本发明涉及pvc-o管材技术领域，具体涉及一种煤矿用pvc-o管材及其制备方法。
背景技术：
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
双轴取向聚氯乙烯(pvc-o)管材一般是对采用挤出方法生产的pvc-u坯管进行轴向拉伸和径向拉伸，使管材中的pvc长链分子在双轴向规整排列，获得高强度、高韧性、高抗冲、抗疲劳的新型pvc管材，性能远优于pvc-u管材，开发pvc-o管材，可以大大节约原材料资源、降低成本、提高产品性能，具有明显的经济效益和社会效益。
由于pvc-o管材在生产过程中需要进行双向拉伸，所以pvc-u坯管必须具备良好的韧性和塑化程度。而pvc树脂本身不具备抗静电的功能，为达到煤矿用塑料管材标准，需要在pvc树脂中加入导电剂和协同阻燃剂进行功能改性处理，传统的导电剂主要为超导电炭黑，其需要添加10％-30％才可以达到表面电阻≤1*106ω的标准要求，协同阻燃剂的添加量为4％左右，而改性剂的添加量超过15％时会严重降低pvc制品的力学性能，导致现有矿用pvc管材存在韧性差、低温时脆性，无法保证长期使用性能，更无法进行双向拉伸而生产煤矿用pvc-o制品。
碳纳米管材料因其本身的惰性、分子极性小，直接添加使用于极性pvc材料中不容易分散，需要通过提前对碳纳米管材料进行预分散，进行表面处理后形成碳纳米管复合材料，以实现碳纳米管材料在pvc产品中的良好分散，保证pvc混合物的物理力学性能。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种煤矿用pvc-o管材及其制备方法。
为了解决以上技术问题，本发明的一个或多个实施例提供的技术方案如下：
本发明的一方面提供一种煤矿用pvc-o管材，其导电剂为多壁碳纳米管或碳纳米管复合材料。
本发明的另一方面提供所述煤矿用pvc-o管材的制备方法，包括如下步骤：
将管材配方中的各个组分充分混合、浸润，当混合物温度升高至设定温度后，将混配物投入冷混机中进行冷却，降温后通过双螺杆挤出机挤出，得到坯管；
将真空定径后的坯管经加热后，再进行轴向和径向双向拉伸，冷却成型从而制得煤矿用pvc-o管材。
本发明的以上一个或多个实施例的有益效果为：
将煤矿用pvc-o管材中的导电剂由超导电炭黑替换为碳纳米管及其复合材料，使导电剂在更少添加量的基础上，具有更好的导电性能，最大程度的保留了pvc材料原有的力学性能。同时，制备的pvc-o管材在强度、抗冲击性能以及耐裂纹增长等方面达到更佳的性能。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的烘箱的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的烘箱沿图1中a-a方向的剖视图结构示意图。
其中，1、管材托架，2、箱体，3、箱体把手，4、条状红外加热区。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供一种煤矿用pvc-o管材，其导电剂为多壁碳纳米管或碳纳米管复合材料。
在一些实施例中，配方包括以下重量份的组分：聚氯乙烯树脂80-100份、多壁碳纳米管或碳纳米管复合材料1-5份、热稳定剂0.5-3份、抗冲击改性剂2-6份、润滑剂0.8-5份、功能助剂0.8-6份。
添加适量的协同阻燃剂三芳基磷酸酯和抗冲击改性剂对pvc-o管材的阻燃和力学性能进行优化，使煤矿用pvc-o管材在符合煤矿用标准mt181的条件下，也保证了取向后的pvc-o管材的应用性能。
在一些实施例中，所述聚氯乙烯树脂为以下中的至少一种：悬浮聚合法生产，牌号为s1000、sg-5。
