專利名稱：一種非金屬阻隔抑爆球的制作方法
技術領域：
本發明涉及阻隔抑爆技術領域，更進一步說，涉及一種非金屬阻隔抑爆球。
背景技術：
在盛有汽油、柴油、乙炔等液體的容器中，由于存在這些易揮發物質的蒸汽和空氣的混合氣體，極易發生燃燒和爆炸。阻隔抑爆技術是一種可以有效防止易燃易爆的氣態和液態危險化學品在儲運中因意外事故(靜電、焊接、槍擊、碰撞、錯誤操作等)引發的爆炸，從根本上解決易燃易爆液、氣態危險化學品的儲運過程中本質安全的專有技術，簡稱為HAN(Hypostasis Anchor-hold No-expolosion),意為本質安全不爆炸。美國在上世紀60年代在軍事油品的安全和儲運上開始使用聚氨酯泡沫抑爆材 料；該材料在油料中的化學穩定性差，很快被鋁合金抑爆材料所替代。鋁合金抑爆材料被廣泛應用至今。國外主要的招合金抑爆材料主要有Explosafe、Ex-Co> ExploControl> eEess等，國內主要有LF21、JFJ、HFJ等。蜂窩狀的阻隔抑爆材料將油箱內腔分為若干個“小室”或“腔體”，這些“小室”或“腔體”可以有效遏制火焰的傳播，使爆炸壓力波急劇衰減；同時這種蜂窩結構的材料在單位體積內具有較高的表面效能，從而具有良好的吸熱性，可以迅速地將燃燒釋放出來的熱量吸收，使燃燒反應后的溫度降低，反應氣體的膨脹程度縮小，容器內的壓力值增高不大，使燃燒速度達不到爆炸的極限速度，從而達到抑爆的目的。AQ3001-2005《汽車加油(氣)站、輕質燃油和液化石油氣汽車罐車用阻隔防爆儲罐技術要求》中指出阻隔防爆材料在儲罐內不應出現碎屑，否則會影響儲罐自身和儲罐下一步工序的正常工作。鋁合金抑爆材料材料內部結晶大，導致材料脆性大、延展率低，防銹性能差等缺點，容易斷裂掉渣；嚴重時甚至造成油路堵塞，導致油路點火不著，長期浸泡過程中材料容易對油品的穩定性指標(誘導其、實際膠質)、潔凈指標(固體顆粒物)和水溶性酸堿等指標有影響，影響油品質量；碎渣可堵塞油表導致其不能轉動，無法準確測量優良 ’另夕卜，鋁箔邊緣可能開裂，影響材料的抑爆性能。
發明內容
為解決現有技術中鋁合金抑爆材料脆性大，延伸率低的技術問題,本發明提供了一種非金屬阻隔抑爆球，具有優良的力學性能、化學穩定性和抑爆性能，可以克服現有抑爆材料中的缺陷。本發明的目的是提供一種非金屬阻隔抑爆球。包括上管狀結構、下管狀結構、弓形片、環形片和圓形片，上管狀結構、下管狀結構、弓形片、環形片和圓形片構成中空柵格狀球體；所述上管狀結構和下管狀結構分別設置于球體的上下兩端，與球體同軸；所述弓形片的數量為四個，對稱設置于上管狀結構和下管狀結構的周圍，相鄰的兩個弓形片互相垂直，弓形片的弦分別與上管狀結構和下管狀結構固定連接，弓形片的弧構成球體的經線；所述環形片的數量為3飛個，環形片的內徑與上管狀結構的內徑、下管狀結構的內徑相同；所述環形片沿球體軸線垂直插入所述弓形片中，與弓形片固定連接，弓形片沿球體軸線均勻分布在上管狀結構和下管狀結構之間，環形片外周構成球體的緯線；所述環形片上設置有圓孔；上管狀結構和下管狀結構距環形片的距離不小于2mm ；所述圓形片的數量為兩個，所述圓形片為中間設置有矩形孔的圓形，圓形片平行于球體軸線且垂直于一對弓形片插入弓形片和環形片中；所述矩形孔的兩個短邊分別與靠近上管狀結構和下管狀結構的兩個環形片重合；圓形片上被靠近上管狀結構和下管狀結構的環形片，及弓形片分隔的區域內設置有小矩形孔，所述小矩形孔設置在弓形片和環形片組成的直角區域內，圓形片上設置有圓孔；
