專利名稱：一種非金屬阻隔抑爆球及其組合物的制作方法
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及其組合物，可應用于各類石油化工產品和天然氣以及其他危險化學品的防爆領域。
背景技術：
汽柴油、液化氣、天然氣等液氣態燃料，以及其他液氣態危險化學品(如甲烷、苯等化工原料)的儲存、運輸、使用過程中的防爆問題，一直是世界各國防爆研究的重大課題之
O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-holdNo-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。目前應用于制備阻隔防爆材料的基體材料主要分為金屬合金類和非金屬類材料。金屬合金類阻隔防爆材料應用的基材主要是鋁合金材料，其具有優良的導電、導熱功能，并且加工制備工藝便捷；然而，金屬材料存在著諸多缺陷，主要表現在金屬合金類抑爆材料內部結晶大，可導致材料脆性大、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產生顯著影響，影響油品質量；金屬合金類阻隔抑爆材料在使用中產生的碎渣可堵塞油表導致其不能轉動，無法準確測量優良；另外，金屬合金類材料加工成蜂窩狀薄壁結構，材料整體無較強的結構強度，無法在較大空間中使用，并且，金屬合金材料孔隙邊緣可能開裂，影響材料的抑爆性能。非金屬材料主要是聚氨酯發泡材料，相比其他的阻隔防爆材料，聚氨酯泡沫具有更輕的重量和較小的占有率，然而，聚氨酯泡沫在復雜環境中(如油料)的穩定性，在高溫高濕的環境導致該類材料缺乏水解穩定性(抗濕度性差)，從而水解嚴重導致故障頻生，燃油系統被污染，過濾器被阻塞等，而且該種材料在使用過程中自身發生塌陷情況較為嚴重，僅2至5年的使用壽命。目前公開的一種球形填充體(公開號CN101583402A)，是最接近本發明的現有技術，其采用相互交錯的層狀圓片結構構成，然而在其結構中存在著死角，即其套狀體4、圓形垂直面3和水平平面7構成死角，在液體的油箱或儲罐中造成油料被死角留存而不能夠完 全使用，造成浪費。
發明內容
為解決傳統金屬阻隔抑爆材料和聚氨酯泡沫壽命低、穩定性低，以及現有非金屬 阻隔防爆材料的結構缺陷和占有率過高等技術問題，本發明提供了一種非金屬抑爆球及其 組合物，該非金屬抑爆球具有優良的力學性能、化學穩定性、抑爆性能及較低的占有率，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抑爆球。所述抑爆球包括圓形片、半圓弓形片、上圓環結構、下圓環結構；圓形片、半圓弓 形片、上圓環結構和下圓環結構構成中空柵格狀球體；所述的圓形片數量為1個，設置于由半圓弓形片構成球體的赤道位置并與半圓弓 形片垂直交叉，與半圓弓形片固定連接；所述的上圓環結構和下圓環結構分別設置于球體的上半球和下半球對稱分布，并 與球體同軸，上圓環結構的頂端和下圓環結構的底端分別與半圓形結構相切；上圓環結構 的半徑為上圓環結構底端到圓形片距離的2倍；所述的半圓弓形片對稱設置于上圓環結構和下圓環結構的軸線上，半圓弓形片的 弧構成球體的經線；每個半圓弓形片上設置兩個正方形孔洞，以圓形片為對稱軸分布，正方 形孔洞的邊長與上圓環結構底端到圓形片的距離相同；半圓弓形片互相連接部分被正方形 孔洞切割后構成球體軸線位置的柱形支撐件；所述半圓弓形片數量為61個；所述上圓環結構和下圓環結構被半圓弓形片分割的區域設置有孔，孔的圓點位于 分割區域的中心位置，孔直徑為2 3_ ；所述的一種非金屬阻隔抑爆球的塑料組合物，包括重量份數計的以下組份
蓽材100 重暈份
1 JAW—t-^.\J4
無鹵阻燃劑11.4 31.9重量份
協同阻燃劑1.3 12.7重量份
抗熔滴劑0.6 8.5重量份
導電填料11.4 42.5重量份
增韋刃剤5.1 21.3重量份
抗氧劑0.6 2.1 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；所述的無鹵阻燃劑為磷系阻燃劑，優選為紅磷阻燃劑，紅磷含量范圍是5(T80%。所述的協同阻燃劑為金屬氧化物、硼酸鹽或礬酸鹽類，包括三氧化二銻、氫氧化 鎂、硼酸鋅、硼酸鎂、礬酸鈣、礬酸鋇等。