在一些实施例中，多壁碳纳米管的管径为4-50nm，碳纳米管复合材料为在聚氨酯功能化改性的碳纳米管cnts-pu。
聚氨酯功能化改性的碳纳米管cnts-pu的制备方法为：将10％-20％的羟基功能化的碳纳米管或羧基功能化的碳纳米管分散到丁酮或二甲基甲酰胺中(其中的10％-20％是指羟基功能化的碳纳米管或羧基功能化的碳纳米管在该悬浮液中的质量百分含量，下面的1-5％、0.02-0.1％、5-10％都是指占总体系的质量百分含量)，加入1-5％二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)或甲苯二异氰酸酯(tdi)及0.02-0.1％催化剂辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡，在60-100℃反应1-2h，然后加入5％-10％的聚酯多元醇在60-100℃继续反应1-2h，过滤后用丁酮洗涤除去未接枝的成分，烘干后得到cnt-g-pu。
在一些实施例中，所述热稳定剂为以下中的至少一种：钙锌稳定剂、有机锡类稳定剂、有机锑类稳定剂、稀土稳定剂。
进一步的，所述热稳定剂为有机锡稳定剂，优选为液态有机锡稳定剂，相比较固体的热稳定剂，液态的有机锡稳定剂能够比固体的热稳定剂更好的与pvc树脂混合，有机锡稳定剂(巯基乙酸锡)可以取代聚合物上的不稳定的cl原子，使pvc树脂具有长期稳定性。有机锡稳定剂配方生产的pvc-o管材的综合性能远高于钙锌稳定剂。
在一些实施例中，所述抗冲击改性剂为以下中的至少一种：mbs、cpe、eva、acr、sbs。
抗冲击改性剂的主要作用是改善高分子材料的低温脆化，赋予其更高的韧性。
mbs是在粒子设计概念下合成的一种新型高分子材料，由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯及苯乙烯采用乳液接枝聚合法制备而成。在亚微观形态上具有典型的核壳结构，核心是1个直径为1nm-100nm的橡胶相球状核，外部是苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯组成的壳层。
cpe，是由高密度聚乙烯以氯化制得的无规则氯化物。
eva，乙烯-醋酸乙烯共聚物。
sbs，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
进一步的，所述抗冲击改性剂为mbs类抗冲改性剂。
mbs类抗冲改性剂属于粒子分散型增韧改性剂，与pvc树脂具有较好的界面相容性。可使pvc制品的抗冲击强度提高4-15倍，同时还可改善制品的耐寒性和加工流动性。
在一些实施例中，所述润滑剂为以下中的至少一种：聚乙烯蜡、液体石蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、费托蜡。
进一步的，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡。
氧化聚乙烯蜡分子链带有一定量的羰基和羟基，与极性的pvc树脂相容性良好，在pvc-o管材的加工过程中，既有极优的外部润滑性，又有较强的内部润滑作用，还对碳纳米管的分散性效果良好。
在一些实施例中，所述功能助剂为以下中的至少一种：抗氧剂、十七氟癸基三乙氧基硅烷、三芳基磷酸酯、聚合物加工助剂ppa。
ppa，是由二氟乙烯与六氟丙烯发生共聚反应制得。
进一步的，所述功能助剂为三芳基磷酸酯。在pvc树脂本身阻燃的前提下起到阻燃剂的作用，使管材的阻燃性能得到保证。
本发明的另一方面提供所述煤矿用pvc-o管材的制备方法，包括如下步骤：
将管材配方中的各个组分充分混合、浸润，当混合物温度升高至设定温度后，将混配物进行冷却，降温后通过双螺杆挤出机挤出，得到毛坯管；
