专利名称：球形填充体改性材料配方的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种用于填充到易挥发易燃易爆的液/气体容器内的球形填充体的改性材料配方。
背景技术：
汽柴油和液化气等液气态燃料，以及各类危险化学品的储存、运输设施和工具的防爆问题，使用液气态燃料的各种交通工具的安全性，一直是世界各国防爆研究的重大课题之一。为保障我国经济发展和生产的安全进行，国家先后制定并出台了一系列相关规定和措施以保障人民生命和财产的安全，同时也有力推进了安全生产的进行。然而，当前得安全生产形势依然严峻，经济的快速发展使得各行业仍存在各种安全隐患，重大特大伤亡事故石油发生，为国家领导和安全监督机关所重视。作为化学品生产大国，我国危险化学品安全生产的形势也较为严峻，其关键因素之一在于材料生产和储运设备的本质安全度较低。交通、能源、化工等领域的易燃、易爆液气态化学品运输容器和装置的安全矛盾日益突出，事故频发，给国家和人民生命财产带来极大损失和危害。据2006年统计，全国共有加油站9万余座。由于国民经济快速发展和城市化进程的加快，导致部分加油站产生了许多严重的安全隐患，比如安全距离和安全措施不达标，设备老化等等，一旦遇到外在因素，爆炸和火灾随时可能发生。目前我国有近40万辆油气运输车，一旦遇到突发因素，这些运输车就可能成为40万颗定时炸弹。成品油在运输过程中，因静电、交通意外事故，以及设备和容器的不当维修等造成的事故总数占95%。此外，国防安全的需要，社会不安定因素和国内外恐怖活动的存在，都对安全防爆问题提出了要求。采用高科技手段，从根本上解决易燃易爆产品的本质安全问题势在必行！针对爆炸产生的主要原因，目前各行业大多采用被动型防御措施:如静电防护，防雷，防爆电机电器，保护性接地接零，机器润滑消除摩擦，采用不产生火花的工具(铜制工具)，严禁烟火，防日晒等。容器储罐爆炸产生的主要原因:I)温度过热或燃烧导致的容器内压力过高；2)电能转化为着火源:电火花，电弧，静电放电，短路，雷击，电磁辐射；3)机械能转化为着火源:摩擦，撞击，绝热压缩等；4)限制火灾蔓延的措施包括:如防火门，阻火装置，防爆泄压装置等。但被动型防爆的缺陷在于难于真正从根本上消除隐患并减少突发事故带来的损失。
近半个世纪以来，防爆技术因其在各行业的重要性，以及应用的不断扩展，一直受到各国政府的普遍重视，并相继投入了大量的人力和物力进行研发。许多政府、检测机构和独立实验室都积极参与了各种防爆材料的测试项目，不少防爆系统已经通过相关领域的关键测试，被证实对易燃易爆液气容器具有防爆功用，故此，防爆系统被军队和其他政府当局选用来保护各种交通工具的油箱。通过向易燃易爆物质内填充防爆材料来达到抑爆目的的技术属于本质安全法，是最安全可靠的防爆方法，适用于最危险的场合。本质安全技术是防爆技术的发展方向。不过，由于当前各种防爆技术的局限性，至今未有一种产品能真正全面应用到各个行业中去。下面简单介绍几种具有代表性的防爆技术:一、惰性气体防爆装置从上个世纪90年代起，总共只有3架喷气式客机因为火花引燃了油箱而发生爆炸，最为惨重的是1996年7月17日美国环球航空公司800航班在从纽约JFK机场升空后不久发生爆炸，造成机上230人全部遇难。联邦航空局2005年提议设立相关规定，以防止油箱爆炸事件再次发生。飞机制造商以成本过高为由拒绝这一提议。美国运输部部长玛丽.彼得斯于08年7月16日宣布航空安全新规定，要求一些型号的喷气式客机和货机必须安装一种防止燃油箱爆炸的装置。美联社16日报道，新规定适用于波音747客机等油箱位于机身中部的新产客机和货机。新规定说，飞机制造商和民用航空公司必须在飞机上安装一种装置，这种装置可在燃油用完时用惰性氮取代极易引发爆炸的氧填充油箱。