所述球體直徑為3(T40mm。優選所述環形片上設置四個圓孔，每個圓孔分別設置在被弓形片和圓形騙分隔的區域內；所述圓形片上設置四個圓孔，每個圓孔分別設置在被環形結構分隔的區域內。所述弓形片上可以設置有孔，優選也圓形片平行的一對弓形片上設置有孔。所述非金屬阻隔抑爆球的材料是塑料組合物，包括以重量份數計的以下組分 基材100重量份碳纖維9-43重量份炭黑0-19.6重量份碳納米管0-19.6重量份抗氧劑0.5 0.8重量份所述基材為尼龍6、尼龍66、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯中的至少一種；所述碳纖維為短切碳纖維；優選長度為3mnT6mm,直徑為6 8iim,含碳量> 93%,比電阻為1.6X10_3Q.cm;碳纖維是應用于塑料導電改性的常用纖維之一。碳纖維的加入還可以提高基體材料的力學性能，當基體材料收到外力沖擊時，纖維粒子在材料內部可以產生大量的微變形，從而在吸收能量的同時可以較好地傳遞產生的應力，使基體產生屈服形變消耗部分沖擊能量，可對基體材料起到增強與增韌的作用。所述炭黑為納米導電炭黑；優選顆粒直徑為4(T50nm，DBP吸附值為204X 10_5m3/kg, CTAB吸附比表面積為363X 103m2/kg，PH=7. 8 ;炭黑是最常用的導電填料之一，而納米炭黑粒子較小，即炭黑粒子之間相互接觸的幾率較大且粒子間間距小，導電性較常規炭黑要好。所述的抗氧劑為多元受阻酚型抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑的復配，二者的重量比優選為3/2 2/1，優選四[￠-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)與抗氧劑三[2，4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯(168)復配。所述的碳納米管優選粒徑10 30nm,長度10 50 u m,電阻率10 1(T3 Q . cm ;碳納米管具有獨特的結構，多種導電機理，具有導電性可調，較少的填充量便可以形成導電網鏈，是目前高分子材料導電改性的熱點。本發明中的阻隔抑爆球，與現有金屬鋁合金抑爆材料相比，具有壽命長，無需更換，在易燃易爆化學品中的穩定性更高，無碎屑殘渣，力學性能穩定性更高，無塌陷等現象，拆卸簡單方便等優點。本發明的一種非金屬材料阻隔抑爆球的特點是球體的板層交錯結構保證了類似蜂窩狀的高孔隙結構，可有效阻止浪涌現象，具有較好的抑爆性能，單位體積的填裝密度在5(T60kg/m3范圍內，填裝90%左右占容器的體積的5%左右。本發明在標準條件下進行抑爆性能測試，可將丙烷空氣混合氣體的壓力控制到不大于0. 14MPa (爆炸壓力極限為
0.814MPa)。本發明的特殊結構和良好的導電性能能防止車輛油箱、油罐內由于燃料的流動、沖擊等因素而產生的靜電，避免因靜電引發的燃爆事故。
圖I本發明的非金屬阻隔抑爆球的結構示意2本發明的非金屬阻隔抑爆球的主視3本發明的非金屬阻隔抑爆球的俯視4本發明的非金屬阻隔抑爆球的左視圖附圖標記說明I上管狀結構；2下管狀結構；3弓形片；4環形片；5圓形片