将真空定径后的毛坯管经特制烘箱预热后，再进行轴向和径向双向拉伸，制得pvc-o管材。
包括如下步骤：
s1：将管材配方中的各个组分充分混合、浸润，当混合物温度升高至设定温度后，将混配物进行冷却，降温后通过双螺杆挤出机挤出，得到毛坯管，其中混配物挤出时挤出机的温度为150-190℃，模具温度设置为160-200℃。
s2：将真空定径后的毛坯管经特制烘箱预热后，烘箱预热的温度为230-360℃，分为6-10个红外线加热区对坯管进行预热，再进行轴向和径向双向拉伸，制得pvc-o管材。
所述烘箱包括箱体、管材托架和红外加热区，其中，
所述箱体为筒状结构，两端均开口，形成管材通道；
管材托架设置于箱体外部的管材通道的进口或/和出口处；
红外加热区均匀分布于箱体的内壁。
对毛坯管进行预热时，毛坯管在管材托架的支撑作用下保持在与烘箱箱体共轴的位置，有利于实现均匀加热。
将多个红外加热区均匀分布于箱体的内壁，有利于实现对毛坯管的均匀加热。为了实现该效果，每个红外加热区可以为条状，每个条状红外加热区沿箱体的轴线方向步骤，且均布于管材通道的周向，条状红外加热区的数量为6-10个，如，可以为6个、7个、8个、9个或10个。
红外加热区可以由红外加热灯管、红外加热板进行加热，如红外辐射陶瓷加热板，容易实现对覆盖面积的调节。红外加热区通过电线与外界的电源连接，实现供电。
红外加热区还可以为环状，每个环状红外加热区设置于烘箱箱体的内壁，多个红外加热区沿烘箱箱体的轴向均匀分布。
红外加热区在烘箱箱体内壁覆盖的区域不应大于烘箱箱体内壁面积的1/2，也可以在烘箱箱体的内壁完全覆盖红外加热区。
为了使管材托架达到支撑效果，管材托架可以包括支撑柱和支撑件，支撑件设置于支撑柱上，支撑柱的下端固定在地面上，支撑件的上方工作面位于毛坯管运行轨道的下方，支撑件的工作面可以为平面，也可以为弧面，以更好地与毛坯管的外壁相贴合。
实施例1
一种煤矿用pvc-o管材，由以下重量份的组分组成：聚氯乙烯树脂s-1000100份、cnt-g-pu3.5份、三芳基磷酸酯2份、acr加工助剂2.5份、mbs类抗冲改性剂4份、氧化聚乙烯蜡1.2份、硬脂酸钙1份、有机锡稳定剂1.5份、含氟加工助剂ppa0.8份和十七氟癸基三乙氧基硅烷1份。
制备方法：
1、cnt-g-pu的制备
将15％羟基功能化的碳纳米管分散到经过除水的二甲基甲酰胺中，加入3％二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)及0.05％催化剂二月桂酸二丁基锡，在85℃反应1.5h，然后加入8％的分子量3000的聚己内酯二元醇在90℃继续反应2h，过滤后用丁酮洗三次涤除去未接枝的成分，烘干后得到cnt-g-pu，备用。
2、混配：将配方各组分分别投入高速混料机中，在转速1400r/min的速度下进行混合10-15分钟，使各组分间形成充分混合、浸润，待温度升至125℃时，将混配物投入冷混机中进行冷却，待温度降至45℃时，将混配料转入料仓，备用。
3、管材成型采用在线一步成型法进行；即将步骤2混配料加入平行双螺杆挤出机进行制备矿用pvc-o坯管，经真空定径后经由第一牵引机将坯管引入烘箱进行预热，然后经由第二牵引机将坯管通过专用拉伸成型模具进行轴向和径向双向拉伸，冷却成型，从而制得煤矿用pvc-o管材。
如图1和图2所示，所述烘箱包括箱体1、管材托架1和8个条状红外加热区2，其中，所述箱体1为筒状结构，两端均开口，形成管材通道；箱体1的外壁设置有箱体把手3，便于箱体1的移动。管材托架1设置于箱体外部，位于管材通道的进口处；8个条状红外加热区2均匀分布于箱体的内壁，与箱体的轴线平行。管材托架1包括支撑柱和支撑件，支撑件设置于支撑柱上，支撑柱的下端固定在地面上，支撑件的上方工作面位于毛坯管运行轨道的下方，支撑件的工作面为弧面，更好地与毛坯管的外壁贴合。
