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CN112877808A - 一种抑爆抗静电多孔材料及其制备方法 - Google Patents

一种抑爆抗静电多孔材料及其制备方法 Download PDF

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CN112877808A CN202110133709.9A CN202110133709A CN112877808A CN 112877808 A CN112877808 A CN 112877808A CN 202110133709 A CN202110133709 A CN 202110133709A CN 112877808 A CN112877808 A CN 112877808A
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李树白
姚培
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Changzhou Vocational Institute of Engineering
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Abstract

本发明涉及一种抑爆抗静电多孔材料及其制备方法，多孔材料包括以下质量份组分：第一共聚聚丙烯10~24份，第二共聚聚丙烯45~66份，无卤阻燃剂20~30份，超导炭黑5~8份，聚乙烯蜡0.5~1.5份，抗氧化剂0.5~1.5份，金属盐0.5~1.5份，溶剂0.5~1.5份；将第一共聚聚丙烯、第二共聚聚丙烯、无卤阻燃剂、超导炭黑、聚乙烯蜡、抗氧化剂、金属盐、溶剂依次经高速混合机高速混合、双螺杆挤出机熔融共混后纺丝、冷却成形、卷曲、烘燥定型得到多孔材料。本发明采用原位熔融纺丝制得的抑爆抗静电多孔材料具有超高的孔隙率，良好的抗静电性能、阻燃性能和力学性能，可以有效的抑制火焰和压力波的传播。

Description

一种抑爆抗静电多孔材料及其制备方法
技术领域
本发明属于抑爆材料技术领域，具体涉及一种抑爆抗静电多孔材料及其制备方法。
背景技术
汽油、柴油、煤油等易燃易爆液体在生产、运输、存储及使用过程中，由于安全措施不当或意外而导致燃烧和爆炸事故，往往造成重大的财产损失和人员伤亡。因此人们相继研发抑爆材料来提高易燃一般液体在生产、运输、存储及使用过程中的安全性问题。
目前抑爆材料主要是以金属合金或有机高分子材料为基体，添加功能添加剂后制成的网状、球状或其它形状的材料，将材料填充或安装在油箱和油罐中，能够阻止火焰传播，防止爆炸等意外事故的发生。但是金属虽有一定的耐腐蚀性，但存在氧化和老化问题，一旦老化就会变脆，形成碎片，收到振动时会掉落碎屑，对油品造成污染或对输油管路造成堵塞，这就导致了合金网状材料需要定期更换，增加了成本；而有机高分子材料主要有聚氨酯泡沫材料、尼龙等，其与功能性添加剂（如超导炭黑、阻燃剂）的相容性差，若功能性添加剂量大会影响相容性，若加入量太少会影响到抗静电性能以及阻燃性能，另外，以有机高分子材料为基体的抑爆材料的力学性能中大都存在拉伸强度和韧性不能兼顾的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑爆抗静电多孔材料及其制备方法，所制备的多孔材料具有超高的孔隙率，良好的抗静电性能、阻燃性能和力学性能，可以有效的抑制火焰和压力波的传播。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种抑爆抗静电多孔材料，包括以下质量份组分：
第一共聚聚丙烯 10~24份
第二共聚聚丙烯 45~66份
无卤阻燃剂 20~30份
超导炭黑 5~8份
石墨烯 1~3份
聚乙烯蜡 0.5~1.5份
抗氧化剂 0.5~1.5份
金属盐 0.5~1.5份
溶剂 0.5~1.5份
其中，所述第一共聚聚丙烯与所述第二共聚聚丙烯的熔融指数不同。
