CN102807054B - 一种非金属阻隔抑爆球 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非金属阻隔抑爆球，包括：上管状结构、下管状结构、弓形片、环形片和圆形片，上管状结构、下管状结构、弓形片、环形片和圆形片构成中空栅格状球体；所述上管状结构和下管状结构分别设置于球体的上下两端，与球体同轴；弓形片的数量为四个，对称设置于上管状结构和下管状结构的周围，环形片的数量为3~5个，环形片沿球体轴线垂直插入所述弓形片中；圆形片的数量为两个。本发明中的非金属阻隔抑爆球，具有寿命长，无需更换，在易燃易爆化学品中的稳定性更高，无碎屑残渣，力学性能稳定性更高，无塌陷等现象，拆卸简单方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及阻隔抑爆技术领域，更进一步说，涉及一种非金属阻隔抑爆球。
背景技术
在盛有汽油、柴油、乙炔等液体的容器中，由于存在这些易挥发物质的蒸汽和空气的混合气体，极易发生燃烧和爆炸。阻隔抑爆技术是一种可以有效防止易燃易爆的气态和液态危险化学品在储运中因意外事故（静电、焊接、枪击、碰撞、错误操作等）引发的爆炸，从根本上解决易燃易爆液、气态危险化学品的储运过程中本质安全的专有技术，简称为HAN（Hypostasis Anchor-holdNo-expolosion），意为本质安全不爆炸。
美国在上世纪60年代在军事油品的安全和储运上开始使用聚氨酯泡沫抑爆材料；该材料在油料中的化学稳定性差，很快被铝合金抑爆材料所替代。铝合金抑爆材料被广泛应用至今。国外主要的铝合金抑爆材料主要有Explosafe、Ex-Co、ExploControl、eEess等，国内主要有LF21、JFJ、HFJ等。
蜂窝状的阻隔抑爆材料将油箱内腔分为若干个“小室”或“腔体”，这些“小室”或“腔体”可以有效遏制火焰的传播，使爆炸压力波急剧衰减；同时这种蜂窝结构的材料在单位体积内具有较高的表面效能，从而具有良好的吸热性，可以迅速地将燃烧释放出来的热量吸收，使燃烧反应后的温度降低，反应气体的膨胀程度缩小，容器内的压力值增高不大，使燃烧速度达不到爆炸的极限速度，从而达到抑爆的目的。
AQ3001-2005《汽车加油（气）站、轻质燃油和液化石油气汽车罐车用阻隔防爆储罐技术要求》中指出：阻隔防爆材料在储罐内不应出现碎屑，否则会影响储罐自身和储罐下一步工序的正常工作。铝合金抑爆材料材料内部结晶大，导致材料脆性大、延展率低，防锈性能差等缺点，容易断裂掉渣；严重时甚至造成油路堵塞，导致油路点火不着，长期浸泡过程中材料容易对油品的稳定性指标（诱导其、实际胶质）、洁净指标（固体颗粒物）和水溶性酸碱等指标有影响，影响油品质量；碎渣可堵塞油表导致其不能转动，无法准确测量优良；另外，铝箔边缘可能开裂，影响材料的抑爆性能。
发明内容
为解决现有技术中铝合金抑爆材料脆性大，延伸率低的技术问题，本发明提供了一种非金属阻隔抑爆球，具有优良的力学性能、化学稳定性和抑爆性能，可以克服现有抑爆材料中的缺陷。
本发明的目的是提供一种非金属阻隔抑爆球。
包括：上管状结构、下管状结构、弓形片、环形片和圆形片，上管状结构、下管状结构、弓形片、环形片和圆形片构成中空栅格状球体；
所述上管状结构和下管状结构分别设置于球体的上下两端，与球体同轴；
所述弓形片的数量为四个，对称设置于上管状结构和下管状结构的周围，相邻的两个弓形片互相垂直，弓形片的弦分别与上管状结构和下管状结构固定连接，弓形片的弧构成球体的经线；
所述环形片的数量为3～5个，环形片的内径与上管状结构的内径、下管状结构的内径相同；所述环形片沿球体轴线垂直插入所述弓形片中，与弓形片固定连接，弓形片沿球体轴线均匀分布在上管状结构和下管状结构之间，环形片外周构成球体的纬线；所述环形片上设置有圆孔；
上管状结构和下管状结构距环形片的距离不小于2mm；
