具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材的製作方法
2023-05-21 13:43:06 1
專利名稱：具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材的製作方法
技術領域：
本發明屬於工程部件之領域，尤其涉及一種適用於在易燃易爆場所輸送各種流體介質的管材。
背景技術：
目前用於輸送流體(氣體或液體)的管材通常為實壁管。
而在煤礦等礦山壓風、噴漿、抽排瓦斯以及供排水使用的管道，均採用鑄鐵管、鍍鋅管，由於煤礦等井下空間狹窄、黑暗潮溼、酸鹼鹽腐蝕嚴重等特殊使用環境，使管道的安裝、維修極不方便，增加了安裝維修的勞動強度，且在井下鑄鐵管、鍍鋅管易鏽蝕，使用壽命大大縮短，增加了使用成本，降低了生產效率，並給安全生產留下了極大的不安全隱患，加上其單位長度重量大、不易安裝、施工勞動強度大等缺點，故鋼管或鑄鐵管有被實壁塑料管所代替的趨勢。
但實壁塑料管由於材料的強度、管材整體的環剛度等結構方面問題所限，其管壁亦不能做的太薄，這一點對於大口徑(Φ＞200mm)的管材尤為突出，否則在管道受壓(包括正壓或負壓)情況下會導致管材之管壁變形或破損，影響使用效果，給生產的安全、穩定進行帶來隱患，對人身或設備安全造成危害。
如果增加實壁塑料管管壁的厚度，又帶來了管材整體重量增加、安裝使用不便、一次性投入費用過高、不易被用戶所接受等等諸多問題。
管材的強度通常採用環剛度來表示。
國際標準ISO對於環剛度S的定義是(參見ISO9967 Annex A)S=EID3]]>其中E-材料的彈性模量，I-慣性矩，D-管環的平均直徑。
為了增強塑料管的環剛度，公告日為2004年10月20日，公告號為CN 2649902Y的中國專利中公開了一種「小口徑方型塑料管及高強度大口徑塑料管」，該小口徑方型塑料管為中空結構，管壁中嵌有金屬片或者金屬網；該大口徑塑料管由小口徑方型塑料管螺旋纏繞並聯結而成。其解決問題的思路是通過管壁中鑲嵌金屬片或者金屬網，提高管材的抗壓強度，通過增加管壁的彈性模量E來增大其環剛度S，進而達到提高管材抗壓強度的目的。但是，該技術方案仍然沒有解決大口徑中空結構壁塑料管的阻燃和抗靜電問題，不能滿足在易燃易爆場所輸送各種流體介質的要求，影響管材使用的安全性，採用金屬材料來增強管壁的環剛度雖然有效，但實際使用中發現，鑲嵌有金屬材料的管材使用時間達到5～7年以後，金屬材料部分的表面會發生鏽蝕，會導致其與非金屬部分的結合強度下降，所制出的管材強度仍然無法完全滿足實際使用之安全性和耐久性(井下安全設備通常要求30～50年的使用壽命)的需要。
此外，由於包括鋁塑複合管在內的各種塑料管材所使用的塑料是富含碳和氫的合成有機材料，因而是可燃的；同時，塑料又具有高電阻性能，致使其帶有大量的靜電荷。而煤礦等礦山井下在生產過程中易產生大量的煤塵及瓦斯，容易引發火災及瓦斯爆炸等事故，而現生產的普通的塑料管材，因其阻燃性差，抗靜電性差，而不能在煤礦、礦山、井下或隧道等易燃易爆場所推廣使用。
公開日為1996年1月10日，公開號為CN 1114607A的中國發明專利申請中公開了一種「抗靜電阻燃聚乙烯管材及其製造方法」，其由高密度聚乙烯作基料，添加阻燃劑、抗靜電物質、偶聯劑、共混改性劑等，進行了抗靜電、阻燃、耐壓和耐衝擊改性。
公開日為2005年8月24日，公開號為CN 1657561A的中國發明專利申請中公開了一種「抗靜電抗衝擊阻燃聚乙烯管道專用料」，它包括首先按以下組分及含量(重量份)備料高密度聚乙烯60-80、抗靜電劑4-9、阻燃劑5-15、阻燃增效劑2-10、增韌劑12-15、增韌劑22-10、光穩定劑0.2-4、抗氧劑0.1-2，然後將阻燃劑、阻燃增效劑、增韌劑、光穩定劑、抗氧劑和20份高密度聚乙烯共混擠出造粒，得到抗靜電抗衝擊阻燃母粒，再將抗靜電抗衝擊阻燃母粒和剩餘份數高密度聚乙烯樹脂經分散共混後，通過雙螺杆擠出機擠出、冷卻、乾燥、切粒，得到產品。
上述技術方案雖然給出了解決塑料管材的「雙抗」(阻燃和抗靜電)問題的方法，但是對於通風/瓦斯抽排管材而言，上述方法的組分複雜，製造成本較高，難以為用戶所接受，影響了其技術的推廣和產品的市場競爭力。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其既具有更好的環剛度、抗壓強度進一步提高、整體綜合性能好等特點，又具有阻燃和抗靜電協同效應好，管材使用的安全性高能滿足在易燃易爆場所輸送各種流體介質之要求的優點，同時，其產品的生產製造成本低，易於為用戶所接受，有助於其技術的推廣和提高其產品的市場競爭力。