其中挤出机温度设置为180℃，模具温度设置为190℃，烘箱温度设置为260℃。
制备得到的pvc-o管材的性能符合mt558.2-2005《煤矿井下用塑料管材第二部分：聚氯乙烯》中的要求。性能指标见表1。
实施例2
一种煤矿用pvc-o管材，由以下重量份的组分组成：聚氯乙烯树脂sg-5100份、cnt-g-pu3份、三芳基磷酸酯2份、acr加工助剂2份、mbs类抗冲改性剂3份、氧化聚乙烯蜡1份、硬脂酸钙1.1份、有机锡稳定剂1.3份和含氟加工助剂ppa0.5份。
制备方法：
1、混配：将配方各组分分别投入高速混料机中，在转速1400r/min的速度下进行混合12-15分钟，使各组分间形成充分混合、浸润，待温度升至125℃时，将混配物投入冷混机中进行冷却，待温度降至45℃时，将混配料转入料仓，备用。
2、管材成型采用在线一步成型法进行；即将步骤1混配料加入平行双螺杆挤出机进行制备矿用pvc-o坯管，经真空定径后经由第一牵引机将坯管引入特制烘箱进行预热，然后经由第二牵引机将坯管通过专用拉伸成型模具进行轴向和径向双向拉伸，冷却成型，从而制得煤矿用pvc-o管材。
其中挤出机温度设置为180℃，模具温度设置为190℃，烘箱温度设置为260℃。
制备得到的pvc-o管材的性能符合mt558.2-2005《煤矿井下用塑料管材第二部分：聚氯乙烯》中的要求。检测指标见表1.
实施例3
一种煤矿用pvc-o管材，由以下重量份的组分组成：聚氯乙烯树脂s-1000100份、多壁碳纳米管4份、三芳基磷酸酯2份、acr加工助剂2.5份、mbs类抗冲改性剂5份、氧化聚乙烯蜡2份、硬脂酸钙1.1份、有机锡稳定剂1.5份、含氟加工助剂ppa0.8份和十七氟癸基三乙氧基硅烷1份。
制备方法：
1、混配：将配方各组分分别投入高速混料机中，在转速1400r/min的速度下进行混合12-15分钟，使各组分间形成充分混合、浸润，待温度升至125℃时，将混配物投入冷混机中进行冷却，待温度降至45℃时，将混配料转入料仓，备用。
2、管材成型采用在线一步成型法进行；即通过将步骤2混配料加入平行双螺杆挤出机进行制备矿用pvc-o坯管，经真空定径后经由第一牵引机将坯管引入烘箱进行预热，然后经由第二牵引机将坯管通过专用拉伸成型模具进行轴向和径向双向拉伸，冷却成型，从而制得煤矿用pvc-o管材。
其中挤出机温度设置为180℃，模具温度设置为190℃，烘箱温度设置为260℃。
制备得到的pvc-o管材的性能指标见表1。
对比例1
一种煤矿用pvc-o管材，由以下重量份的组分组成：聚氯乙烯树脂100份、超导电碳黑16份、acr加工助剂2.5份、mbs类抗冲改性剂6.5份、聚乙烯蜡5份、硬脂酸钙1.6份、硬脂酸1份、有机锡稳定剂1.4份和硅烷偶联剂1.2份。
制备方法：
1、混配：将各配方组分分批次投入高速混料机中，在转速1400r/min的速度下进行混合5-10分钟，使各组分间形成充分混合、浸润，待温度升至125℃时，将混配物投入冷混机中进行冷却，待温度降至45℃时，输送至pvc挤出机。
2、管材成型采用在线一步成型法进行；即通过挤出机生产出矿用毛坯管，经真空定径后经由第一牵引机将坯管引入加热烘箱进行预热，然后经由第二牵引机将坯管通过专用拉伸成型模具进行轴向和径向双向拉伸，从而制得煤矿用pvc-o管材。
其中挤出机温度设置为150-185℃，模具温度设置为155-190℃，烘箱温度设置为230-360℃。
使用本配方加工的pvc-o坯管因韧性差，在进行双向拉伸工序时出现管材破裂，无法拉伸成型。坯管性能指标见表1。
表1
