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1、】3 8。2 0 0 0 中国工程担料加工应用技术研讨会论文集阻燃抗静电增强尼龙6 风机叶片的开发与应用陶炜高志秋金文兰吴炅( 中国兵器工业第五三研究所济南2 5 0 0 3 1 )摘要采用瞎融典混工艺研制了阻燃、抗静电增强尼龙( P A ) 6 。研究了不同类型的阻燃荆和抗静电剂对材料阻燃性和抗静电性的移响。用谊p A 6 材料制成的风机叶片完全满足M T l l 3 标准和使用要求。 关t 词阻燃抗静电 曩两辱风机叶片t 一、7工程塑料在我国汽车、机械、电气电子、化工、建材及军工等领域获得了广泛的应用，取代了大量的有色金属部件，甚至代替了一些黑色金属部件，但是在我国煤炭工业中的直用却受到限
2、制其原因主要是工程塑料表面电阻大，易产生静电，同时其本身也没有阻燃性，如果在煤矿井下使用必然会产生危险，因此研制阻燃、抗静电性能符合煤炭部制定的M T l l 3 8 5 标准煤矿井下用非金属材料检验规范要求的工程塑料势在必行。尼龙( P A ) 6 具有较好的综台力学性能，但由于大量阻燃剂、抗静电剂的加八，使P A 6 材料的力学强度严重下降，而增强P A 6 又因纤维的“烛芯效应”使其更易燃烧，因此，研制高强度的阻燃、抗静电P A 6 成为煤炭工业迫切需要的“热点”课题。笔者几年来围绕着阻燃、抗静电及提高材料力学强度等关键技术，进行了反复的研究及大量的配方优化试验，较好地解决了各组分间的相
3、容性、提高界面结合力等问题，研制出高强度的阻燃、永久抗静电P A 6 ，该材料具有优异的物理力学性能，经国家煤机质量检测中心检测，阻燃、抗静电性能完全符合M T l l 3 8 5 标准要求。大功率塑料风机是矿井下主要的通风、排风设备风机叶片又是该设备上的主要零部件，由于风机通常要在3 0 0 0r n f I i n 下高速运转，风机叶片要经受很大的离心力，因此所研制的叶片材料不但要有阻燃、抗静电性能，而且还要具有优良的力学性能，尤其是较好的拉伸性能与冲击性能。 1 实验部分 1 1 原材料尼龙6 ( P A 6 ) ：济南聚利丰化纤有限责任公司；玻璃纤维：九江玻璃纤维有限责任公司；增韧剂A
4、 ：自制；增韧剂B ：自制；抗静电母料：自制；抗静电剂：铝粉、胺盐、磺酸盐、石墨、导电炭黑，市售；阻燃剂：红磷、聚磷酸铵、三聚氰胺、三氧化二锑、水和氧化铝、十溴联苯醚，市售；其它助剂：抗氧剂、增塑剂、松节油、偶联剂，市售。J 2 主要设备双螺杆挤出机：T S E 4 5 型，甘肃天水塑料机械厂；高速混合机：S H R 一1 0 0 A 型，江苏自熊集团：高温注塑机：B A 9 5 0 5 0 0 型，德国哈克公司；注塑机：U L 一2 1 3 0 型，广东东莞塑料机械厂。1 3 阻燃、抗静电增强P A 6 材料制备工艺按表1 配比称量所需的原材料，然后依次倒入高速搅拌机中，高速搅拌1 0 3
5、0s 用双螺杆挤出机按表2 所列的挤出工艺参数挤出、造粒。其制备工艺流程见图1 。采l 阻燃、抗静电增强P A 6 材料的配方P A 64 0 5 5增韧剂I5 8淼f”5 ：2 5 8抗静电捌1其它助剂I 2墨璺堑壁l翌：塑裹2 挤出工艺 数4 试样及风机叶片制备工艺将上述阻燃、抗静电增强P A 6 粒料置于鼓风干! 竺：竺：竺竺兰! 兰兰兰墨苎! 璺竺! 竺竺兰苎竺! ! !P A 6玻璃纤维 增韧荆叫一。L ，一一抗静电荆卜f 垦鱼卜【刿一二兰到一立塑一粒耕阻燃剂一图1 阻燃、抗静电增强1 7 4 6 制备工艺漉程图燥箱中，使料层厚度小于等于3 0r n r n ，在8 5 9 5 下干