所述的導電填料為碳系導電填料，包括碳纖維、碳納米管中的任意一種或兩種復配；優選碳纖維為短切碳纖維，含碳量> 93%，比電阻為I. 6 X 10_3 Ω . cm ;碳納米管優選粒徑10 30nm，長度 10 50 μ m,電阻率 10 1(Γ3 Ω · cm。所述的增韌劑為馬來酸酐接枝物，包括POE、SBS、SEBS, PPO等中的一種或幾種復配組合而成。所述的抗熔滴劑為納米有機蒙脫土、高嶺土、粘土中的至少一種，平均粒徑小于等于lOOOnm，優選為納米有機蒙脫土。所述的抗氧劑為受阻酚型抗氧劑和亞磷酸酯類抗炎劑復配，優選β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯(1076)與抗氧劑三[2. 4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯(168)，二者的重量比優選為3/2 2/1。本發明中的一種非金屬阻隔抑爆球，具有優良的力學性能、化學穩定性、抑爆性能及較低的占有率，可以解決傳統金屬阻隔抑爆材料和聚氨酯泡沫壽命低、穩定性低，以及現有非金屬阻隔防爆材料的結構缺陷和占有率過高等技術問題；具有拆卸簡單方便等特點。本發明由于具有相互貫通的結構，在液體的燃料的儲罐等容器中能夠快速填裝和卸載，不存在結構上的死角而造成殘存以致浪費。本發明的一種非金屬阻隔抑爆球的特點是球體的板層交錯的柵格狀結構保證了類似蜂窩狀的高孔隙結構，可有效降低危險液、氣化學品在存儲設備中的揮發性液、汽燃料的汽化與揮發。并可有效阻止浪涌現象，減小大型燃料儲運設備(罐車、油氣運輸船舶)由于浪涌效應引起的不穩定性，減小罐體在彎道或顛簸時發生翻到或顛覆的危險。本發明的非金屬阻隔抑爆球具有良好的阻燃性能，阻燃級別可達到UL94V-0級，可有效防止球體在爆炸中產生燃燒，從而有效阻止由于材料的燃燒引起其他安全區域的危險化學品的燃燒或爆炸。本發明的特殊結構和良好的導電性能能防止罐體內由于液、氣態危險化學品的流動、沖擊等因素而產生的靜電，避免因靜電引發的燃爆事故，并可保證危險化學品的儲運容器不受電磁干擾。本發明的抑爆球，具有較好的抑爆性能，單位體積的填裝密度在3(T50kg/m3范圍內，在容器中的占有率最高不超過5%。本發明在行業標準(AQ 3001-2005)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O. 167MPa (爆炸壓力極限為
O.814MPa)。
圖I本發明的一種非金屬阻隔抑爆球的立體2本發明的一種非金屬阻隔抑爆球的主視3本發明的一種非金屬阻隔抑爆球的俯視圖附圖標記說明I-圓形片；2-半圓弓形片；3_上圓環結構；4_下圓環結構
具體實施例方式下面結合實施例，進一步說明本發明。
實施例中所用原料的來源為碳纖維聚丙烯腈型，長度6mm,直徑6. 5 μ m,拉伸強度彡3. OGpa,密度I. 76g/cm3,伸長率彡I. 5%,比電阻I. 6Ω · cm,遼寧安科活性碳纖維應用技術開發公司。碳納米管粒徑40-50nm，長度20-50 μ m,電阻率10 10_3 Ω . cm,深圳納米港。三氧化二鋪粒度500nm,天津湘虹化工有限公司。POE-g-MAH,沈陽四維化工有限公司。PPO-g-MAH, SBS-g-MAH, SEBS-g-MAH :北京百川高科材料有限公司。納米有機蒙脫土 型號DK_3，浙江豐虹粘土化工有限公司。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IO14 IO15 Ω. cm，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，包括圓形片I、半圓弓形片2、上圓環結構3和下圓環結構4,圓形片I、半圓弓形片2、上圓環結構3和下圓環結構4構成中空柵格狀球體；所述的圓形片I數量為一個，設置于由半圓弓形片2構成球體的赤道位置并與半圓弓形片2垂直交叉，與半圓弓形片2固定連接；所述的上圓環結構3和下圓環結構4分別設置于球體的上半球和下半球對稱分布，并與球體同軸，上圓環結構3的頂端和下圓環結構4的底端分別與半圓形結構2相切，上圓環結構3的底端和下圓環結構4的頂端距離圓形片I為5mm ;上圓環結構3的半徑為上圓環結構3底端到圓形片I距離的2倍；所述的半圓弓形片2對稱設置于上圓環結構3和下圓環結構4的軸線上,半圓弓形片2的弧構成球體的經線；每個半圓弓形片2上設置兩個正方形孔洞，以圓形片I為對稱軸分布，正方形孔洞的邊長與上圓環結構3底端到圓形片I的距離相同；半圓弓形片2互相連接部分被正方形孔洞切割后構成球體軸線位置的柱形支撐件；半圓弓形片2的數量為8個；所述上圓環結構3和下圓環結構4被半圓弓形片2分割的區域設置有孔，孔的圓點位于分割區域的中心位置，孔直徑為3_ ；所述抑爆球球體直徑為30mm。