具體實施例方式下面結合實施例，進一步說明本發明。實施例中所用原料碳纖維聚丙烯腈型，長度6mm,直徑6. 5 ii m,拉伸強度彡3. OGpa,密度L 76g/cm3,伸長率彡I. 5%,比電阻I. 6Q cm,遼寧安科活性碳纖維應用技術開發公司。炭黑納米導電炭黑，顆粒直徑為40nm，DBP吸附值為230 X 10_5m3/kg，CTAB吸附比表面積為370X 103m2/kg，PH=8,中橡集團炭黑工業研究設計院。碳納米管粒徑40-50nm，長度20-50 u m,電阻率10 10_3 Q . cm,深圳納米港。尼龍66 :型號EPR27，拉伸強度為55MPa，彎曲強度為71. 8MPa，缺口沖擊強度為9. lkj/m2，中國平煤神馬集團。尼龍6 :型號CM1017，拉伸強度為80. 4MPa，彎曲強度為108MPa，缺口沖擊強度31kJ/m2，體積電阻率為IO14Hm,日本東麗。聚苯硫醚拉伸強度為130MPa，彎曲強度為207MPa，缺口沖擊強度為7kJ/m2，日本寶里。聚丙烯拉伸強度24MPa，彎曲強度為50MPa，缺口沖擊強度為2. 5kJ/m2，燕山石化公司。實施例I :如附圖所示，一種非金屬阻隔抑爆球，包括上管狀結構I、下管狀結構2、弓形片3、環形片4和圓形片5，上管狀結構I、下管狀結構2、弓形片3、環形片4和圓形片5構成中空柵格狀球體；所述上管狀結構I和下管狀結構2分別設置于球體的上下兩端，與球體同軸；所述弓形片3的數量為四個，對稱設置于上管狀結構I和下管狀結構2的周圍，相鄰的兩個弓形片互相垂直，弓形片3的弦分別與上管狀結構I和下管狀結構2固定連接，弓形片3的弧構成球體的經線；所述環形片4的數量為四個，環形片4的內徑與上管狀結構I的內徑、下管狀結構2的內徑相同；所述環形片4沿球體軸線垂直插入所述弓形片3中，與弓形片3固定連接，弓形片3沿球體軸線均勻分布在上管狀結構I和下管狀結構2之間，環形片4外周構成球體的緯線；上管狀結構和下管狀結構距環形片的距離為2. 2mm。
所述圓形片5的數量為兩個，所述圓形片5為中間設置有矩形孔的圓形，圓形片5平行于球體軸線，對稱分布在球體軸線兩側，且垂直于一對弓形片插入弓形片3和環形片4中；所述矩形孔的兩個短邊分別與靠近上管狀結構I和下管狀結構2的兩個環形片重合；圓形片5上被靠近上管狀結構和下管狀結構的環形片，及弓形片分隔的區域內設置有小矩形孔，所述小矩形孔設置在弓形片和環形片組成的直角區域內，圓形片上設置有四個圓孔；每個孔分別設置在被環形結構分隔的區域內。所述環形片4上設置四個圓孔，每個孔分別設置在被弓形片和圓形片分隔的區域內。球體直徑為30mm,板層厚度為0. 5mm,環形片與環形片的距離為7mm,圓形結構與弓形片的距離為7mm,上管狀結構和下管狀結構的外徑為8mm,內徑為7mm。所述抑爆球采用塑料加工模具注塑而成，抑爆球體材料的組合物包括以下成分和重量百分比
尼龍6母粒100 碳纖維43
10100.4
168 0 2按照上述重量百分比稱量各組分，將抗氧劑與尼龍6母粒于高速混合機混合2分鐘，然后將其與碳纖維一起放入雙螺桿擠出機中造粒，雙螺桿選用南京杰恩特機電有限公司生產的SHF-30型。螺桿機轉速400轉/分，擠出機各段溫度控制為料筒溫度為一區235°C，二區 230°C，三區 240°C，四區 245°C，五區 250°C，機頭 260°C。實施例2 同實施例1，區別僅在于抑爆球體材料的組合物包括以下成分尼龍6母粒100重量份
碳纖維9 重量份
10100.2重量份
1680.1重量份實施例3 球體結構同實施例1，抑爆球體材料的組合物包括以下成分和重量百分比尼龍66母粒100重量份 碳纖維13.4重量份
碳黑19.6重量份
10100.3重量份