6、燥2 0 一3 0h ，除去原材科中的水分，然后把粒料投人到注塑机中按表3 的注塑工艺参数进行注射成型，制得试样或风机叶片，其工艺流程见图2 。囊3 注射工艺擞项目数据1 段2 0 0 2 m机筒温度；嚣2 1 0 一2 2 0 2 2 0 一2 3 0 4 段2 3 0 2 4 0注射压力胁8 一m注射速度m m 。16 0 一吣枉抖一【：蔓蔓一 ! 兰訇一 型r 1 堡壁一制品圉2 试样或风机叶片翻备工艺流程圈 2 结果与讨论2 1 阻燃、抗静电机理分析近年来对高分子材料进行阻燃改性普遍采用和比较认同的理论主要有覆盖层理论、不可燃气体理论、催化脱水理论及吸热理论等。其中，不可燃气体理论，即
7、指燃烧时产生不可燃气体稀释可燃气体或捕捉游离基终止燃烧而自熄。我们就是依照这一理论来选择阻燃剂和对材料进行阻燃改性的。在改性过程中，我们加入几种阻燃剂，使它们在燃烧过程中相互发生协同效应，产生不可燃气体，从而达到终止燃烧而自熄的目的。塑料抗静电机理是通过添加或涂覆抗静电剂来降低其表面电阻，使产生的电荷容易泄漏。抗静电剂多为金属、金属氧化物、导电炭黑及表面活性剂类导电材料，由于受添加量的限制，抗静电剂在塑料中一般为非连续相，但当抗静电剂粒子间距离达到某一临界值时，因耦合而产生“隧道效应”，形成导电通道，并随粒子间距离的缩小而使导电性增强，因此抗静电荆的添加量和分散状态必须保证抗静电剂粒子间距离小
8、于产生“隧道效应”的临界值，并形成连续的导电通道。我们通过在材料中加入一定量的非离子型抗静电剂+ 并使其含量达到其粒子问距离小于产生“隧道效应”的临界值，从而达到抗静电的目的。2 2 抗静电荆的选择通过大量的配方试验，发现离子型抗静电剂不理想。这与此类抗静电剂的耐热性差有关，因为离子型抗静电剂在挤出温度( 2 3 0 2 5 0 。C ) 下发生分解，致使抗静电效能大为降低。而非离子型抗静电剂表现了较好的抗静电性，且耐久性也明显位于离子型抗静电剂。在非离子型抗静电剂中，我们选用不同厂家的3 种导电炭黑进行了抗静电试验。在用量相同的情况下，3 种导电炭黑的抗静电性能对比见表4 。寰4 添加3 种
9、导电炭材料的裹面电阻n抗静电剂导电炭黑音量矿厂丁T 丁厂1导电擞黑( 1 ) J4x l 俨J42x 1 0 ”l6l 1 0 ”l41 1 0 9导电炭蒜( 2 l4x 1 一I37 1 0 “1 I2x 1 0 ”l28 1 妒 导电炭蒜( 3 ) I4x l 俨135 l O “l7x 1 妒l12 l 一从表4 可以看出，随抗静电剂加入量的增加，材料的表面电阻减小，当含量达到7 时，其表面电阻由不加导电碳黑时的4 1 0 J 4 n 降至3 1 0 s n 左右。从表4 还可看出，导电炭黑( 3 ) 的抗静电效果最好。2 3 阻燃荆种类度其含量对材料性能的影响我们分别用磷系、氮系、磷氮
10、系、芳香族卤系及锑系阻燃剂对材料进行了阻燃试验。结果表明，无论单独使用哪一类阻燃剂效果都不好，而选择其中的两种或三种混合使用，虽然阻燃效果明显，但仍达不到自熄的程度。在此基础上，我们自制了几种助剂，经优化筛选，最终选定了以芳香族卤系为基础，其它阻燃剂和助剂为辅料的复合阻燃体系，其阻燃效果能满足使用要求见表5 。寰5 复台甩坩体摹对材料性麓的影从表5 可以看出，随阻燃剂添加量的增加，阻燃效果增强，但其强度明显下降，因此，将阻燃剂的添加量控制在1 5 一2 0 时综合效果最好。2 4 玻璃纤维含量对材料性能的影响通过试验表明，随着玻璃纤维添加量的增加，材料的力学性能呈上升趋势，但玻纤含量超过3 0
11、 后趋于平缓，若再增加玻纤含量则不利于成型加工，制品也因此而变得粗糙，缺乏美感，且抗静电性能也下降。所以，一般将玻纤的添加量控制在3 0 以下。2 5 增韧荆含量对材料性能的影响增韧剂的加入可提高材料的韧性即冲击强度，但它会使材料的剐性变差，因此选用增韧剂是否台1 4 02 0 0 0 中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集理、用量是否得当尤为重要。经过大量试验，我们自行研制了一种耐高温且与P A 类树脂相容性较好的增韧剂用来增韧阻燃、抗静电增强P A 6 ，其增韧效果明显，能满足风机叶片对其韧性的使用要求，见表6 。裹6 不同增韧剂含量下材料的性能增韧剂缺口冲击弯曲强度拉伸强度 含量强度U m
