
15.优选的，所述s3中的塑化好的输送带基带可以为聚酯混纺棉纱材质且聚酯和棉纱混合配比可以为10：(1-200)。
16.优选的，所述石墨烯是指单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管及其羧基化、羟基化或氨基化改性衍生物；
17.单层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯及其氧化、羧基化、羟基化或氨基化改性衍生物。
18.(三)有益效果
19.本发明提供了一种石墨烯改性的煤矿用整芯阻燃输送带及其制备方法。
20.具备以下有益效果：
21.1、本发明通过加入助分散剂/偶联剂，通过单螺杆或双螺杆塑料造粒机造粒，可以使石墨烯接枝到聚氯乙烯，从而达到改性，解决了石墨烯在聚氯乙烯中加工分散困难的问题。
22.2、本发明通过石墨烯改性的聚氯乙烯用在煤矿用整芯阻燃输送带上，极大的改善了耐撕裂、耐冲击耐刮碰等物理性能，达到永久抗静电效果，使输送带的使用寿命提高一倍以上。
23.3、本发明通过实现聚氯乙烯与石墨烯的均匀混合，不但明显改善石墨烯在聚氯乙烯中的分散程度，而且可以显著地提高聚氯乙烯中石墨烯的质量分数，进而改善聚氯乙烯的耐撕裂、耐冲击等物理力学性能和电学性能。
24.4、本发明通过石墨接枝改性的煤矿整芯阻燃输送带，与传统同类产品相比，具有耐撕裂性高，耐磨性，耐冲击等物理性能提高50％以上，达到永久抗静电效果，接头使用寿命提高了一倍以上。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例一：
27.本发明实施例提供一种石墨烯改性的煤矿用整芯阻燃输送带及其制备方法，包括以下步骤：
28.s1.将石墨烯与助分散剂/偶联剂混合均匀，使得石墨烯表面均包覆有助分散剂/偶联剂；
29.s2.将步骤s1得到的包裹有助分散剂/偶联剂的石墨烯3份与聚氯乙烯100份、丁腈橡胶3份、增塑剂40份、阻燃剂10份、稳定剂1份在高速混合机中均匀混合，在80℃排料，得到混合料，助分散剂/偶联剂是指能够与石墨烯形成化学键或较强范德华力作用，如π-π共轭作用的物质，这些物质包括但不限于：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、铬络合物偶联剂、乙二醇辛基苯基醚、聚苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐或者羧甲基纤维素钠等。分散剂一般分为无机分散剂和有机分散剂两大类。常用的无机分散剂有硅酸盐类(例如水玻璃)和碱金属磷酸盐类(例如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等)。有机分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等；助分散剂/偶联剂的作用在于可以促进石墨烯在聚氯乙烯中的分散，防止出现碳纳米材料的再次团聚，提高接枝性能；为了使助分散剂/偶联剂均匀包覆在石墨烯表面，有时需要使用溶剂将助分散剂/偶联剂溶解制成浓度为5～20％的溶液，浓度过低，使用溶剂较多，造成学浪费；
30.s3.将步骤s2得到的混合料以10kg/h的速率加入到以10转/min转动的单螺杆或双螺杆塑料造粒机中，加入混合料通过机身90℃造粒即得到石墨烯接枝聚氯乙烯颗粒，将得到的包裹有助分散剂/偶联剂的石墨烯与聚氯乙烯、阻燃剂、稳定剂等在高速混合机中均匀混合，先低速搅拌5分钟；再高速混合8分钟，然后排料，包裹有助分散剂/偶联剂的石墨烯的质量是聚氯乙烯质量的1％；得到的混合料以10kg/小时的速率加入到单螺杆或双螺杆塑料造粒机中；加工温度为90℃，做成预混颗粒；直至达到要求，即得到石墨烯接枝聚氯乙烯；
31.s4.将s3中石墨烯接枝聚氯乙烯颗粒造好的颗粒输送带整芯输送进带挂胶生产的两台大型挤出机上，机身温度90℃，模具温度为165℃，通过两台挤出机对挤，胶片涂覆在塑化好的输送带基带上，面胶厚度可为1mm；
32.s5.将步骤s4通过挤出模具，生产宽度为500mm的石墨烯接枝聚氯乙烯的煤矿整芯阻燃输送带。
33.助分散剂/偶联剂的质量是石墨烯质量的10％。
