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    山東通泰橡膠股份有限公司

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    輸送帶靜電產生機理及抗靜電方法

    2020-05-08 14:50:18

    聚氯乙烯(PVC)輸送帶作為一種新型的塑料制品,以其重量輕、壽命長、阻燃性好、不易產生摩擦等優點,被廣泛用于煤礦、礦山和各類工廠企業。但是,由于PVC是良好的絕緣體,表面電阻大,導電性能差,在煤礦這一富含瓦斯又易產生靜電的場合,極易因靜電積聚而引發爆炸或火災等重大事故。因此,需要通過配方設計提高PVC阻燃輸送帶的抗靜電性能。


      1靜電產生機理及抗靜電方法1. 1靜電產生過程采用塑料與橡膠材料制成的輸送帶在煤礦井下運行時,會因受到摩擦造成帶體上正、負電荷失去平衡而產生靜電荷,靜電荷積聚在輸送帶表面不易消失,當達到一定值時,會對接地物體產生放電火花,引起火災或瓦斯爆炸。


      1. 2抗靜電方法目前,塑料抗靜電的方法主要是控制靜電的產生和積累,控制靜電的產生主要是通過減輕或防止摩擦來減少靜電的產生;控制靜電的積累主要是通過接地傳導、增加環境相對濕度以及加入抗靜電劑或導電物質(如導電炭黑、金屬粉等)來加速靜電泄漏,避免靜電的大量聚積。


      山東通泰橡膠有限公司為了使絕緣性能良好的塑料具有一定的導電性,主要采用以下幾種方法:①在塑料中添加抗靜電劑或用抗靜電劑對制品進行表面涂敷。②向塑料中添加導電性填料(如導電炭黑、金屬粉等)。③通過接枝共聚改變聚合物結構,使其帶有較多的極性基團或離子基團,增加導電性。④用強氧化劑氧化塑料制品表面,增加導電性。


      而在PVC阻燃輸送帶的實際生產過程中,一般采用在覆蓋層配方中添加抗靜電劑和導電填料的方法,來降低輸送帶的表面電阻和體積電阻,使其具有一定的抗靜電性能。


      2抗靜電配方的探索與討論對煤礦用PVC阻燃輸送帶來講,配方的抗靜電性是非常重要的問題,為了使輸送帶運行過程中產生的靜電荷通過本身及時傳導并泄漏掉,我們必須從工藝狀況、生產成本等多種因素考慮,選擇合適的抗靜電劑和導電材料,來降低PVC阻燃輸送帶的表面電阻,確保輸送帶的表面電阻不大于3×10 8Ω。


      2. 1抗靜電劑的選擇為了使PVC阻燃輸送帶具有良好的抗靜電性能,目前國內使用的傳統方法是在配方中添加季銨鹽類陽離子抗靜電劑;而實踐證明季銨鹽類陽離子型抗靜電劑雖然附著力強,抗靜電性能優良,但它在實際使用過程中存在著許多不足之處。首先,季銨鹽類抗靜電劑本身耐熱性較差,容易受熱分解,能降低PVC樹脂的熱穩定性,加快PVC樹脂的老化進程,這點在我們使用單脂肪烷基三甲基鹵化銨抗靜電劑進行生產的過程中已得到充分證實;其次,季銨鹽類陽離子型抗靜電劑能與PVC阻燃輸送帶配方中的硬脂酸鉛、硬脂酸鋇等金屬皂類熱穩定劑發生化學反應,形成穩定的復合物,從而影響輸送帶的抗靜電效果,降低樹脂的熱穩定性。因此在耐熱性要求極高的PVC阻燃輸送帶的生產過程中不宜采用季銨鹽類陽離子型抗靜電劑,應使用熱穩定性和抗靜電性都十分良好的非離子型抗靜電劑。