所述圆形片的数量为两个，所述圆形片为中间设置有矩形孔的圆形，圆形片平行于球体轴线且垂直于一对弓形片插入弓形片和环形片中；所述矩形孔的两个短边分别与靠近上管状结构和下管状结构的两个环形片重合；圆形片上被靠近上管状结构和下管状结构的环形片，及弓形片分隔的区域内设置有小矩形孔，所述小矩形孔设置在弓形片和环形片组成的直角区域内，圆形片上设置有圆孔；
所述球体直径为30～40mm。
优选：
所述环形片上设置四个圆孔，每个圆孔分别设置在被弓形片和圆形骗分隔的区域内；所述圆形片上设置四个圆孔，每个圆孔分别设置在被环形结构分隔的区域内。
所述弓形片上可以设置有孔，优选与圆形片平行的一对弓形片上设置有孔。
所述非金属阻隔抑爆球的材料是塑料组合物，包括以重量份数计的以下组分：
所述基材为尼龙6、尼龙66、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯中的至少一种；
所述碳纤维为短切碳纤维；优选：长度为3mm～6mm，直径为6～8μm，含碳量≥93%，比电阻为1.6×10-3Ω.cm；碳纤维是应用于塑料导电改性的常用纤维之一。碳纤维的加入还可以提高基体材料的力学性能，当基体材料收到外力冲击时，纤维粒子在材料内部可以产生大量的微变形，从而在吸收能量的同时可以较好地传递产生的应力，使基体产生屈服形变消耗部分冲击能量，可对基体材料起到增强与增韧的作用。
所述炭黑为纳米导电炭黑；优选颗粒直径为40～50nm，DBP吸附值为204×10-5m3/kg，CTAB吸附比表面积为363×103m2/kg，PH=7.8；炭黑是最常用的导电填料之一，而纳米炭黑粒子较小，即炭黑粒子之间相互接触的几率较大且粒子间间距小，导电性较常规炭黑要好。
所述的抗氧剂为多元受阻酚型抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的复配，二者的重量比优选为3/2～2/1，优选四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）与抗氧剂三［2，4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（168）复配。
所述的碳纳米管优选粒径10～30nm，长度10～50μm，电阻率10～10-3Ω.cm；碳纳米管具有独特的结构，多种导电机理，具有导电性可调，较少的填充量便可以形成导电网链，是目前高分子材料导电改性的热点。
本发明中的阻隔抑爆球，与现有金属铝合金抑爆材料相比，具有寿命长，无需更换，在易燃易爆化学品中的稳定性更高，无碎屑残渣，力学性能稳定性更高，无塌陷等现象，拆卸简单方便等优点。
本发明的一种非金属材料阻隔抑爆球的特点是：球体的板层交错结构保证了类似蜂窝状的高孔隙结构，可有效阻止浪涌现象，具有较好的抑爆性能，单位体积的填装密度在50～60kg/m3范围内，填装90%左右占容器的体积的5%左右。本发明在标准条件下进行抑爆性能测试，可将丙烷空气混合气体的压力控制到不大于0.14MPa（爆炸压力极限为0.814MPa）。
本发明的特殊结构和良好的导电性能能防止车辆油箱、油罐内由于燃料的流动、冲击等因素而产生的静电，避免因静电引发的燃爆事故。
附图说明
图1本发明的非金属阻隔抑爆球的结构示意图
图2本发明的非金属阻隔抑爆球的主视图
图3本发明的非金属阻隔抑爆球的俯视图
图4本发明的非金属阻隔抑爆球的左视图
附图标记说明:
1上管状结构；2下管状结构；3弓形片；4环形片；5圆形片
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例中所用原料：
碳纤维：聚丙烯腈型，长度6mm，直径6.5μm，拉伸强度≥3.0Gpa，密度1.76g/cm3，伸长率≥1.5%，比电阻1.6Ω·cm，辽宁安科活性碳纤维应用技术开发公司。
炭黑：纳米导电炭黑，颗粒直径为40nm，DBP吸附值为230×10-5m3/kg，CTAB吸附比表面积为370×103m2/kg，PH=8，中橡集团炭黑工业研究设计院。