优选的，一种抑爆抗静电多孔材料，具体包括以下质量份组分：
第一共聚聚丙烯 24份
第二共聚聚丙烯 45份
无卤阻燃剂 25份
超导炭黑 5份
石墨烯 2.5份
聚乙烯蜡 1份
抗氧化剂 1份
金属盐 1份
溶剂 1份
优选的，所述第一共聚聚丙烯的熔融指数为100g/10min~120g/10min，所述第二共聚聚丙烯的熔融指数为10g/10min~12 g/10min。
更优选的，所述第一共聚聚丙烯的熔融指数为110g/10min，所述第二共聚聚丙烯的熔融指数为11 g/10min。
优选的，所述无卤阻燃剂为氮-磷无卤阻燃剂。
更优选的，所述氮-磷无卤阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐或三聚氰胺焦磷酸盐。
优选的，所述超导炭黑的粒径为20～50nm，所述抗氧化剂为由质量比1～5∶1的抗氧剂1010和抗氧剂168组成的复合抗氧剂。
优选的，所述金属盐为Co（NO3）2.6H2O、Zn（NO3）2.6H2O、FeSO4.7H2O中的至少一种，所述溶剂为N，N-二甲基酰胺。
本发明的另一个目的是提供一种抑爆抗静电多孔材料的制备方法，所述制备方法为：
（1）熔融共混
根据上述所述配方，将第一共聚聚丙烯、第二共聚聚丙烯、无卤阻燃剂、超导炭黑、石墨烯、聚乙烯蜡、抗氧化剂、金属盐以及溶剂在高速混合机中进行高速混合，混合均匀后经双螺杆挤出机熔融共混。
（2）纺丝
熔融共混后的混合物进入纺丝组件，通过喷丝板形成丝束。
（3）冷却成形
丝束通过吹风冷却成形。
（4）卷曲
冷却成形后的丝束经过水浴槽进行加热牵伸，后进入卷曲机进行卷曲。
（5）烘燥定型
卷曲后的丝束经输送带进入烘燥定型机进行烘燥定型。
优选的，步骤（1）中所述共混速度为100~200r/min，所述双螺杆挤出机的温度为180~200℃；步骤（2）中所述纺丝组件的温度为200~250℃，所述喷丝板为10~20孔的喷丝板，孔径为0.3~0.4mm，步骤（3）中冷风的温度为15~25℃，冷风风速为0.7~0.9m/min；步骤（4）中牵伸为二次牵伸，一次牵伸占总牵伸倍数的80％，加温方式为水浴70℃加温，二次牵伸为总牵伸倍数的20％，以蒸汽100℃加温牵伸速度220m/min，卷曲机预热温度为100~120℃，卷曲轮压力为0.4MPa，卷曲刀压力为0.2MPa，卷曲速度为0.5~8.0km/min；步骤（5）中烘燥定型的温度为100~120℃，时间为30~60min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明采用原位熔融纺丝加工方式，所制备抑爆抗静电多孔材料具有优异的抗压力性能。
（2）本发明的抑爆抗静电多孔材料具有超高的孔隙率，良好的抗静电性能、阻燃性能和力学性能，可以有效的抑制火焰和压力波的传播，是一种新型的阻隔防爆材料。
（3）本发明加入两种不同熔融指数的共聚聚丙烯不仅能够保证材料有较好的拉伸强度和韧性，还能保证与功能性添加剂（如超导炭黑、阻燃剂）的相容性。
（4）本发明将超导炭黑和石墨烯配合共同作为导电填料，使所得材料既具有抗静电性能，通过调整二者比例可实现具有较小的体积电阻率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种抑爆抗静电多孔材料，包括以下质量份组分：
第一共聚聚丙烯 24份
第二共聚聚丙烯 45份
三聚氰胺磷酸盐 25份
超导炭黑 5份
石墨烯 2.5份
聚乙烯蜡 1份
抗氧化剂 1份
Co（NO3）2.6H2O 1份
N，N-二甲基酰胺 1份
其中，第一共聚聚丙烯的熔融指数为110g/10min，第二共聚聚丙烯的熔融指数为11g/10min，超导炭黑的粒径为20nm，抗氧化剂为由质量3：1的抗氧剂1010和抗氧剂168组成的复合抗氧剂。
一种抑爆抗静电多孔材料的制备方法，所述制备方法为：
（1）熔融共混
根据上述所述配方，将第一共聚聚丙烯、第二共聚聚丙烯、无卤阻燃剂、超导炭黑、石墨烯、聚乙烯蜡、抗氧化剂、金属盐以及溶剂在高速混合机中在100r/min进行高速混合，混合均匀后经双螺杆挤出机在180℃熔融共混。
