煤矿井下用玻璃钢管道阻燃抗静电性能研究.pdf

C一1 玻璃钢学会第十六届全国玻璃钢／复合材料学术年会论文集 2006年 煤矿井下用玻璃钢管道阻燃抗静电性能研究 李国树 ‘ (石家庄开发区技源科技有限公司，石家庄050091) 摘要：本文对以不饱和聚酯树脂为基体的玻璃钢管道进行了阻燃抗静电性能研究，通过选择添加剂的种 类以及合理配方。达到MTl81规范中阻燃、抗静电的要求，并最终实现在煤矿井下的应用。 关键词：玻璃钢管道；阻燃；抗静电 l 引 言 目前煤矿井下的各种管道中绝大多数为钢管，但由于钢管重量大、在地下环境中耐腐蚀性 较差，造成管道的运输、安装很困难，而且防腐维护费用也极高，使用寿命也很短。璃钢管道以 其轻质高强及优良的耐腐蚀性性能，正在成为钢管的最佳替代产品。但煤矿井下用管道都有 很高的阻燃、抗静电要求，而玻璃钢管道由于其树脂基体属于可燃、绝缘材料，所以其阻燃、抗 静电性能很差，很难满足煤矿井下这种特定的环境要求。 很多玻璃钢生产厂、研究单位已经开始进行这方面的研究，希望可以通过添加填料改变微 观结构，从而提高其阻燃抗静电性能，但通常阻燃效果达到了标准要求而抗静电性能达不到要 求，或者抗静电性能达到要求而阻燃效果达不到标准要求；再有就是添加填料后，树脂基体粘 度过高，工艺性很差；还有就是配方的经济性不佳，成本过高，导致产品售价无法在市场上立足 等等。本文从配方设计、成型工艺等方面对玻璃钢的阻燃、抗静电性能进行了研究。通过多次 试验，开发了一种在满足标准要求的前提下兼顾工艺性和经济性的实用配方。 2阻燃机理 玻璃钢管道由于树脂基体主要由碳氢组成，具有可燃性，为阻止其燃烧则必须借助阻燃聚酯 树脂与阻燃添加剂的技术特性，即在燃烧时能生成大量非可燃性气体，既可吸收大量热量并稀释 可燃性气体的浓度，又能形成组织氧气渗透与热量传导的气体覆盖层，以达到降温、隔氧、离火即 熄的阻燃效果。另外，在燃烧过程中借助生成的卤化物以抑制游离基的连锁氧化反应，或者基于 在可燃物表面形成隔氧的炭化层，这种反应特性都是达到阻燃与离火即熄的主要途径。 玻璃钢管道的阻燃通常是通过在树脂基体中加入阻燃剂来实现。按使用方法的不同可把 阻燃剂分为添加型和反应型。添加型阻燃剂主要是通过在可燃物中添加阻燃剂发挥阻燃剂的 作用。反应型阻燃剂则是通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团，从而提高材料的抗燃 性，起到阻止材料被引燃和抑制火焰扩散的目的。在阻燃剂类型中添加型阻燃剂占主导地位， 使用的范围比较广，约占阻燃剂的85％，反应型阻燃剂仅占15％。 阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的，如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体 的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。按所含阻燃元素可将阻 燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷一卤系阻燃剂、磷一氮系阻燃剂等几类。卤 系阻燃剂在热解过程中分解出捕获传递燃烧自由基的x·及HX，HX能稀释可燃物裂解时产 生的可燃气体，隔断可燃气体与空气的接触。磷系阻燃剂在燃烧过程中产生了磷酸酐或磷酸， 促使可燃物脱水炭化，阻止或减少可燃气体产生。磷酸酐在热解时还形成了类似玻璃状的熔 融物覆盖在可燃物表面，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用。在氮系阻燃剂中氮的化合 作者简介：李国树(1972·)，男，工程师，从事玻璃钢专业技术工作。 123 物和可燃物作用促进交链成炭，降低可燃物的分解温度，产生的不燃气体起到稀释可燃气体的 作用。磷一卤系阻燃剂、磷一氮系阻燃剂主要是通过磷一卤、磷一氮协同效应作用达到阻燃目 的，具有磷一卤、磷一氮的双重效应，阻燃效果比较好。 3抗静电机理 玻璃钢管道是以树脂为基体，纤维为增强材料复合而成。其表面电阻为10”～1014，体积 电阻率达1010—1011，属于绝缘材料。玻璃钢管道为达到抗静电的目的，常用的方法有以下两 种：①从基体人手，在树脂基体中添加抗静电剂使制品具有导电性能。这也是目前较常用的一 种方法；②从增强材料人手，选用导电性能好的碳纤维或金属纤维与玻璃纤维共混作为增强材 料，以提高管道制品的导电性能。相比较而言，前者的工艺简单。关键是选取合适