本發明的技術方案是提供一種具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，包括由螺旋纏繞的方管狀小口徑管材和設置在兩相鄰方管狀小口徑管材管壁之間的粘接/融接層構成的中空結構管壁，其特徵是其所述的方管狀小口徑管材採用具有阻燃性能的組分A製成；在方管狀小口徑管材的至少一個側面，複合/設置有由組分B製成的導電複合層。
其中，上述的具有阻燃性能的組分A以重量計，每百份中含有十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻2～8份，其餘為聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯的混合體。
或者，上述的具有阻燃性能的組分A以重量計，每百份中含有十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻2～8份，硼酸鋅0.1～12份，非金屬短纖維0.1～10份，2，6-二叔丁基-4-甲酚0.1～2份，其餘為聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯的混合體。
上述的組分B以重量計，每百份中含有導電碳黑5～35份，其餘為聚乙烯。
或者，上述的組分B以重量計，每百份中含有導電碳黑5～12份，十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻0.5～2.2份，硼酸鋅0.1～12份，其餘為聚乙烯。
再或者，上述的組分B以重量計，每百份中含有導電碳黑5～12份，十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻0.5～2.2份，硼酸鋅0.1～12份，2，6-二叔丁基-4-甲酚0.1～2份，其餘為聚乙烯。
在構成所述粘接/融接層的粘接/融接劑中以重量計，每百份中添加有導電碳黑5～8份，十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻0.5～2.2份，硼酸鋅0.1～12份，2，6-二叔丁基-4-甲酚0.1～2份，非金屬短纖維0.1～10份，其餘為聚乙烯。
或者，在構成所述粘接/融接層的粘接/融接劑中以重量計，每百份中添加有導電碳黑5～8份，十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻0.5～2.2份，其餘為聚乙烯。
此外，在所述方管狀小口徑管材的兩個側面，複合/設置有由組分B製成的導電複合層。
或者，在所述中空結構管壁的內、外側，至少有一個側面複合/設置有由組分B製成的導電複合層。
與現有技術比較，本發明的優點是1.採用中空結構壁管材作為在易燃易爆場所的通風/瓦斯抽排管材，具有環剛度好、抗壓強度高、整體綜合性能好的優點；2.通過採用雙組分或多組分的構件結構形式，使管材具有阻燃和抗靜電協同效應好，管材使用的安全性高的優點，能滿足在易燃易爆場所輸送各種流體介質之要求；3.對構成管材管壁的不同構件，分別採用不同的組分配方，可大大降低整個管材的生產製造成本，易於為用戶所接受，有助於其技術的推廣和提高其產品的市場競爭力。
圖1是本發明的結構示意圖；圖2是本發明的另一種結構示意圖。
圖中1為方管狀小口徑管材，2為粘結層，3、3-1和3-2為導電複合層，4為非金屬短纖維。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
圖1中，本發明之中空結構壁管材的管壁為由螺旋纏繞的方管狀小口徑管材1和設置在兩相鄰方管狀小口徑管材管壁之間的粘結層2構成的中空結構管壁，其方管狀小口徑管材之兩相對的管壁構成整個中空結構管壁的外層壁和內層壁，在方管狀小口徑管材之管壁的至少一側設置有導電複合層3。
通過對構成管材管壁的不同構件，分別採用不同的組分配方，進而達到了具有阻燃和抗靜電協同效應好、管材使用的安全性高、能滿足在易燃易爆場所輸送各種流體介質之要求的發明目的。
為了更好地增強管材的抗靜電效果，在構成粘結層的粘接劑中亦可摻入導電碳黑。
更進一步，為了提高中空結構壁管材的環剛度，在方管狀小口徑管材的管壁中，添加/混合有非金屬短纖維4，通過非金屬短纖維的添加，起到抗衝擊、提高抗折強度、提高極限拉應變和提高管材之管壁的韌性等作用。