34.s3中石墨烯接枝聚氯乙烯颗粒的表面的自由基或活性基团与聚氯乙烯发生接枝反应，形成聚氯乙烯接枝石墨烯。
35.s3中两台大型挤出机参数可以调节为：长径长可为90*25、90*28。
36.优选的，s3中的塑化好的输送带基带可以为聚酯混纺棉纱材质且聚酯和棉纱混合配比可以为10：20。
37.石墨烯是指单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管及其羧基化、羟基化或氨基化改性衍生物；
38.单层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯及其氧化、羧基化、羟基化或氨基化改性衍生物。
39.实施例二：
40.本发明实施例提供一种石墨烯改性的煤矿用整芯阻燃输送带及其制备方法，包括以下步骤：
41.s1.将石墨烯与助分散剂/偶联剂混合均匀，使得石墨烯表面均包覆有助分散剂/偶联剂，通过石墨接枝改性的煤矿整芯阻燃输送带，与传统同类产品相比，具有耐撕裂性高，耐磨性，耐冲击等物理性能提高50％以上，达到永久抗静电效果，接头使用寿命提高了一倍以上；
42.s2.将步骤s1得到的包裹有助分散剂/偶联剂的石墨烯20份与聚氯乙烯150份、丁腈橡胶20份、增塑剂80份、阻燃剂30份、稳定剂3份在高速混合机中均匀混合，在120℃排料，得到混合料，通过加入助分散剂/偶联剂，通过单螺杆或双螺杆塑料造粒机造粒，可以使石墨烯接枝到聚氯乙烯，从而达到改性，解决了石墨烯在聚氯乙烯中加工分散困难的问题；
43.s3.将步骤s2得到的混合料以300kg/h的速率加入到以45转/min转动的单螺杆或双螺杆塑料造粒机中，加入混合料通过机身170℃造粒即得到石墨烯接枝聚氯乙烯颗粒；
44.s4.将s3中石墨烯接枝聚氯乙烯颗粒造好的颗粒输送带整芯输送进带挂胶生产的两台大型挤出机上，机身温度170℃，模具温度为190℃，通过两台挤出机对挤，胶片涂覆在塑化好的输送带基带上，面胶厚度可为5mm；
45.s5.将步骤s4通过挤出模具，生产宽度为2000mm的石墨烯接枝聚氯乙烯的煤矿整芯阻燃输送带。
46.助分散剂/偶联剂的质量是石墨烯质量的50％。
47.s3中石墨烯接枝聚氯乙烯颗粒的表面的自由基或活性基团与聚氯乙烯发生接枝反应，形成聚氯乙烯接枝石墨烯。
48.s3中两台大型挤出机参数可以调节为：长径长可为120*28、150*28。
49.s3中的塑化好的输送带基带可以为聚酯混纺棉纱材质且聚酯和棉纱混合配比可以为10：30。
50.石墨烯是指单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管及其羧基化、羟基化或氨基化改性衍生物；
51.单层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯及其氧化、羧基化、羟基化或氨基化改性衍生物；
52.实施例三：
53.本发明实施例提供一种石墨烯改性的煤矿用整芯阻燃输送带及其制备方法，包括以下步骤：
54.s1.将石墨烯与助分散剂/偶联剂混合均匀，使得石墨烯表面均包覆有助分散剂/偶联剂；
55.s2.将步骤s1得到的包裹有助分散剂/偶联剂的石墨烯1份、增塑剂40份、阻燃剂10份、稳定剂1份与聚氯乙烯、粉末橡胶等在高速混合机中均匀混合，在80-120℃排料；
56.s3.将步骤s2得到的混合料加入到单螺杆或双螺杆塑料造粒机中，混合料通过90-170℃造粒即得到石墨烯接枝聚氯乙烯。该方法通过的方法实现聚氯乙烯与石墨烯的均匀
混合，不但明显改善石墨烯在聚氯乙烯中的分散程度，而且可以显著地提高聚氯乙烯中石墨烯的质量分数，进而改善聚氯乙烯的耐撕裂、耐冲击等物理力学性能和电学性能；
57.s4.将造好的颗粒再经过两台挤出机涂覆在煤矿用整芯阻燃带基带上，胶片厚度1-5mm,宽度500-2000mm,从而较大的提高pvc/pvg煤矿整芯输送带的性能。改性后的输送带具有良好的导电性，耐撕裂性、抗冲击性、耐刮碰耐磨性均提高50％以上。
58.s5.将石墨烯与助分散剂/偶联剂在混合机混合均匀，使得石墨烯表面均包覆有助分散剂/偶联剂；助分散剂/偶联剂的质量是基本份的1～5％；具体操作的时候。
59.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。