煤矿用阻燃抗静电聚氯乙烯板材的研制

２００８ 年（ 第 ３７ 卷） 第 ３ 期
工业科技
甘肃科技纵横
煤矿用阻燃抗静电聚氯乙烯板材的研制
任智文
（ 窑街煤电公司 非煤公司， 甘肃 兰州 ７３００８０）
摘要： 在分析了阻燃抗静电塑料板材表面静电产生机理基础 上， 对塑料板材基础材料进行了选择与研制。经实践证明， 阻燃抗 静电聚氯乙烯板材完全可以替代木制板材用于煤矿井下。
项目
区段 １ ２ ３ ４ ５ 机头
温度 ／℃ １５５ １６０ １７５ １８５ １８５ １８０
燃烧值（ 酒精喷灯燃烧时间） ： 有焰燃烧单根最大值 ２．３ｓ ， 无 焰燃烧单根最大值 ０， 均达到要求。
７ 结语
通过以上研究国家标准和企业的使用要求， 拟定了最佳配 方， 利用双螺杆板材成型机组进行了试生产， 所生产的通风门板 外观平滑细腻， 各项指标检测结果均达到国家煤炭行业标准 ＭＴ１１３—８５ 的技术要求。
６ 板材成型的实验研究
（ １） 通 风 门 板 最 佳 配 方 ： ＰＶＣ 为 １００ 份 ， ＣＰＥ 为 １２ 份 ， ＡＣＲ 为 ２ 份， 炭黑 为 １２ 份 ， 十 溴 二 十 苯 醚 ／Ｓｂ２Ｏ（３ ３： １） 为 ９ 份 ， 复 合 稳 定剂为 ３．５ 份， 润滑剂适量， 加工助剂适量。
（ ２） 混 合 机 温 度 控 制 ： 高 速 混 合 机 温 度 为 １１５￣１２５℃， 冷 却 混合机温度为 ４０℃以下。
其次， 课堂质疑， 学生讨论， 自然提高了学生独立思考， 理性 判断的能力； 小组发言， 组长汇报， 则更能调动学生的学习积极 性。教学过程乃是一个提出问题和解决问题的持续不断的活动， 通过上述五种教学模式， 课堂教学生动有趣， 教学效益不言而喻。
如 一 堂 英 语 课 ： 主 题 是《广 告》， 教 师 首 先 让 学 生 小 组 讨 论 广 告的优势与弊端， 然后给学生播放一段广告片， 一个是西门子手 机， 年轻女士通过该手机收到情侣跳伞的空中飞人画面， 当打开 降落伞的时候， 伞中的“Ｍａｒｒｙ Ｍｅ！”（嫁给我！ ）顿时让这位女士惊喜 万分， 学生们看了自然兴奋不已。另一个片断是某一快餐门口， 一 个老太太走过时， 一位青年递给了她一张促销广告， 上面的汉堡 大的足以填饱她的肚子， 她便兴冲冲的去买， 可是当她接过汉堡 时 才 发 现 还 没 她 的 手 掌 大 。学 生 通 过 这 两 则 广 告 顿 时 打 开 了 话 匣 子， 滔滔不绝的议论起来。讨论的结果大大的超出了预期的效果。 又如一堂地理课， 主题是水土流失， 教师让学生先小组讨论假期 回家以及返校的路上看到了哪些自然现象， 教师用问题导入课 堂， 课堂的气氛顿时活跃起来， 没有一个同学睡觉， 即使学习最差 的 同 学 也 被 老 师 的 问 题“ 激 活 了 ”。然 后 教 师 播 放 了 水 土 流 失 科 教 片一个片断。随着森林的砍伐和草原的退化， 土地沙漠化和土壤
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（ 上接 １５３ 页） 效益不佳， 教师和学生之间的交流除了个性化的语 言没有一个有效的媒体。
而现代教学课堂是多媒体技术运用在有限的课堂时间内， 根 据学生的思维特点， 结合教材内容和教学实践， 为学生设计出丰 富的感知材料， 使学生在感知— ——理解— ——掌握— ——应用的过程 中， 能力得到相应的培养和发展。不仅如此， 知识的拓展， 信息的 增大， 多媒体展示的生动形象都给了学生耳目一新的感受。
（ ３） 双螺杆挤出机各区温度见表 １。 （ ４） 进 料 螺 杆 转 速 为 ４０ｒ／ｍｉｎ， 主 机 螺 杆 转 速 为 ２０ｒ／ｍｉｎ， 真 空 度≥０．０６ＭＰａ。 （ ５） 通 风 门 板 配 方 测 试 结 果 ： 拉 伸 强 度 ３８．３ＭＰａ， 表 面 电 阻 ５．７ＭΩ。