碳纳米管：粒径40-50nm，长度20-50μm，电阻率10～10-3Ω.cm，深圳纳米港。
尼龙66：型号EPR27，拉伸强度为55MPa，弯曲强度为71.8MPa，缺口冲击强度为9.1kJ/m2，中国平煤神马集团。
尼龙6：型号CM1017，拉伸强度为80.4MPa，弯曲强度为108MPa，缺口冲击强度31kJ/m2，体积电阻率为1014～1015Ω.cm，日本东丽。
聚苯硫醚：拉伸强度为130MPa，弯曲强度为207MPa，缺口冲击强度为7kJ/m2，日本宝里。
聚丙烯：拉伸强度24MPa，弯曲强度为50MPa，缺口冲击强度为2.5kJ/m2，燕山石化公司。
实施例1：
如附图所示，一种非金属阻隔抑爆球，包括：上管状结构1、下管状结构2、弓形片3、环形片4和圆形片5，上管状结构1、下管状结构2、弓形片3、环形片4和圆形片5构成中空栅格状球体；
所述上管状结构1和下管状结构2分别设置于球体的上下两端，与球体同轴；
所述弓形片3的数量为四个，对称设置于上管状结构1和下管状结构2的周围，相邻的两个弓形片互相垂直，弓形片3的弦分别与上管状结构1和下管状结构2固定连接，弓形片3的弧构成球体的经线；
所述环形片4的数量为四个，环形片4的内径与上管状结构1的内径、下管状结构2的内径相同；所述环形片4沿球体轴线垂直插入所述弓形片3中，与弓形片3固定连接，环形片4沿球体轴线均匀分布在上管状结构1和下管状结构2之间，环形片4外周构成球体的纬线；
上管状结构和下管状结构距环形片的距离为2.2mm。
所述圆形片5的数量为两个，所述圆形片5为中间设置有矩形孔的圆形，圆形片5平行于球体轴线，对称分布在球体轴线两侧，且垂直于一对弓形片插入弓形片3和环形片4中；所述矩形孔的两个短边分别与靠近上管状结构1和下管状结构2的两个环形片重合；圆形片5上被靠近上管状结构和下管状结构的环形片，及弓形片分隔的区域内设置有小矩形孔，所述小矩形孔设置在弓形片和环形片组成的直角区域内，圆形片上设置有四个圆孔；每个孔分别设置在被环形结构分隔的区域内。
所述环形片4上设置四个圆孔，每个孔分别设置在被弓形片和圆形片分隔的区域内。
球体直径为30mm，板层厚度为0.5mm，环形片与环形片的距离为7mm，圆形结构与弓形片的距离为7mm，上管状结构和下管状结构的外径为8mm，内径为7mm。
所述抑爆球采用塑料加工模具注塑而成，
抑爆球体材料的组合物包括以下成分和重量百分比：
按照上述重量百分比称量各组分，将抗氧剂与尼龙6母粒于高速混合机混合2分钟，然后将其与碳纤维一起放入双螺杆挤出机中造粒，双螺杆选用南京杰恩特机电有限公司生产的SHF-30型。螺杆机转速400转/分，挤出机各段温度控制为：料筒温度为一区235℃，二区230℃，三区240℃，四区245℃，五区250℃，机头260℃。
实施例2：
同实施例1，区别仅在于：
抑爆球体材料的组合物包括以下成分：
实施例3：
球体结构同实施例1，
抑爆球体材料的组合物包括以下成分和重量百分比：
按照上述重量百分比称量各组分，将抗氧剂、炭黑与尼龙66母粒于高速混合机混合3分钟，然后将其与碳纤维一起放入双螺杆挤出机中造粒，碳纤维由挤出机的副加料口加入。双螺杆选用南京杰恩特机电有限公司生产的SHF-30型。螺杆机转速450转/分，挤出机各段温度控制为：料筒温度为一区240℃，二区245℃，三区260℃，四区265℃，五区265℃，机头265℃。
实施例4：
球体结构同实施例1，
抑爆球体材料的组合物包括以下成分：
按照上述重量百分比称量各组分，将抗氧剂、碳纳米管与尼龙66母粒于高速混合机混合3分钟，然后将其与碳纤维一起放入双螺杆挤出机中造粒，碳纤维由挤出机的副加料口加入。双螺杆选用南京杰恩特机电有限公司生产的SHF-30型。螺杆机转速450转/分，挤出机各段温度控制为：料筒温度为一区240℃，二区245℃，三区260℃，四区265℃，五区265℃，机头265℃。
实施例5：
球体结构同实施例1，
抑爆球体材料的组合物包括以下成分和重量百分比：