（2）纺丝
熔融共混后的混合物进入纺丝组件，纺丝组件内温度为200℃，通过20孔的喷丝板形成丝束，孔径为0.4mm。
（3）冷却成形
丝束通过15℃、0.8m/min风速的吹风中冷却成形。
（4）卷曲
冷却成形后的丝束经过水浴槽高倍进行加热二次牵伸，具体为：一次牵伸占总牵伸倍数的80％，加温方式为水浴70℃加温，二次牵伸为总牵伸倍数的20％，以蒸汽100度加温牵伸速度220m/min，牵伸后进入卷曲机进行卷曲，卷曲机预热温度为100℃，卷曲轮压力为0.4MPa，卷曲刀压力为0.2MPa，卷曲速度为0.8km/min。
（5）烘燥定型
卷曲后的丝束经输送带进入烘燥定型机在100℃烘燥定型30min。
实施例2
一种抑爆抗静电多孔材料，包括以下质量份组分：
第一共聚聚丙烯 19份
第二共聚聚丙烯 50份
三聚氰胺聚磷酸盐 25份
超导炭黑 5份
石墨烯 2.5份
聚乙烯蜡 1份
抗氧化剂 1份
Zn（NO3）2.6H2O 1份
N，N-二甲基酰胺 1份
其中，第一共聚聚丙烯的熔融指数为110g/10min，第二共聚聚丙烯的熔融指数为11g/10min，超导炭黑的粒径为40nm，抗氧化剂为由质量比1：1的抗氧剂1010和抗氧剂168组成的复合抗氧剂。
一种抑爆抗静电多孔材料的制备方法，所述制备方法为：
（1）熔融共混
根据上述所述配方，将第一共聚聚丙烯、第二共聚聚丙烯、无卤阻燃剂、超导炭黑、石墨烯、聚乙烯蜡、抗氧化剂、金属盐以及溶剂在高速混合机中在150r/min进行高速混合，混合均匀后经双螺杆挤出机在190℃熔融共混。
（2）纺丝
熔融共混后的混合物进入纺丝组件，纺丝组件内温度为200℃，通过20孔的喷丝板形成丝束，孔径为0.4mm。
（3）冷却成形
丝束通过15℃、0.8m/min风速的吹风中冷却成形。
（4）卷曲
冷却成形后的丝束经过水浴槽高倍进行加热二次牵伸，具体为：一次牵伸占总牵伸倍数的80％，加温方式为水浴70℃加温，二次牵伸为总牵伸倍数的20％，以蒸汽100度加温牵伸速度220m/min，牵伸后进入卷曲机进行卷曲，卷曲机预热温度为100℃，卷曲轮压力为0.4MPa，卷曲刀压力为0.2MPa，卷曲速度为0.8km/min。
（5）烘燥定型
卷曲后的丝束经输送带进入烘燥定型机在100℃烘燥定型30min。
实施例3
一种抑爆抗静电多孔材料，包括以下质量份组分：
第一共聚聚丙烯 19份
第二共聚聚丙烯 45份
三聚氰胺焦磷酸盐 30份
超导炭黑 5份
石墨烯 2.5份
聚乙烯蜡 1份
抗氧化剂 1份
FeSO4.7H2O 1份
N，N-二甲基酰胺 1份
其中，第一共聚聚丙烯的熔融指数为110g/10min，第二共聚聚丙烯的熔融指数为11g/10min，超导炭黑的粒径为30nm，抗氧化剂为由质量比5：1的抗氧剂1010和抗氧剂168组成的复合抗氧剂。
一种抑爆抗静电多孔材料的制备方法，所述制备方法为：
（1）熔融共混
根据上述所述配方，将第一共聚聚丙烯、第二共聚聚丙烯、无卤阻燃剂、超导炭黑、石墨烯、聚乙烯蜡、抗氧化剂、金属盐以及溶剂在高速混合机中在200r/min进行高速混合，混合均匀后经双螺杆挤出机在200℃熔融共混。
（2）纺丝
熔融共混后的混合物进入纺丝组件，纺丝组件内温度为200℃，通过15孔的喷丝板形成丝束，孔径为0.4mm。
（3）冷却成形
丝束通过15℃、0.8m/min风速的吹风中冷却成形。
（4）卷曲
冷却成形后的丝束经过水浴槽高倍进行加热二次牵伸，具体为：一次牵伸占总牵伸倍数的80％，加温方式为水浴70℃加温，二次牵伸为总牵伸倍数的20％，以蒸汽100度加温牵伸速度220m/min，牵伸后进入卷曲机进行卷曲，卷曲机预热温度为100℃，卷曲轮压力为0.4MPa，卷曲刀压力为0.2MPa，卷曲速度为0.8km/min。
（5）烘燥定型
卷曲后的丝束经输送带进入烘燥定型机在100℃烘燥定型30min。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：不包含第一共聚聚丙烯。