二、聚氨酯(PU)泡棉早在二十世纪60年代，一种具有防爆效果的聚氨酯泡棉在美国和英国得到权威机构的证实。该材料性能较稳定，很快替代了当时应用于油罐的惰性系统。不过，美国空军在东南亚的经历显露了这种材料应用在飞机油箱内的弱点，当地高温湿度的热带气候暴露出这种材料缺乏水解稳定性(抗湿度性差)，仅2至5年的使用寿命导致故障频生，燃油系统被污染。过滤器被阻塞。值得一提的是，这种材料至今仍在近岸赛艇，一级方程式赛车和部分飞机等领域使用，因为这是在阻燃易爆技术之前唯一能够降低高温爆炸风险的系统。三、金属阻隔防爆技术阻隔防爆技术源于70年代初，由其匈牙利发明人约瑟夫带领的加拿大研发团队进行了持续近四分之一世纪的努力完成的。阻隔防爆的原理是将容器分割成单元区间，并利用热传导效应消除储存容器中的爆炸区(爆炸点)，使其失去爆炸条件，从而有效防止爆炸事故的发生。进入90年代，阻隔防爆技术衍生出一种金属箔结构的防爆网格材料，具有显著的防爆效果。我国对阻隔防爆材料的研究比国外起步要晚，研究生产的阻隔防爆材料主要是金属类阻隔防爆材料。虽然目前金属类阻隔防爆材料在国内获得较为广泛的应用，但该种防爆材料仍存在诸多问题:I)金属箔防爆材料体积较大，通常为卷曲状或层状的蜂窝形结构，向油罐中装填、拆卸、清洗维护过程繁琐，操作非常困难，通常需要对现有的储油装置内进行改装，安装、拆装以及清洗成本较高，内部结构较为复杂的装置更是难以安装；2)为解决上述安装问题，金属箔材料衍生出一种球形产品，可通过管状入口装入容器，但因小球互相钩挂，在装填过程中会产生拥堵现象，阻塞装填管路，同时也不易装满容器。3)该材料在车辆移动过程中会与油罐内壁及自身摩擦磨损产生金属碎屑，不但对油品使用带来不利影响，而且阻塞污染油路管道和过滤系统的问题。4)该材料在使用过程中经过油料的长时间晃荡、冲击会压缩、变形，直至整体结构发生塌陷，从而造成容器上方出现未填充空间，在此积聚的油气混合物极易发生爆炸，存在较大的安全隐患，难以在工业界尤其是军事领域得到全面推广。5)该种材料在应用中也暴露出不同程度的油品污染和氧化，对油品性能产生不利影响，例如长期使用后油品的酸度和实际肢质会增加，汽油的辛炕值、诱导期和柴油的十六兢值会有所下降等。正是由于上述缺点的存在，限制了金属类阻隔防爆材料在我国的进一步应用和发展，使其难以在工业界尤其是军事领域得到全面推广。特别是军用燃料方面，目前尚没有理想的阻隔防爆材料投入使用，因此亟需开展研究适用于我军军用燃料的新型阻隔防爆材料。目前已知的公开技术是申请号200780050216.7公开的一种球形填充体(其申请日是2007年10月16日，
公开日是2009年11月18日，优先权日分别是[32] 2006.11.21 [33]AT[31]A1916/2006、[32]200612.4[33]AT[31]A2007/2006、[32]2007.7.3[33]AT[31]A1023/2007)，是最接近本发明的现有技术。
发明内容
针对现有阻隔防爆技术存在的缺陷及问题，我们自主研发了一种球形填充体的改性材料，能满足高强度阻燃防爆技术的要求。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。球形填充体改性材料配方，包括基材和改性剂，基材选用尼龙6、聚苯硫醚、聚醚醚酮、尼龙11中的任意一种，改性剂选用碳纤维、碳纳米管、炭黑或导热导电塑料中的任意一种。球形填充体改性材料根据不同的市场应用与需求衍生为不同结构与组份的系列产品，系列产品采用不同比例的基材和改性剂配比，分别是:1.针对汽、柴油和煤油等液态燃料开发的产品:所述改性剂为碳纤维，质量百分比10 30%，其余为基材；所述改性剂为碳纳米管，质量百分比2 8%，其余为基材；2.针对汽、柴油和煤油等液态燃料开发的产品:所述改性剂为碳纤维，质量百分比30 50%，其余为基材；所述改性剂为碳纳米管，质量百分比8 15%，其余为基材；3.针对化工类等液态产品开发的产品:所述改性剂为碳纤维，质量百分比 10 30%，其余为基材；