1680.2重量份按照上述重量百分比稱量各組分，將抗氧劑、炭黑與尼龍66母粒于高速混合機混合3分鐘，然后將其與碳纖維一起放入雙螺桿擠出機中造粒，碳纖維由擠出機的副加料口加入。雙螺桿選用南京杰恩特機電有限公司生產的SHF-30型。螺桿機轉速450轉/分，擠出機各段溫度控制為料筒溫度為一區240°C，二區245°C，三區260°C，四區265°C，五區265°C，機頭 265 0C o實施例4 球體結構同實施例1，抑爆球體材料的組合物包括以下成分
尼龍66母粒100重量份
碳纖維10重量份
碳納米管19.6重量份
10100.2重量份
1680.1 重量份按照上述重量百分比稱量各組分，將抗氧劑、碳納米管與尼龍66母粒于高速混合機混合3分鐘，然后將其與碳纖維一起放入雙螺桿擠出機中造粒，碳纖維由擠出機的副加料口加入。雙螺桿選用南京杰恩特機電有限公司生產的SHF-30型。螺桿機轉速450轉/分，擠出機各段溫度控制為料筒溫度為一區240°C，二區245°C，三區260°C，四區265°C，五區 265°C，機頭 265 0C o實施例5:
球體結構同實施例1，抑爆球體材料的組合物包括以下成分和重量百分比
尼龍66母粒100重量份 碳纖維9 重量份 碳黑19.6重量份 碳納米管5 重量份
10100.3重量份
1680.2重量份
按照上述重量百分比稱量各組分，將抗氧劑、炭黑、碳納米管與尼龍66母粒于高速混合機混合3分鐘，然后將其與碳纖維一起放入雙螺桿擠出機中造粒，碳纖維由擠出機的副加料口加入。雙螺桿選用南京杰恩特機電有限公司生產的SHF-30型。螺桿機轉速450轉/分，擠出機各段溫度控制為料筒溫度為一區240°C，二區245°C，三區260°C，四區265°C，五區 265°C，機頭 265°C。實施例6 球體結構同實施例1，抑爆球體材料的組合物包括以下成分
聚苯硫醚100重量份 碳纖維9.8重量份 碳納米管12.3重量份
10100.36重量份
1680.24重量份按照上述重量百分比稱量各組分，將抗氧劑、碳納米管與聚苯硫醚母粒于高速混合機混合3分鐘，然后將其與碳纖維一起放入雙螺桿擠出機中造粒，碳纖維由擠出機的副加料口加入。雙螺桿選用南京杰恩特機電有限公司生產的SHF-30型。螺桿機轉速500轉/分，擠出機各段溫度控制為料筒溫度為一區285°C，二區285°C，三區290°C，四區295°C，五區300°C，機頭305°C。實施例7:球體結構同實施例1，抑爆球體材料的組合物包括以下成分和重量百分比PP母粒100重量份
碳纖維19.2重量份
10100.3重量份 1680.15重量份按照上述重量百分比稱量各組分，將抗氧劑與PP母粒于高速混合機混合2分鐘，然后將其與碳纖維一起放入雙螺桿擠出機中造粒，碳纖維由擠出機的副加料口加入。雙螺桿選用南京杰恩特機電有限公司生產的SHF-30型。螺桿機轉速350轉/分，擠出機各段溫度控制為料筒溫度為一區170°C，二區170°C，三區175°C，四區180°C，五區185°C，機頭185。。。實施例8 球體結構同實施例1，抑爆球體材料的組合物包括以下成分和重量百分比
PP母粒100重量份
碳纖維11.3重量份
碳納米管1.1重量份
10100.34重量份 1680.22重量份按照上述重量百分比稱量各組分，將抗氧劑、碳納米管與PP母粒于高速混合機混合3分鐘，然后將其與碳纖維一起放入雙螺桿擠出機中造粒，碳纖維由擠出機的副加料口加入。雙螺桿選用南京杰恩特機電有限公司生產的SHF-30型。螺桿機轉速450轉/分，擠出機各段溫度控制為料筒溫度為一區170°C，二區170°C，三區175°C，四區180°C，五區185°C，機頭 185 0C o實施例f 8中材料性能測試結果列于表I :表I
權利要求