表 １ 双螺杆挤出机各区段温度
在一定的加工条件下。ＰＶＣ 与 ＣＰＥ 能够形成 物 理 交 连 网 或 岛状结构， 即 ＰＶＣ 微粒处于胶体膜的包覆之中， 这个网的 ：“ 网 眼”恰好与 ＰＶＣ 初级粒子大小相当。当 ＣＰＥ 形成连续网， 而 ＰＶＣ 粉粒破坏成为初级粒子时， 这些初级粒子和次级粒子之间有扩散 分子链的结合， 这种体系具有最佳的冲击强度及较低的熔体黏 度 。 因 而 ， 随 ＣＰＥ 加 入 量 的 增 加 ， ＰＶＣ 冲 击 强 度 上 升 ， 伸 长 率 上
表面电阻对数值
了使材料具有良好的机械性能和冲击性能， 必须考虑对复合材料 进行改性。该实验选用含氯量 ３５％的 ＣＰＥ 来提高其冲击性能。
４ 生产工艺流程
（ １） 特导电阻燃 ＰＶＣ 专用料计量、捏合。将 特 导 电 炭 黑 进 行 活化处理， 与阻燃剂、稳定剂、加工助剂、改性剂、ＰＶＣ 树脂按照配 方 准 确 计 量 ， 经 高 速 混 料 机 热 混 至 １１５￣１２５０Ｃ 后 ， ＣＰＥ 的用量与 ＰＶＣ 表面电阻的关系
５．５ ＣＰＥ 的用量对 ＰＶＣ 力学性能的影响 随着 ＣＰＥ 用量的增加， ＰＶＣ 的拉伸强度和硬度 下 降 ， 冲 击 强
度和伸长率上升。 该实验所选用的 ＣＰＥ， 其含氯量为 ３５％， 与 ＰＶＣ 相容性 较
好 ， 本 身 拉 伸 强 度 较 低 ， 从 而 引 起 ＰＶＣ 分 子 间 的 作 用 力 降 低 ， 使 材料的拉伸强度下降。
３ 塑料板材基础材料的选择
３．１ 树脂的选择 树脂是复合导电塑料的基体， 根据树脂材料生产情况和经济
性 因 素 ， 选 择 齐 鲁 石 化 公 司 生 产 的 ｐｖｃ（ ｓ—１０００） ，其 本 身 阻 燃 性 优良， 在 ｐｖｃ 中加入适量的导电材料， 使其具备良好的导电性， 加 入其他助剂可达到理想的机械冲击强度。 ３．２ 导电填料的选择
特导电炭黑粒径较小， 具有最高的比表面积， 最高的结构度， 是目前国内最好的导电填料。所以， 选用特导电炭黑作为 ｐｖｃ 导 电填料。 ３．３ 改性剂的选择
在 ｐｖｃ 树 脂 中 加 入 导 电 炭 黑 后 ， 随 着 炭 黑 用 量 的 增 加 ， 不 仅 使加工困难， 而且复合材料变得又脆又硬， 冲击性能急剧下降。为
（ ２） 板材挤出。将特导电专用料加入双螺杆挤出机的料斗中， 调节工艺参数， 经机头口模挤出得到不同尺寸的 ＰＶＣ 胚板。
（ ３） 板材成型。经机头挤出的管胚进入真空冷却定径套， 经二 次喷淋冷却， 板材成型后牵引机遇主机保持同步牵引， 板材达到 质量标准及定长时进行切割， 切割下来的产品经过翻管堆积架下 生产线， 最后经过质检入库。
ＣＰＥ 加入到 ＰＶＣ 中， 在塑炼过程中有利于特 导 电 炭 黑 的 分 散， 容易使炭黑粒子形成导电网络， 从而导致 ＰＶＣ 表 面 电 阻 下 降。但是 ＣＰＥ 电阻较高， 电绝缘性好， 加入量过多会引起 ＰＶＣ 表 面电阻的上升（ 图 ２）
升。同时 ＣＰＥ 加入降低了 ＰＶＣ 抵抗外力的能力， 从而使材料的硬 度下降。
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表 面 电 阻 ／Ω
的要求， 试验采用 Ｂｒ／Ｓｂ 复合体系改性 ＰＶＣ 材料。 随阻燃剂用量的增加， ＰＶＣ 材料的氧指数逐渐增大， 阻燃性
能提高。但同时随阻燃剂用量的增加， ＰＶＣ 材料的冲击性能与断 裂伸长率逐渐降低。因此， 在添加阻燃剂的同时， 要考虑增加 ＣＰＥ 的用量， 以平衡材料的综合性能。 ５．４ ＣＰ Ｅ 用量对 Ｐ ＶＣ 的电性能的影响