圖2中，在中空結構管壁的內、外側均可設置有導電層3-1和3-2，以進一步提高其抗靜電性能。
其餘同圖1。
實施例一採用圖1所示結構。
方管狀小口徑管材採用具有阻燃性能的組分A製成；在方管狀小口徑管材的兩個側面，複合/設置有由組分B製成的導電複合層。
其中，每百份組分A中含有以下組分和含量(以重量計)十溴二苯醚4kg；三氧化二銻2kg；聚乙烯66kg；聚丙烯28kg。
每百份組分B中含有以下組分和含量(以重量計)導電碳黑5kg；聚乙烯95kg。
在構成所述粘接/融接層的粘接/融接劑中以重量計，每百份中添加有導電碳黑5kg，十溴二苯醚4kg，三氧化二銻0.5kg，聚乙烯90.5kg。
在上述組分A中，聚乙烯和聚丙烯的添加比例可控制在(1～0.7)∶(0～0.3)的範圍內。添加聚乙烯的量大，有助於提高和改善管材的柔性指標，增加聚丙烯的添加量，則有助於提高和改善管材的環剛度指標，故需根據客戶的需要來確定兩者之間一個合適的添加比例，以下各實施例均與此機理相同，不再重複。
其管材的基本成型方案是先採用組分A的配方，通過熱塑擠壓成型製得方管狀小口徑管材，在方管狀小口徑管材的兩個側面，複合/設置上由組分B製成的導電複合層，再通過方管狀小口徑管材在空心模具上依次纏繞，並通過粘接/融接劑進行粘接或融接而成為一個整體管材，整個生產工藝流程包括備料、混合、擠壓、成型、纏繞、冷卻、切割、入庫等公知技術，在此不敘述。
實施例二採用圖2所示結構。
方管狀小口徑管材採用具有阻燃性能的組分A製成；在中空結構管壁的內、外側，至少有一個側面複合/設置有由組分B製成的導電複合層，其方管狀小口徑管材的管壁中，添加/混合有非金屬短纖維。
其中，每百份組分A中含有以下組分和含量(以重量計)十溴二苯醚15kg；三氧化二銻8kg；硼酸鋅12kg；非金屬短纖維10kg；2，6-二叔丁基-4-甲酚2kg；聚乙烯40kg；聚丙烯13kg。
每百份組分B中含有以下組分和含量(以重量計)導電碳黑12kg；十溴二苯醚15kg；三氧化二銻2.2kg；硼酸鋅12kg；聚乙烯58.8kg。
在構成所述粘接/融接層的粘接/融接劑中以重量計，每百份中添加有導電碳黑8kg，十溴二苯醚15kg，三氧化二銻2.2kg，硼酸鋅12kg，2，6-二叔丁基-4-甲酚2kg，非金屬短纖維10kg，聚乙烯50.8kg。
非金屬短纖維可以選用市售的(3～20)D×(0.5～20)mm的各種非金屬短纖維，如淄博隆恩工程纖維有限公司的聚丙烯短纖維、天匯公司的聚丙烯短纖維(又名PP短纖維)、無錫市富仕德特種玻璃纖維有限公司的尼龍短纖維、興旺化學纖維廠的丙綸細旦短纖維或丙烯腈系複合纖維，以下添加有非金屬短纖維的實施例均與此相同，不再重複。
關於非金屬短纖維的作用機理在「溶聚丁苯橡膠/炭黑/短纖維多相複合材料的動態力學性能」(《合成橡膠工業》2005年第6期)以及「杜拉縴維在土建工程中的應用」(機械工業出版社，2002年10月第一版)中已有相應的敘述，在此不再重複。
其餘同實施例一。
實施例三每百份組分A中含有以下組分和含量(以重量計)十溴二苯醚15kg；三氧化二銻8kg；聚乙烯77kg。
每百份組分B中含有以下組分和含量(以重量計)導電碳黑35kg；聚乙烯65kg。
在構成所述粘接/融接層的粘接/融接劑中以重量計，每百份中添加有導電碳黑8kg，十溴二苯醚15kg，三氧化二銻2.2kg，聚乙烯74.8kg。
其餘同實施例一。
為節省篇幅，其餘實施例見下表單位kg
上述各實施例中組分A、組分B以及粘接/融接劑的配比數量均為以重量計每100kg中的數量，其餘未註明的均同實施例一或實施例二。
由於本發明對構成管材管壁的不同構件，分別採用不同的複合組分配方，使得其既具有環剛度好、抗壓強度高、整體綜合性能好等特點，又具有阻燃和抗靜電協同效應好，管材使用的安全性高能滿足在易燃易爆場所輸送各種流體介質之要求的優點，同時，其產品的生產製造成本低，易於為用戶所接受，有助於其技術的推廣和提高其產品的市場競爭力。
本發明可廣泛用於在易燃易爆場所輸送各種流體的管材之領域。
權利要求
1.一種具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，包括由螺旋纏繞的方管狀小口徑管材和設置在兩相鄰方管狀小口徑管材管壁之間的粘接/融接層構成的中空結構管壁，其特徵是其所述的方管狀小口徑管材採用具有阻燃性能的組分A製成；在方管狀小口徑管材的至少一個側面，複合/設置有由組分B製成的導電複合層。