对比例2
与实施例1的区别仅在于：不包含第二共聚聚丙烯。
对比例3
与实施例1的区别仅在于：石墨烯的质量份数为1份。
将实施例1-3、对比例1-3所得的材料进行性能检测，其性能检测的结果如表1所示：
表1 性能测试结果表
Figure 114193DEST_PATH_IMAGE002
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抑爆抗静电多孔材料，其特征在于：包括以下质量份组分：
第一共聚聚丙烯 10~24份
第二共聚聚丙烯 45~66份
无卤阻燃剂 20~30份
超导炭黑 5~8份
石墨烯 1~3份
聚乙烯蜡 0.5~1.5份
抗氧化剂 0.5~1.5份
金属盐 0.5~1.5份
溶剂 0.5~1.5份
其中，所述第一共聚聚丙烯与所述第二共聚聚丙烯的熔融指数不同。
2.根据权利要求1所述的抑爆抗静电多孔材料，其特征在于：具体包括以下质量份组分：
第一共聚聚丙烯 24份
第二共聚聚丙烯 45份
无卤阻燃剂 25份
超导炭黑 5份
石墨烯 2.5份
聚乙烯蜡 1份
抗氧化剂 1份
金属盐 1份
溶剂 1份。
3.根据权利要求1所述的抑爆抗静电多孔材料，其特征在于：所述第一共聚聚丙烯的熔融指数为100g/10min~120g/10min，所述第二共聚聚丙烯的熔融指数为10g/10min~12 g/10min。
4.根据权利要求3所述的抑爆抗静电多孔材料，其特征在于：所述第一共聚聚丙烯的熔融指数为110g/10min，所述第二共聚聚丙烯的熔融指数为11 g/10min。
5.根据权利要求1所述的抑爆抗静电多孔材料，其特征在于：所述无卤阻燃剂为氮-磷无卤阻燃剂。
6.根据权利要求5所述的抑爆抗静电多孔材料，其特征在于：所述氮-磷无卤阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐或三聚氰胺焦磷酸盐。
7.根据权利要求1所述的抑爆抗静电多孔材料，其特征在于：所述超导炭黑的粒径为20～50nm，所述抗氧化剂为由质量比1～5∶1的抗氧剂1010和抗氧剂168组成的复合抗氧剂。
8.根据权利要求1所述的抑爆抗静电多孔材料，其特征在于：所述金属盐为Co（NO3）2.6H2O、Zn（NO3）2.6H2O、FeSO4.7H2O中的至少一种，所述溶剂为N，N-二甲基酰胺。
9.一种抑爆抗静电多孔材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：
（1）熔融共混
根据上述所述配方，将第一共聚聚丙烯、第二共聚聚丙烯、无卤阻燃剂、超导炭黑、石墨烯、聚乙烯蜡、抗氧化剂、金属盐以及溶剂在高速混合机中进行高速混合，混合均匀后经双螺杆挤出机熔融共混；
（2）纺丝
熔融共混后的混合物进入纺丝组件，通过喷丝板形成丝束；
（3）冷却成形
丝束通过吹风冷却成形；
（4）卷曲
冷却成形后的丝束经过水浴槽进行加热牵伸，后进入卷曲机进行卷曲；
（5）烘燥定型
卷曲后的丝束经输送带进入烘燥定型机进行烘燥定型。
10.根据权利要求9所述的抑爆抗静电多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述共混速度为100~200r/min，所述双螺杆挤出机的温度为180~200℃；步骤（2）中所述纺丝组件的温度为200~250℃，所述喷丝板为10~20孔的喷丝板，孔径为0.3~0.4mm，步骤（3）中冷风的温度为15~25℃，冷风风速为0.7~0.9m/min；步骤（4）中牵伸为二次牵伸，一次牵伸占总牵伸倍数的80％，加温方式为水浴70℃加温，二次牵伸为总牵伸倍数的20％，以蒸汽100℃加温牵伸速度220m/min，卷曲机预热温度为100~120℃，卷曲轮压力为0.4MPa，卷曲刀压力为0.2MPa，卷曲速度为0.5~8.0km/min；步骤（5）中烘燥定型的温度为100~120℃，时间为30~60min。
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