由于炭黑来源广， 价格便宜， 可选用炭黑作为导电填料。有关 炭黑导电机理有 ２ 种假说： １． 炭黑粒子在一 定 剪 切 力 作 用 下 ， 炭 黑团聚体变成黏结粒子， 在 １００ｎｍ 距 离 内 能 彼 此 接 触 形 成 网 络 ， π 电子通过网状链移动而发生导电。这是导电回路论； ２．炭粒子 不仅接触， 而且电子跃迁分散于基质高分子化合物中的炭黑粒子 的 间 隙（ １０００ｎｍ 以 下） 而 发 生 导 电 ， 即 隧 道 效 应 论 或 存 在 于 炭 黑 粒子间的高电场强度， 引起发射电流而产生导电现象， 即场致发 射论。
关键词： 矿用板材 阻燃抗静电塑料 塑料风门板
１ 塑料表面静电荷的产生机理
当 塑 料 板 材 用 于 煤 矿 、金 矿 或 非 金 属 矿 井 下 时 ， 悬 浮 的 煤 粉 或其他粉尘与塑料板材相互摩擦碰撞， 正负电荷在它们之间重新 分布， 正负电荷分别积聚在塑料板材和粉尘上。当静电荷积聚到 一定程度（ 一般认为 １０８Ω 的表面电阻是 防 止 静 电 积 聚 的 最 低 极 限） ， 就会放电火花， 有可能引起火灾或瓦斯爆炸。一般塑料带正 电荷， ｐｖｃ 材料表面电阻率为 １０１４￣１０１７Ωｃｍ， 通常所说的抗静电塑 料表面电阻率为 １０１６￣１０８Ωｃｍ。
２ 塑料表面静电荷的解决方法
防止塑料静电危害的方法有 ２ 种： 一是通过减轻或防止摩擦 来减少静电荷产生； 二是使已产生的静电荷尽快泄漏掉， 避免静 电的大量积聚。在大多数情况下， 很难减少静电荷的产生， 主要通 过 尽 快 消 除 掉 静 电 荷 来 达 到 抗 静 电 的 目 的 。为 了 使 绝 缘 性 能 良 好 的塑料具有一定的导电性， 国内外目前采用的方法主要有以下内 容。
在 ＰＶＣ 树脂中加入特导电炭黑、阻燃剂、改性剂， 通过共混 改 性 的 方 法 制 备 的 复 合 抗 静 电 材 料 具 有 良 好 的 抗 静 电 性 、阻 燃 性 以 及 机 械 性 能 。 利 用 该 复 合 材 料 制 得 的 通 风 门 板 材 质 轻 、耐 腐 蚀、安装施工方便、使用寿命长 ， 可以替代木制风门板制作煤矿井 下用通风门板， 并已在隀州矿业集团和新珳矿业集团矿井中得到 推广应用， 效果良好。
５ 试验结果与讨论
５．１ 特导电炭黑用量对 Ｐ ＶＣ 电性能的影响
碳黑份数 图 １ 炭黑添加量与表面电阻的关系 特导电炭黑与 ＰＶＣ 电性能的关系如图 １ 所 示 。 由 图 １ 可 以 看出， 炭黑添加量小于 ３ 份时， 表面电阻下降缓慢， 而大于 ３ 份时 表面电阻急剧下降， 当碳黑添加量大于 ９ 份时， 表面电阻下降缓 慢。 从复合材料导电机理分析可知， 当加入量小于 ３ 份时， 炭黑 的导电网络没有形成， 表面电阻下降缓慢； 随着特导电炭黑加入 量的增加， 炭黑粒子逐渐形成了导电网络， 从而使 ＰＶＣ 的 导 电 性 能增强， 表面电阻下降。当加入量超过 ９ 份时， 炭黑的导电网络已 经形成， 田家更多的炭黑对 ＰＶＣ 的表面电阻影响不大。 ５．２ 炭黑用量对 Ｐ ＶＣ 力学性能的影响 随着炭黑用量的增加， ＰＶＣ 的拉伸强度、冲击强度、伸长率均 下降， 而硬度上升。 炭黑相当于一种填料， 加入到 ＰＶＣ 中， 减少了 分 子 间 的 作 用 力， 从而使 ＰＶＣ 的拉伸强度下降。同时限制了 ＰＶＣ 的链段运动， 并且存在应力集中现象， 引起了 ＰＶＣ 冲击强度、伸长率 下 降 。 由 于炭黑的加入， 增加了 ＰＶＣ 表面抵抗外力压入的能力， 硬 度 因 而 增加。 ５．３ 阻燃剂用量对 Ｐ ＶＣ 性能的影响 在煤矿井下使用的塑料板必须具有自熄性， 即接触火源时燃 烧速度很慢， 离开火源时能很快停止燃烧并自行熄灭。虽然聚氯 乙 烯 含 氯 量 很 高（ 约 为 ５７％） ， 本 身 具 有 阻 燃 性 ， 但 是 还 不 能 满 足 煤矿用板材的性能要求。 特别是当聚氯乙烯中添加二元酸酯类增塑剂以及其它改性 剂时， 会降低材料的阻燃性。为了满足矿用塑料板材对燃烧性能