2.按照權利要求1所述的具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其特徵是所述的具有阻燃性能的組分A以重量計，每百份中含有十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻2～8份，其餘為聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯的混合體。
3.按照權利要求1所述的具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其特徵是所述的具有阻燃性能的組分A以重量計，每百份中含有十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻2～8份，硼酸鋅0.1～12份，非金屬短纖維0.1～10份，2，6-二叔丁基-4-甲酚0.1～2份，其餘為聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯的混合體。
4.按照權利要求1所述的具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其特徵是所述的組分B以重量計，每百份中含有導電碳黑5～35份，其餘為聚乙烯。
5.按照權利要求1所述的具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其特徵是所述的組分B以重量計，每百份中含有導電碳黑5～12份，十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻0.5～2.2份，硼酸鋅0.1～12份，其餘為聚乙烯。
6.按照權利要求1所述的具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其特徵是所述的組分B以重量計，每百份中含有導電碳黑5～12份，十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻0.5～2.2份，硼酸鋅0.1～12份，2，6-二叔丁基-4-甲酚0.1～2份，其餘為聚乙烯。
7.按照權利要求1所述的具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其特徵是在構成所述粘接/融接層的粘接/融接劑中以重量計，每百份中添加有導電碳黑5～8份，十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻0.5～2.2份，硼酸鋅0.1～12份，2，6-二叔丁基-4-甲酚0.1～2份，非金屬短纖維0.1～10份，其餘為聚乙烯。
8.按照權利要求1所述的具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其特徵是在構成所述粘接/融接層的粘接/融接劑中以重量計，每百份中添加有導電碳黑5～8份，十溴二苯醚4～15份，三氧化二銻0.5～2.2份，其餘為聚乙烯。
9.按照權利要求1所述的具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其特徵是在所述方管狀小口徑管材的兩個側面，複合/設置有由組分B製成的導電複合層。
10.按照權利要求1所述的具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，其特徵是在所述中空結構管壁的內、外側，至少有一個側面複合/設置有由組分B製成的導電複合層。
全文摘要
一種具有阻燃、抗靜電性能的中空結構壁通風/瓦斯抽排管材，屬工程部件領域。包括由螺旋纏繞的方管狀小口徑管和設置在兩相鄰方管狀小口徑管管壁之間的粘接/融接層構成的中空結構管壁，其所述的方管狀小口徑管採用具有阻燃性能的組分A製成，在方管狀小口徑管的至少一個側面，複合/設置有由組分B製成的導電複合層。其既具有更好的環剛度、抗壓強度進一步提高、整體綜合性能好等特點，又具有阻燃和抗靜電協同效應好、管材使用的安全性高、能滿足在易燃易爆場所輸送各種流體介質之要求的優點，同時，其生產製造成本低，易於為用戶所接受，有助於其技術的推廣和提高其產品的市場競爭力。可廣泛用於在易燃易爆場所輸送各種流體的管材之領域。
文檔編號C08K5/06GK1831412SQ200610012579
公開日2006年9月13日 申請日期2006年4月7日 優先權日2006年4月7日
發明者李壽山, 李妍 申請人:李壽山