织物整芯输送带阻燃方法研究理工论文
介绍了煤矿用织物整芯输送带的阻燃原理、配方,分析了主要阻燃组分对阻燃性能的影响。实践证明,采用协同效应好的阻燃体系组合,能够达到良好的阻燃效果,大幅度提高煤矿织物整芯输送带的阻燃性能。
关键词:整芯输送带阻燃方法,研究
1前言
目前,织物整芯输送带成为煤矿井下主要运输工具,它具有重量轻、寿命长、耐磨性好、抗撕裂性好、防腐蚀等特点。但由于织物整芯输送带所用的整体带芯材质多为涤纶和锦纶工业丝以及棉线,因涤纶、锦纶丝和棉线易于燃烧,故织物整芯输送带的阻燃性能很难得到保证,严重威胁煤矿的安全生产。因此,煤矿用织物整芯输送带的阻燃问题越来越引起人们的重视和关注。本文主要探讨煤矿用织物整芯输送带如何实现阻燃的方法,以期指导煤矿用织物整芯阻燃输送带的生产。
2输送带材料的着火燃烧经过、阻燃机理以及解决方法
2.1输送带材料的着火燃烧经过
生产煤矿用织物整芯输送带的主要原料是以聚氯乙烯(PVC)为主的高分子材料,为了达到阻燃的目的,首先必须弄清这些材料的燃烧经过。
生产输送带所用高分子材料的燃烧是一个非常复杂、激烈的氧化反应,其燃烧的过程是在外界热源不断加热下,输送带材料先与空气中的氧发生自由基链式降解反应,产生挥发性可燃物,当达到一定温度和浓度时,就开始燃烧。燃烧一般都经过(1)材料的分解;(2)挥发性燃烧气体的液相扩散;(3)燃烧气体的气相扩散;(4)燃烧气体进行氧化反应;(5)燃烧热进行辐射;(6)在材料内经传热继续进行氧化反应而继续燃烧。
2.2输送带材料的阻燃机理
针对上述生产煤矿用织物整芯输送带所用材料燃烧所经历的过程,输送带材料的阻燃机理,不外乎干扰氧、热和可燃物这三个维持燃烧的基本要素,一般通过以下途径来实现:
1) 阻燃剂产生较重的不燃气体或高沸点液体,覆盖于输送带材料表面,将氧和可燃物的联系阻断。科技论文,研究。
2) 阻燃剂产生大量不燃气体,冲淡燃烧区域的可燃性气体的浓度和氧的浓度。
3) 通过阻燃剂的吸热分解和吸热升华,降低聚合物表面的温度,使之难燃或延缓燃烧过程。
4) 阻燃剂捕捉燃烧链锁反应中的活性自由基,中断链式氧化反应,抑制燃烧。[1]
2.3煤矿用织物整芯输送带的阻燃方法
为使煤矿用整芯输送带达到所需的阻燃性能,确保煤矿井下使用的安全性,选用自身阻燃性能良好的PVC作生产输送带的主要原材料,并且采用一组协同性和相容性很好的阻燃体系组合。科技论文,研究。
2.3.1 煤矿用织物整芯阻燃输送带主要原材料PVC的选择
为了获得良好的物理机械性能以及优良的阻燃性能,以满足煤矿井下安全生产的需要,我们采用PVC作为生产整芯阻燃输送带的主要原材料。PVC不仅具有较好的力学性能,而且还具有良好的阻燃性,因为PVC含氯量高,受热发生分解时,首先脱出氯化氢(HCl)和活性氯原子,活性氯原子又与燃烧反应的活性氢原子结合,而终止一个燃烧链,并生成一个氯化氢分子(HCl),生成的氯化氢气体冲淡燃烧区域的可燃性气体的浓度以及氧的浓度,同时隔离氧气,达到阻碍燃烧的目的。
2.3.2 阻燃体系组合
PVC本身的氧指数是很高的,硬质PVC塑料的氧指数在46以上。但在PVC整芯输送带加工过程中,大量增塑剂的加入使其氧指数大大下降,降低了PVC整芯阻燃输送带的阻燃性能。[2]
1.鉴于上述情况,并兼顾PVC的加工性能,本次煤矿用织物整芯阻燃输送带的阻燃体系组合主要为卤系阻燃剂+含锑阻燃剂+水合硼酸锌+磷酸酯类阻燃增塑剂+氢氧化铝阻燃剂等。科技论文,研究。含卤化合物的阻燃
在高温下含卤阻燃剂分解产生的卤原子(Br或Cl)与PVC聚合物反应生成卤化氢,卤化氢与高活性羧基自由基反应生成水,从而中断链式氧化过程,使燃烧减缓,以至停止。同时生成的水又形成水蒸汽带走大量热量,降低PVC聚合物表面温度,防止火焰的蔓延。[1]其燃烧反应式如下:
含卤阻燃剂 M (M代表Br或Cl)