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种煤矿用pvc-o管材，其导电剂为多壁碳纳米管或碳纳米管复合材料。
2.根据权利要求1所述的煤矿用pvc-o管材，其特征在于：其配方包括以下重量份的组分：聚氯乙烯树脂80-100份、多壁碳纳米管或碳纳米管复合材料1-5份、热稳定剂0.5-3份、抗冲击改性剂2-6份、润滑剂0.8-5份、功能助剂0.8-6份。
3.根据权利要求1所述的煤矿用pvc-o管材，其特征在于：所述的多壁碳纳米管的管径为4-50nm的羟基功能化或羧基功能化产品，并经过聚氨酯接枝处理。
4.根据权利要求1所述的煤矿用pvc-o管材，其特征在于：所述热稳定剂为以下中的至少一种：钙锌稳定剂、有机锡类稳定剂、有机锑类稳定剂、稀土稳定剂；
优选的，所述抗冲击改性剂为以下中的至少一种：mbs、cpe、eva、acr、sbs。
5.根据权利要求1所述的煤矿用pvc-o管材，其特征在于：所述的润滑剂为以下中的至少一种：聚乙烯蜡、液体石蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、费托蜡。
6.根据权利要求1所述的煤矿用pvc-o管材，其特征在于：所述的功能助剂为以下中的至少一种：抗氧剂、十七氟癸基三乙氧基硅烷、三芳基磷酸酯、聚合物加工助剂ppa。
7.根据权利要求1所述的煤矿用pvc-o管材，其特征在于：所述热稳定剂为有机锡稳定剂，所述抗冲击改性剂为mbs类抗冲改性剂，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡，所述功能助剂为三芳基磷酸酯。
8.根据权利要求1-7任一所述煤矿用pvc-o管材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将管材配方中的各个组分充分混合、浸润，当混合物温度升高至设定温度后，将混配物进行冷却，降温后通过双螺杆挤出机挤出，得到毛坯管；
将真空定径后的毛坯管经烘箱预热后，再进行轴向和径向双向拉伸，制得pvc-o管材。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：聚氨酯接枝改性处理的碳纳米管cnt-g-pu的制备方法为：
将10％-20％的羟基功能化的碳纳米管或羧基功能化的碳纳米管分散到丁酮或二甲基甲酰胺中；
向其中加入1-5％二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯，并加入0.02-0.1％催化剂，在60-100℃反应1-2h；
然后加入5％-10％的聚酯多元醇在60-100℃继续反应1-2h，过滤后，用丁酮洗涤除去未接枝的成分，烘干后得到cnt-g-pu；
优选的，所述催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。
10.根据权利要求8或9所述的的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
s1：将管材配方中的各个组分充分混合、浸润，当混合物温度升高至设定温度后，将混配物进行冷却，降温后通过双螺杆挤出机挤出，得到毛坯管，其中混配物挤出时挤出机的温度为150-190℃，模具温度设置为160-200℃；
s2：将真空定径后的毛坯管经特制烘箱预热后，烘箱预热的温度为230-360℃，分为6-10个红外线加热区对坯管进行预热，再进行轴向和径向双向拉伸，制得pvc-o管材；
优选的，所述烘箱包括箱体、管材托架和红外加热区，其中，
所述箱体为筒状结构，两端均开口，形成管材通道；
管材托架设置于箱体外部的管材通道的进口或/和出口处；
红外加热区均匀分布于箱体的内壁。
技术总结