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煤矿用阻燃抗静电热塑性复合材料

在煤矿领域,一直用金属钢管进行瓦斯抽放。但金属钢管不耐腐蚀,使用年限一般为8~12a;而且锈蚀脱落层常堵塞管道,造成全线不通;矿区地层变动易产生应力集中而断裂。热塑性工程塑料耐蚀性好、抗冲击、加工方便,可以完全克服上述缺点。但未经改性的高分子聚合物本身不阻燃,表面电阻在1012Ω以上,容易产生静电。非阻燃抗静电高分子材料产生的静电具有很高的电压和较大的能量,会导致介质电离放电,极易成为点火源,如果一次全部释放,也足以引起瓦斯煤尘爆炸。由于使用不具有阻燃抗静电性能的材料诱发的重特大火灾事故曾频频发生,风筒与输送带、电缆并称矿井"三条火龙"。

 

常用于矿井中的热塑性塑料有PP/PE、UHWPE管材,PA66/6、ABS矿灯部件,PVC线缆等,一般通过加入阻燃剂的方式对热塑性塑料进行阻燃改性,常见的阻燃剂包括有卤阻燃剂、无卤阻燃剂,以及最新的纳米阻燃协助剂、硅氧系阻燃剂等,目前,我们对塑料阻燃改性研究较多,性能也日趋成熟。对于抗静电改性,国内也有一定的积累,为赋予高分子树脂抗静电性能主要通过两方面实现,一是通过添加表面改性剂,在原树脂表面形成一层亲水层,由于“吸水”而产生抗静电,这种方式成本低,效果好,但由于是“析出”在表面,受制于环境湿度,而且长久下来会因亲水层“磨损”而慢慢失效,因而只是“非永久性抗静电”;另一种方法是通过添加导电填料形成导电通路而实现 “永久性抗静电”,常见的导电填料包括炭黑、金属纤维、碳纤维等,这些都能实现比较好的抗静电效果,但也各有缺点,如炭黑要实现比较好的抗静电效果往往添加量很大,加工困难的同时机械性能破坏严重;金属纤维成本虽然添加量小,但成本过于昂贵,对机器损害大;相对来说,碳纤维较适用于高分子树脂的抗静电改性,其只需添加5%-10%就可以达到106-109Ω抗静电效果,成本增加相对不大,机械性能也相当优异,但其本身刚性较强不抗冲,材料开发的时候需要考虑增加其抗冲击性能。需要指出的是,市场上最新推出离子型聚醚嵌段导电树脂材料,其本身表面电阻107-109,添加到聚合物中表面电阻只能达到108-109Ω,添加量较大,价格昂贵,而且其也不适用于增强产品中,不能用于机械强度要求高的部件中。

 

为了确保煤矿安全生产,《煤矿安全规程》第128条规定:煤矿井下必须采用阻燃、抗静电材料。煤炭行业标准MT164-1995《煤矿用正压风筒》和MT165-1995《煤矿用负压风筒》明确规定了风筒材料的阻燃、抗静电性能要求。国家煤矿安全监察局安监总煤矿字[2005]133号《关于印发〈煤矿重大安全生产隐患认定办法(试行)〉的通知》中,将使用非阻燃抗静电风筒确定为重大安全隐患,必须立即停产整顿。因此,非阻燃抗静电材料既不符合《煤矿安全规程》的有关规定,不满足煤矿安全生产要求,也不具备矿用产品安全标志,必将予以淘汰。经阻燃抗静电改性的热塑性复合材料,在煤矿领域将有比较广泛的应用。