      根據PVC輸送帶的實際加工條件,并考慮所用抗靜電劑與配方中的其他助劑的相互影響,本次采用非離子型的酯類抗靜電劑來降低PVC阻燃輸送帶的表面電阻。非離子型抗靜電劑耐熱性能良好,與其它助劑配伍性佳,沒有離子型抗靜電劑易于引起塑料老化的缺點,在加工使用過程中對制品物理機械性能也無不良影響。此類抗靜電劑的作用機理主要是:①抗靜電劑的親水基團增加制品表面的吸濕性,形成一個單分子的導電膜;②在塑料制品表面形成抗靜電劑分子層,增加制品表面的平滑性,從而減少摩擦,降低靜電荷的產生。經過反復試驗證明,在增塑劑用量超過30份的阻燃輸送帶覆蓋層配方中加入非離子型抗靜電劑KJ - 210以及阻燃劑三(β-氯乙基)磷酸酯(TCEP),經過混煉將其均勻分散于本來是非導體的PVC塑料中,成型后它能逐漸遷移到輸送帶表面,形成抗靜電分子層,從而降低輸送帶表面電阻,使PVC阻燃輸送帶具有良好的抗靜電性能和阻燃性能。


      2. 2導電材料的選擇由于炭黑是天然的半導體材料,導電性能持久穩定,可大幅度調整高分子材料的電阻率,加之來源廣泛,價格便宜,因此,選用炭黑作為導電填料。從降低生產成本等多種因素考慮,本配方采用乙炔炭黑作為導電材料。


      山東通泰橡膠有限公司采用炭黑作為導電材料,能夠降低PVC塑料的體積電阻率,使其具有一定的導電性。通常人們認為,炭黑是以粒子形式分散于PVC樹脂中,隨著炭黑添加量的增加,粒子間距不斷縮小,當粒子接近或接觸時,便形成大量導電網絡通道, PVC塑料的導電性能就被大大提高。但是PVC塑料制品電阻率的下降,并不與炭黑的添加量成直線關系,當達到一定的添加量后,即使再增加炭黑,其導電性改變也不再顯著。據有關資料報道,當炭黑加入量大于7份后,炭黑的導電網絡已形成,添加更多的炭黑對PVC塑料制品的表面電阻影響不大,反而隨著炭黑量的不斷增加, PVC塑料的拉伸強度、沖擊強度、伸長率均大幅下降,硬度上升,并且在PVC塑料燃燒時會產生紅燼,降低阻燃效果。因此,要解決PVC阻燃輸送帶的抗靜電問題僅用多加入炭黑的方法是不可取的,必須選擇準確使用量。


      現擬定PVC阻燃輸送帶合適抗靜電配方為:PVC, 100; KJ - 210, 7;乙炔炭黑, 5; TCEP, 9;穩定劑, 6;潤滑劑、加工助劑,適量。


      3實驗工藝以及測試結果3. 1工藝流程及要求PVC阻燃抗靜電輸送帶的試制工藝流程如下:PVC樹脂、各種助劑攪拌捏合塑煉壓延平板成型制樣捏合溫度控制: 105~115℃。兩輥開煉機溫度控制:前輥, 150~155℃;后輥, 145~150℃。三輥壓延機溫度控制:上輥, 140~145℃;中輥, 150~155℃;下輥, 90~100℃。平板成型溫度控制:高溫度不超過165℃。


      3. 2測試結果采用上述抗靜電配方,經過生產性加工制成的PVC阻燃抗靜電輸送帶經國家采煤機械質量監督檢驗中心檢驗,其導電性能和阻燃性能均符合MT914 - 2002《煤礦用織物整芯阻燃輸送帶》標準要求,其性能測試結果如所示。


      4結論在PVC阻燃輸送帶的生產過程中,加入非離子型抗靜電劑KJ - 210以及導電材料乙炔炭黑,能夠在降低生產成本的同時,大幅度提高PVC輸送帶的抗靜電性能和阻燃性能,并使其具有良好的物理機械性能。


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