M + RHR + HM
OH + HMH2O + M
2.三氧化二锑与含卤化合物并用的阻燃
三氧化二锑本身并无阻燃作用,但在卤化物的存在下却显示出很大的协同效应,因其在高温下与卤化物反应生成挥发性的卤化锑和卤氧化锑,卤氧化锑受热后继续反应生成卤化锑,它们的挥发吸收了大量热量;同时产生的卤化锑又是一种比重较大的不可燃气体,它从输送带燃烧物中分解出来后就形成浓密的烟雾紧紧的覆盖在输送带燃烧物表面,隔绝氧气和冲稀可燃气体以达到灭火作用。其反应式如下:
Sb2O3 + 6HM 2SbM3+ 3H2O (M代表Br或Cl)
Sb2O3 + 2HM 2 SbOM +H2O
5SbOM Sb4O5M2 + SbM3
4 Sb4O5M2 5 Sb3O4M + SbM3
3 Sb3O4M 4 Sb2O3 + SbM3 [3]
3.水合硼酸锌与含卤化合物并用的阻燃
水合硼酸锌含有结晶水,它在吸热分解脱水时能够吸取大量热量,抑制输送带燃烧部分及其附近的温度上升;分解出的水蒸汽反过来阻止可燃气体的释放,使输送带在燃烧时产生的热量和表面温度降低。同时硼酸锌又与卤系阻燃剂反应生成不可燃固体卤化硼和卤化锌,残存在输送带燃烧物表面,这两种物质热熔状态下是一种致密的玻璃状熔融物,在输送带燃烧物表面形成一层保护覆盖层,把可燃物质封闭在内部,隔绝氧气,起到良好的阻燃作用。其燃烧反应如下:
2ZnO·3B2O3·3.5H2O + 22RM 2ZnM2+ 6BM3 + 11R2O + 3.5H2O [3]
(M代表Br或Cl)
4.磷化合物和氢氧化铝的阻燃
首先,磷酸酯类阻燃增塑剂的加入,不仅使PVC树脂变得易于加工,制得的.输送带成品有良好的物理机械性能,更为重要的是它的阻燃效果相当好。因为磷化合物燃烧生成的聚偏磷酸是一种不易挥发的稳定化合物,在输送带燃烧物表面形成隔离层,隔绝氧和可燃物,并且聚偏磷酸的脱水作用,也促使输送带表面材料炭化形成碳化层,隔断氧和可燃物的联系。燃烧时磷与卤素反应生成的卤化磷具有较大蒸汽密度,它覆盖于火焰表面,起到了隔绝氧气和冲淡可燃物作用,同时产生的卤化氢捕捉活性自由基,中断了链式氧化反应。科技论文,研究。[1]
其次,环保型无机阻燃剂氢氧化铝[Al(OH)3]的加入,在大大降低生产成本的同时,起到了一定的阻燃作用。科技论文,研究。氢氧化铝受热分解时,放出结晶水,吸收大量的热,降低燃烧物表面的温度,从而防止PVC输送带的着火和火焰的蔓延,同时氢氧化铝又能减少烟雾和有毒气体的产生。科技论文,研究。
2.4 阻燃体系组合在煤矿用织物整芯阻燃输送带中的应用试验
煤矿用织物整芯阻燃输送带的阻燃体系组合的配比见表1:
表1 阻燃体系组合配比表
原料名称 EPVC 氯溴化石蜡 三氧化二锑 硼酸锌 TCEP 氢氧化铝
配比 100 25 8 7 10 15
通过实践证明,此阻燃体系组合在燃烧时产生大量不可燃气体和不可燃残余物,在气相上起到了抑制效应和复盖效应,固相上起到了封闭隔离效应,达到了非常理想的阻燃效果,酒精喷灯燃烧试验结果见表2:
试验条件:火焰温度 960±60℃试验燃烧时间30S
表2 酒精喷灯燃烧试验结果
测试值 项 目 标准 试验结果
1 2 3 4 5 6
无覆盖胶层试样 6块纵向试样 单个值 (S) ≤15 0.62 1.45 0.88 0.97 1.5 1.11
平均值(S) ≤5 1.09
6块横向试样 单个值(S) ≤15 1.12 0.96 0.73 1.28 1.63 0.7
平均值(S) ≤5 1.07
3结束语
在生产煤矿井下用织物整芯阻燃输送带的过程中,采用协同效应非常好的阻燃体系组合,能够在降低生产成本的同时,大幅度提高织物整芯输送带的阻燃性能,并使其具有良好的物理机械性能。
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