[发明专利]纳米风筒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井隧道送导风筒，还涉及该风筒的制备方法。 

背景技术

我国煤矿因瓦斯死亡的人数占煤矿死亡人数的30％以上，而井下绝缘材料和器材的静电放电为瓦斯点火源之一。物品静电点火与否取决于材料的电阻率，因此降低材料的电阻率、增强材料阻燃性能是防止因材料静电放电引爆瓦斯造成人员死亡的关键因素之一。现有煤矿中的安全风筒多为橡胶塑料等原料做成，而橡胶、塑料原系易燃易积累静电的高电阻率材料，通常材料的表面电阻率高达1015Ω。这种材料在与其它物体相互摩擦或接触分离时极易积累大量的静电，在有瓦斯的爆炸环境中存在静电放电引爆瓦斯的安全隐患。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是安全风筒电阻率大、阻燃性能差，提供一种电阻率小、阻燃型能好的安全风筒及其制备方法。 

本发明的技术方案是以下述方法实现的： 

纳米风筒包括玻璃纤维和高聚物复合材料，高聚物复合材料是由下述重量份的原料制备的： 

炭黑1.5～4份，纳米炭黑0.2～0.5份、纳米氧化锌0.2～1.5份、纳米CaCO₃0.2～0.6份，丙基三甲氯基硅烷0.2～0.4份，PVC糊2～10份，PVC 10～15份，橡胶20～40份，二丁酯5～10份，氯化石蜡2～10份，三氧化二锑2～5份，氢氧化铝2～10份，硬脂酸0.2～0.4份，对苯二酚二苄醚0.2～0.5份，二硫化四甲基秋兰姆0.2～0.5份，硫磺0.2～0.4份。 

高聚物复合材料优选原料中还包括陶土2～12份。 

纳米风筒的制备方法是按照下述步骤进行的： 

(1)按配量称取原料后，将纳米炭黑、纳米氧化锌、纳米CaCO₃和丙基三 甲氯基硅烷在常温状态下混合搅拌； 

(2)将PVC糊、PVC、橡胶、二丁酯、氯化石蜡、三氧化二锑、氢氧化铝、硬脂酸、对苯二酚二苄醚、二硫化四甲基秋兰姆、硫磺、炭黑和步骤(1)得到的物质混合，通过胶炼机在40℃～60℃条件下胶炼10～20min成胶片状； 

(3)将两片胶炼好的高聚物复合材料覆盖在玻璃纤维网上，在140～160℃、经20～25min硫化成型后收卷。 

所述纳米风筒的优选制备方法可以按照下述步骤进行的： 

(1)按配量称取原料后，将纳米炭黑、纳米氧化锌、纳米CaCO₃和丙基三甲氯基硅烷在常温状态下混合搅拌； 

(2)将PVC糊、PVC、橡胶、二丁酯、氯化石蜡、三氧化二锑、氢氧化铝、硬脂酸、对苯二酚二苄醚、二硫化四甲基秋兰姆、硫磺、炭黑和步骤(1)得到的物质混合，通过胶炼机在温度40～60℃胶炼10～20min； 

(3)在步骤(2)的胶炼过程中加入2～12份陶土，胶炼后得到片状高聚合物材料； 

(4)将两片胶炼好的高聚物复合材料覆盖在玻璃纤维网上，在140～160℃、经20～25min硫化成型后收卷。 

本发明首先采用丙基三甲氯基硅烷偶联剂，对纳米颗粒进行表面处理，在热熔状态下偶联剂与炭黑等纳米颗粒表面的羟基、羧基发生化学反应，并与树脂、橡胶分子发生缠结。借助引发剂氯化石蜡在受热分解时产生的自由基夺取橡胶、塑料链上的氢原子，引发氯乙烯自由基与丙基三甲氯基硅烷上的双链发生接枝反应，从而使纳米粒子在高聚物中形成优良的葡萄状导电结构，在纳米表面处理及填充工艺中使纳米填料成溶胶状态，不但使得成品的电阻率小、阻燃性能好，还能有效的防止纳米材料填充工艺对环境和人体的污染。硫化后产品中硫化胶由线性边转变为三维网状结构，模量硬度高，耐老化性及稳定性高，材料综合力学性能好。该纳米风筒在开封铁塔橡胶集团通过大试，大试的样品通过国家劳动保护用品质量检验测试中心检测，在温度18℃，相对湿度40％的环境条件下，表面电阻率为2.0×10⁵Ω，体电阻率为2.7×10³Ω·m，续燃时间为 1秒，阴燃时间为0秒。在经水浸70小时后，其抗静电、阻燃性能均无明显变化。其具体性能见下表： 

国家劳动保护用品质量监督检验中心(北京)测试数据 

附图说明

图1为本发明的制备工艺流程图； 

图2(a)和图2(b)为本发明的安全风筒中纳米颗粒分布状态SEM图。 

具体实施方式

实施例1 

一种纳米风筒的制备方法，其特征在于是按照下述步骤进行的：