所述改性剂为碳纳米管，质量百分比2 8%，其余为基材；4.针对化工类等气态产品开发的产品:所述改性剂为碳纤维，质量百分比30 50%，其余为基材；所述改性剂为碳纳米管，质量百分比8 15%，其余为基材；采用本发明的球形填充体改性材料配方生产球形中空填充体，相较于聚氨酯泡棉材料和金属箔网格结构的防爆材料，不产生碎屑等残余物，无油品氧化等污染现象，无后续影响，使用寿命长。同时，本填充体易于装填、拆装和清洗，安装与维护成本低，尤其适用于内部空间结构复杂或局部空间狭小、聚氨酯泡棉和金属箔网格结构抑爆材料不易填充的容器。球形填充体的使用效果和特性具体体现在:在遇到电火花，外部明火、焊接、静电、枪击、误操作等意外事故时，能有效防止易挥发燃料和危险化学品发生火灾爆炸事故，提高设备的本质安全度；该抑爆产品的机械和化学性能稳定，抗腐蚀性强，无污染，可防止容器内壁腐蚀，避免泄漏和延长容器寿命；增强油罐和容器的抗冲击力；显著减缓浪涌现象，减轻液体晃动程度以防止在运输过程中因液体快速流动而造成油罐重心发生危险偏移，从而最大可能地避免了因运输车辆在急转弯、急停或加速造成的翻车事故，甚至可明显降低轮胎损耗；预防BLEVE现象( BLEVE现象即液体沸点气化膨胀爆炸的缩写，油罐遭遇火灾时，因罐内气体液化导致压力急剧增加，极易导致容器断裂，形成爆炸。)，一方面可以为疏散危险区域人群争取时间，另一方面可增加容器存活和救火员灭火的可能性；消除静电释放，该产品可消除燃料在运输过程中因液体流动摩擦和剧烈搅动产生造成的静电；提供全天候防护，防止因雷击引发的爆炸；发生起火事件，可显著降低热辐射和火焰高度，为及时救火工作带来方便；阻燃抑爆储油容器能够迅速将降低碳氢化合物等油气转化为油珠，抑制油气挥发。即节省成本，又能减少环境污染。
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。图1是本发明所述球形填充体改性材料的样品之一在电镜下的微观结构图。图2是本发明所述球形填充体改性材料的样品之二在电镜下的微观结构图。
具体实施例方式如图1-2所示，球形填充体改性材料配方，包括基材和改性剂，基材选用尼龙6、聚苯硫醚、聚醚醚酮、尼龙11中的任意一种，改性剂选用碳纤维、碳纳米管、炭黑或导热导电塑料中的任意一种。球形填充体改性材料根据不同的市场应用与需求衍生为不同结构与组份的系列产品，系列产品采用不同比例的基材和改性剂配比，分别是:
1.针对汽、柴油和煤油等液态燃料开发的产品:所述改性剂为碳纤维，质量百分比10 30%，其余为基材；所述改性剂为碳纳米管，质量百分比2 8%，其余为基材；2.针对汽、柴油和煤油等液态燃料开发的产品:所述改性剂为碳纤维，质量百分比30 50%，其余为基材；所述改性剂为碳纳米管，质量百分比8 15%，其余为基材；3.针对化工类等液态产品开发的产品:所述改性剂为碳纤维，质量百分比10 30%，其余为基材；所述改性剂为碳纳米管，质量百分比2 8%，其余为基材；4.针对化工类等气态产品开发的产品:所述改性剂为碳纤维，质量百分比30 50%，其余为基材；所述改性剂为碳纳米管，质量百分比8 15%，其余为基材；