12、 q nm07 21 6 01 2 5iI 。1 1 。41 4 01 2 01 2 01 1 02 6 阻燃、抗静电增强P A 6 的性能厦试用情况以往煤矿用塑料制件阻燃、抗静电性的解决办法一般都是外加法，即在制件表面涂覆一层阻燃、抗静电保护层，但在使用过程中，该保护层容易破损脱落，一旦保护层脱落后，该制件就失去了阻燃、抗静电的作用。而我们研制的材料为内加法，制件的阻燃、抗静电性具有长期耐久性，锵决了外加法的缺陷。表7 列出阻燃、抗静电增强P A 6 的性能。用表7 的材料制成风机叶片，经装机运转试验和33 0 0r w i n 的超速试验，风机叶片仍完好如初，由此可得出结论：该材料的力学性
13、能完全满足风机叶片的使用要求。它的研制成功为工程塑料在煤炭工业中的推广应用开辟了一条新路。裹7 阻燃、抗静电增强p A 6 的性靛项目数据拉仲强度、l P a1 2 0弯曲强度M P a1 5 0歃口冲击强度L l 1 3 1 。2-I l阻燃性满足M T l l 3 8 5 标准表面电阻f 3x 1 0 s 满足M T l l 3 8 5 标准5 结论( 1 ) 该阻燃、抗静电增强P A 6 的力学性能满足风机叶片的使用要求，阻燃性、抗静电性均满足M T l l 3 8 5 标准，居国内领先水平。( 2 ) 该材料为永久阻燃和抗静电，解决了外加法的缺陷，使该材料的推广成为可能。( 3 ) 以
14、该材料制成的风机叶片，质轻，阻燃抗静电效果好，成型简单，易于加工，价格便宜。 参考文献1 傅宏生阻秣、抗静电P A 6 柱靴的开发与应用工程塑料喧用，1 9 9 8 ，2 6 ( 1 ) ：L 32 塑料填料增强手册李佐邦，等译北京：化学工业出版牡，1 9 8 53 吕世光塑料助荆手册北京：轻工业出版杜，1 9 8 84 王克智塑料助剂的开发与应用抗静电荆塑料科技，1 9 9 6 ( 4 ) ：4 25 艨政冶等粒状赤礴阻燃剂母料的耕备厦其在工程塑料中的应用塑料工业，1 9 9 5 ( 4 ) ：3 46 龚浏澄塑料成型加工手册北京：北京科技出版社，1 9 9 07V e r f a h r
15、e mm rs m n l g a l n gv 舯k u n s t s t o f ff o m 血i l e n D E3 8 0 4 1 3A ID E V E L O P M E N TA N DA P 翻U C A T I O NO FF 眦一R E T A R D A N TA N DA N T I S T A T I CP A 6A I R - B L O W E RV A N ET a oW e i ，G m 咏u ，J 血g t d a n ，W u 1 l e a g( I n s l i t u t e5 3 O n ：I n a n e eh d mo f o h ，
16、J i m n2 5 0 0 “ 3 1 )A I S S T R 氯化石蜡70#、氧化锑、“克火星“防火剂、高效阻燃润滑剂MB-202和硼酸锌等对燃烧性能均有影响,而对滚筒摩擦指标影响最大的是MB-202.该胶料用作生产煤矿用阻燃钢 丝绳芯输送带的覆盖胶,产品的各项性能达到MT668-1997标准的要求.2.会议论文 张捷民.马峰 棉织物抗静电与阻燃兼容处理的应用研究 2004本文对棉织物抗静电与阻燃兼容处理的应用进行了研究。文章阐述了棉织物抗静电与阻燃兼容的机理，探讨了实施方法并进行了功能测试。文章指出，根据棉织物的特点,采用选定的导电丝和阻燃剂经特定工艺处理,可制成同时具有抗静电与阻燃功能双重功效的棉织物；采用复合兼容方式,可较好地解决抗静电阻燃棉织物的耐久性、兼容性及服用舒适性等 问题；抗静电阻燃棉织物燃烧时无熔滴,适宜制作具有双重防护功能的工作服等,在易燃易爆场