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納米有機冡脫土
碳纖維
POE-g-MAH
1076
168
8.5重量份42.5重量份
5 I 重量份
0.4重量份0.3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6母粒包覆紅磷阻燃劑三氧化二梯納米有機蒙脫土碳纖維POE-g-MAH1076168
3 9 4 3Sll I· I· 8- 4·
,_^ 3 I—丄 2 Ii 2 O O
-. UJ
S量份:量份〔量份 量份I量份按照上述重量百分比稱量各組分，將包覆紅磷阻燃劑、三氧化二銻、納米有機蒙脫土、碳纖維、增韌劑(POE-g-MAH)、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I，區別僅在于
抑爆球體材料的組合物包括以下成分
尼龍6母粒包覆紅磷阻燃劑
100重量份
11.4重量份尼龍66母粒100重量份
包覆紅磷阻燃劑15重量份
三氧化二銻4.5重量份
納米有機蒙脫土8.5重量份
碳纖維15重量份
碳納米管15重量份
SBS-g-MAH19重量份
10760.64重量份
1680.32重量份按照上述重量百分比稱量各組分，將包覆紅磷阻燃劑、三氧化二銻、納米有機蒙脫 土、碳纖維、碳納米管、增韌劑(SBS-g-MAH)、抗氧劑與尼龍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。。。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
包覆紅磷阻燃劑25重量份
三氧化二銻6.6重量份
納米有機蒙脫土6重量份
碳纖維28重量份
碳納米管14重量份
POE-g-MAH15 重量份
10761.3重量份
1680.7重量份按照上述重量百分比稱量各組分，將包覆紅磷阻燃劑、三氧化二銻、納米有機蒙脫 土、碳纖維、碳納米管、增韌劑(POE-g-MAH)、抗氧劑與尼龍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。。。
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母粒包覆紅磷阻燃劑三氧化二銻納米有機蒙脫土碳納米管SEBS-g-MAH1076168
100重量份
27重量份6 S重量份5.5重量份12重量份14重量份1.3重量份0.7重量份 按照上述重量百分比稱量各組分，將包覆紅磷阻燃劑、三氧化二銻、納米有機蒙脫土、碳納米管、增韌劑(SEBS-g-MAH)、抗氧劑與尼龍66母粒于高速混合機混合3分鐘后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
9納米有機蒙脫土
碳納米管12重量份
SBS-g-MAH14 重量份
10761.3重量份
1680.7重量份按照上述重量百分比稱量各組分，將包覆紅磷阻燃劑、三氧化二銻、納米有機蒙脫土、碳納米管、增韌劑(SBS-g-MAH)、抗氧劑與聚苯硫醚母粒于高速混合機混合3分鐘后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
包覆紅磷阻燃劑
三氧化二銻
納米有機蒙脫土碳纖維POE-g-MAH1076168按照上述重量百分比稱量各組分，將包覆紅磷阻燃劑、三氧化二銻、納米有機蒙脫土、碳纖維、增韌劑(POE-g-MAH)、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°C。實施例8:
100重量份
20重量份
I I 份 I 份
量量量量量
311 In H 一一1 一rf
S 賣 Pt 望灣5
5 2. I· 4· 3·8 4 5 0 0
聚苯硫醚包覆紅磷阻燃劑
氧化:
Oo
1X
27
6.8
重量份
重量份
IO
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
包覆紅磷阻燃劑
三氧化二銻
納米有機蒙脫土
碳納米管
PPO-g-MAH
1076
168
100
27
6.8
5.5
42.514!.30.7量份I量份
份按照上述重量百分比稱量各組分，將包覆紅磷阻燃劑、三氧化二銻、納米有機蒙脫土、碳納米管、增韌劑(PPO-g-MAH)、抗氧劑與PP母粒于高速混合機混合3分鐘后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°C。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 所述阻隔抑爆球包括圓形片、半圓弓形片、上圓環結構、下圓環結構；圓形片、半圓弓形片、上圓環結構和下圓環結構構成中空柵格狀球體； 所述的圓形片數量為I個，設置于由半圓弓形片構成球體的赤道位置并與半圓弓形片垂直交叉，與半圓弓形片固定連接； 所述的上圓環結構和下圓環結構分別設置于球體的上半球和下半球對稱分布，并與球體同軸，上圓環結構的頂端和下圓環結構的底端分別與半圓形結構相切；上圓環結構的半徑為上圓環結構底端到圓形片距離的2倍； 所述的半圓弓形片對稱設置于上圓環結構和下圓環結構的軸線上，半圓弓形片的弧構成球體的經線；每個半圓弓形片上設置兩個正方形孔洞，以圓形片為對稱軸分布，正方形孔洞的邊長與上圓環結構底端到圓形片的距離相同；半圓弓形片互相連接部分被正方形孔洞切割后構成球體軸線位置的柱形支撐件。
2.如權利要求I所述的一種非金屬阻隔抑爆球，其特征在于，所述的半圓弓形片數量為6 8個。
3.如權利要求I所述的一種分金屬阻隔抑爆球，其特征在于，上圓環結構和下圓環結構被半圓弓形片分割的區域設置有孔，孔的圓點位于分割區域的中心位置。
4.如權利要求f4之一所述的一種非金屬阻隔抑爆球，其特征在于，所述的組合物為塑料組合物，包括重量份數計的以下組份基材100 重量份無鹵阻燃劑11.4-31.9重量份協同阻燃劑1.3 12.7重量份抗熔滴劑0.6 8.5 重量份導電填料11.4-42.5重量份增_劑5.1-21.3重量份抗氧劑0.6-2.1 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； 所述的無鹵阻燃劑為磷系阻燃劑； 所述的協同阻燃劑為金屬氧化物、硼酸鹽或礬酸鹽類； 所述的抗靜電劑為碳系導電填料，以熔融共混的方式添加到尼龍基體中； 所述的增韌劑為馬來酸酐接枝物； 所述的抗熔滴劑為納米有機蒙脫土、高嶺土、粘土中的至少一種，平均粒徑小于等于IOOOnm ； 所述的抗氧劑為受阻酚型抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑復配。
5.如權利要求5所述的一種非金屬阻隔抑爆球，其特征在于，所述的碳系導電填料包括碳纖維和碳納米管中的任意一種或者其中兩種復配。
全文摘要
本發明公開了一種非金屬阻隔抑爆球，包括圓形片、半圓弓形片、上環狀結構和下環狀結構；圓形片、半圓弓形片、上環狀結構和下環狀結構構成中空柵格狀球體；上環狀結構和下環狀結構分別設置于球體的上下兩端，與球體同軸；半圓弓形片對稱設置于球體軸線周圍并于上環狀結構和下環狀結構相交，圓形片設置于球體的赤道位置并于半圓弓形片垂直交叉，與半圓弓形片固定連接。本發明的非金屬抑爆球，由具有高耐溶劑性的塑料組合物構成，具有壽命長、穩定性高，無需更換，在容器中具有非常低的體積占有率，力學性能更高，無塌陷等現象，拆卸簡單方便等優點，適合大規模工業化生產及在危險化學品中推廣應用。
文檔編號C08K7/00GK102921124SQ20121044713
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者不公告發明人 申請人:北京理工大學