1.一種非金屬阻隔抑爆球，其特征在于 所述抑爆球包括上管狀結構、下管狀結構、弓形片、環形片和圓形片，上管狀結構、下管狀結構、弓形片、環形片和圓形片構成中空柵格狀球體； 所述上管狀結構和下管狀結構分別設置于球體的上下兩端，與球體同軸； 所述弓形片的數量為四個，對稱設置于上管狀結構和下管狀結構的周圍，相鄰的兩個弓形片互相垂直，弓形片的弦分別與上管狀結構和下管狀結構固定連接，弓形片的弧構成球體的經線； 所述環形片的數量為3飛個，環形片的內徑與上管狀結構的內徑、下管狀結構的內徑相同；所述環形片沿球體軸線垂直插入所述弓形片中，與弓形片固定連接，弓形片沿球體軸線均勻分布在上管狀結構和下管狀結構之間，環形片外周構成球體的緯線；所述環形片上設置有圓孔； 上管狀結構和下管狀結構距環形片的距離不小于2mm ； 所述圓形片的數量為兩個，所述圓形片為中間設置有矩形孔的圓形，圓形片平行于球體軸線且垂直于一對弓形片插入弓形片和環形片中；所述矩形孔的兩個短邊分別與靠近上管狀結構和下管狀結構的兩個環形片重合；圓形片上被靠近上管狀結構和下管狀結構的環形片，及弓形片分隔的區域內設置有小矩形孔，所述小矩形孔設置在弓形片和環形片組成的直角區域內，圓形片上設置有圓孔； 所述球體直徑為3(T40mm。
2.如權利要求I所述的非金屬阻隔抑爆球，其特征在于 所述環形片上設置四個圓孔，每個圓孔分別設置在被弓形片和圓形片分隔的區域內；所述圓形片上設置四個圓孔，每個圓孔分別設置在被環形結構分隔的區域內。
3.如權利要求I所述的非金屬阻隔抑爆球，其特征在于 所述環形片的數量為4個。
4.如權利要求I所述的非金屬阻隔抑爆球，其特征在于 所述弓形片上設置有孔。
5.如權利要求f4之一所述的非金屬阻隔抑爆球，其特征在于 所述非金屬阻隔抑爆球的材料是塑料組合物，包括以重量份數計的以下組分基材100重量份碳纖維9 43重量份炭黑0 19.6重量份碳納米管0 19.6重量份抗氧劑0.5 0.8重量份 所述基材為尼龍6、尼龍66、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯中的至少一種； 所述碳纖維為短切碳纖維； 所述炭黑為納米導電炭黑； 所述的抗氧劑為多元受阻酚型抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑的復配。
6.如權利要求5所述的非金屬阻隔抑爆球，其特征在于所 述多元受阻酚型抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑的重量比為3/2 2/1。
全文摘要
本發明公開了一種非金屬阻隔抑爆球，包括上管狀結構、下管狀結構、弓形片、環形片和圓形片，上管狀結構、下管狀結構、弓形片、環形片和圓形片構成中空柵格狀球體；所述上管狀結構和下管狀結構分別設置于球體的上下兩端，與球體同軸；弓形片的數量為四個，對稱設置于上管狀結構和下管狀結構的周圍，環形片的數量為3~5個，環形片沿球體軸線垂直插入所述弓形片中；圓形片的數量為兩個。本發明中的非金屬阻隔抑爆球，具有壽命長，無需更換，在易燃易爆化學品中的穩定性更高，無碎屑殘渣，力學性能穩定性更高，無塌陷等現象，拆卸簡單方便等優點。
文檔編號C08K3/04GK102807054SQ201210232080
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月5日 優先權日2012年7月5日
發明者臧充光, 焦清介, 郭學永, 朱祥東, 熊春華, 魯長波 申請人:北京理工大學