采用本发明的球形填充体改性材料配方生产球形中空填充体,相较于聚氨酯泡棉材料和金属箔网格结构的防爆材料，不产生碎屑等残余物，无油品氧化等污染现象，无后续影响，使用寿命长。同时，本填充体易于装填、拆装和清洗，安装与维护成本低，尤其适用于内部空间结构复杂或局部空间狭小、聚氨酯泡棉和金属箔网格结构抑爆材料不易填充的容器。球形填充体的使用效果和特性具体体现在:在遇到电火花，外部明火、焊接、静电、枪击、误操作等意外事故时，能有效防止易挥发燃料和危险化学品发生火灾爆炸事故，提高设备的本质安全度；该抑爆产品的机械和化学性能稳定，抗腐蚀性强，无污染，可防止容器内壁腐蚀，避免泄漏和延长容器寿命；增强油罐和容器的抗冲击力；显著减缓浪涌现象，减轻液体晃动程度以防止在运输过程中因液体快速流动而造成油罐重心发生危险偏移，从而最大可能地避免了因运输车辆在急转弯、急停或加速造成的翻车事故，甚至可明显降低轮胎损耗；预防BLEVE现象(BLEVE现象即液体沸点气化膨胀爆炸的缩写，油罐遭遇火灾时，因罐内气体液化导致压力急剧增加，极易导致容器断裂，形成爆炸。)，一方面可以为疏散危险区域人群争取时间，另一方面可增加容器存活和救火员灭火的可能性；消除静电释放，该产品可消除燃料在运输过程中因液体流动摩擦和剧烈搅动产生造成的静电；提供全天候防护，防止因雷击引发的爆炸；发生起火事件，可显著降低热辐射和火焰高度，为及时救火工作带来方便；阻燃抑爆储油容器能够迅速将降低碳氢化合物等油气转化为油珠，抑制油气挥发。即节省成本，又能减少环境污染。实施过程中，材料的制作:先将所需要的基材与相对应比例的改性剂准备好，充分混合(混合在固态下进行。填加碳纳米管时，需要先按照特定比例将碳纳米管与基材充分混合制成母粒，然后才能作为改性剂使用)，然后添加一定的相溶剂，改性剂需要在基材进入双螺杆改性工序之前通过另外一个进料口进入，最后通过双螺杆抽粒机进行改性，抽粒和造粒(主要通过双螺杆抽粒机实现)，形成所需要的可注塑的柱状材料颗粒，通常直径约
2.0-2.5_、长度约3.0mm0然后打样条，对材料的性能进行测试。PA6(尼龙6)，PPS(聚苯硫醚)，Peek(聚醚醚酮)和PAll (尼龙11)对不同的基材都能采用相类似的工艺，只是在生产过程中调节其工艺参数。主要是因为各种基材的熔点不同，所以在双螺杆改性加工过程中需要调节温度:PA改性温度为250°C。PPS改性温度为340°C。PEEK改性温度为:420°C，PAll改性温度为:250°C。以上 均指普通型号的基材。
权利要求
1.形填充体改性材料配方，包括基材和改性剂，基材选用尼龙6、聚苯硫醚、聚醚醚酮、尼龙11中的任意一种，改性剂选用碳纤维、碳纳米管、炭黑或导热导电塑料中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的球形填充体改性材料配方，其特征在于， 所述改性剂为碳纤维，质量百分比10 30%，其余为基材。
3.根据权利要求1所述的球形填充体改性材料配方，其特征在于， 所述改性剂为碳纳米管，质量百分比2 8%，其余为基材。
4.根据权利要求1所述的球形填充体改性材料配方，其特征在于， 所述改性剂为碳纤维，质量百分比30 50%，其余为基材。
5.根据权利要求1所述的球形填充体改性材料配方，其特征在于， 所述改性剂为碳纳米 管，质量百分比8 15%，其余为基材。
全文摘要
球形填充体改性材料配方，包括基材和改性剂，基材选用尼龙6、聚苯硫醚、聚醚醚酮、尼龙11中的任意一种，改性剂选用碳纤维、碳纳米管、炭黑或导热导电塑料中的任意一种。球形填充体改性材料根据不同的市场应用与需求衍生为不同结构与组份的系列产品，系列产品采用不同比例的基材和改性剂配比。采用本发明的球形填充体改性材料配方生产球形中空填充体，相较于聚氨酯泡棉材料和金属箔网格结构的防爆材料，不产生碎屑等残余物，无油品氧化等污染现象，无后续影响，使用寿命长。同时，本填充体易于装填、拆装和清洗，安装与维护成本低，尤其适用于内部空间结构复杂或局部空间狭小、聚氨酯泡棉和金属箔网格结构抑爆材料不易填充的容器。
文档编号C08L77/02GK103087513SQ20111034074
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者崔洪亮 申请人:青岛泰瑞自动化技术有限公司