按照上述重量百分比称量各组分，将抗氧剂、炭黑、碳纳米管与尼龙66母粒于高速混合机混合3分钟，然后将其与碳纤维一起放入双螺杆挤出机中造粒，碳纤维由挤出机的副加料口加入。双螺杆选用南京杰恩特机电有限公司生产的SHF-30型。螺杆机转速450转/分，挤出机各段温度控制为：料筒温度为一区240℃，二区245℃，三区260℃，四区265℃，五区265℃，机头265℃。
实施例6：
球体结构同实施例1，
抑爆球体材料的组合物包括以下成分：
按照上述重量百分比称量各组分，将抗氧剂、碳纳米管与聚苯硫醚母粒于高速混合机混合3分钟，然后将其与碳纤维一起放入双螺杆挤出机中造粒，碳纤维由挤出机的副加料口加入。双螺杆选用南京杰恩特机电有限公司生产的SHF-30型。螺杆机转速500转/分，挤出机各段温度控制为：料筒温度为一区285℃，二区285℃，三区290℃，四区295℃，五区300℃，机头305℃。
实施例7：
球体结构同实施例1，
抑爆球体材料的组合物包括以下成分和重量百分比：
按照上述重量百分比称量各组分，将抗氧剂与PP母粒于高速混合机混合2分钟，然后将其与碳纤维一起放入双螺杆挤出机中造粒，碳纤维由挤出机的副加料口加入。双螺杆选用南京杰恩特机电有限公司生产的SHF-30型。螺杆机转速350转/分，挤出机各段温度控制为：料筒温度为一区170℃，二区170℃，三区175℃，四区180℃，五区185℃，机头185℃。
实施例8：
球体结构同实施例1，
抑爆球体材料的组合物包括以下成分和重量百分比：
按照上述重量百分比称量各组分，将抗氧剂、碳纳米管与PP母粒于高速混合机混合3分钟，然后将其与碳纤维一起放入双螺杆挤出机中造粒，碳纤维由挤出机的副加料口加入。双螺杆选用南京杰恩特机电有限公司生产的SHF-30型。螺杆机转速450转/分，挤出机各段温度控制为：料筒温度为一区170℃，二区170℃，三区175℃，四区180℃，五区185℃，机头185℃。
实施例1～8中材料性能测试结果列于表1：
表1
由表1测试结果表明，实施例1～8制备出的复合材料在改善基体的力学性能的基础上，明显具备了具有抗静电特性，性能指标满足美军标MIL-prf-87260b对阻隔抑爆材料的抗静电要求，符合制备抑爆材料的要求。
将实施例1～8中制备的各种材料母粒采用注塑机加工成为抑爆球体结构，如图1所示，并将所加工的球体填充于抑爆性能测试装置（符合标准AQ3001-2005）进行抑爆性能测试。
首先进行测试未填装抑爆球体时测试装置中丙烷气体（丙烷空气混合气体爆炸极限为2.1%～9.5%优选浓度为4.5%）的燃爆增压值为164.04kPa，抑爆效果采用下式进行计算：
式中：
Δp′代表未填装抑爆材料时燃爆增压值，kPa；
Δp代表填装抑爆材料后的燃爆增压值，kPa；
λ代表抑爆效果，%。
得到各材料加工的抑爆球的抑爆性能如表2所示：
表2
由表2抑爆性能测试结果表明，实施例1～8均具有优异的抑爆效果，抑爆性能均在90%以上，性能指标明显高于现有的金属合金类抑爆材料，并且具有更高的综合性能，表明本发明的一种非金属阻隔抑爆球将是现有抑爆材料的良好替代品。
Claims (6)
1.一种非金属阻隔抑爆球，其特征在于：
所述抑爆球包括：上管状结构、下管状结构、弓形片、环形片和圆形片，上管状结构、下管状结构、弓形片、环形片和圆形片构成中空栅格状球体；
所述上管状结构和下管状结构分别设置于球体的上下两端，与球体同轴；
所述弓形片的数量为四个，对称设置于上管状结构和下管状结构的周围，相邻的两个弓形片互相垂直，弓形片的弦分别与上管状结构和下管状结构固定连接，弓形片的弧构成球体的经线；
所述环形片的数量为3～5个，环形片的内径与上管状结构的内径、下管状结构的内径相同；所述环形片沿球体轴线垂直插入所述弓形片中，与弓形片固定连接，环形片沿球体轴线均匀分布在上管状结构和下管状结构之间，环形片外周构成球体的纬线；所述环形片上设置有圆孔；
上管状结构和下管状结构距环形片的距离不小于2mm；
所述圆形片的数量为两个，所述圆形片为中间设置有矩形孔的圆形，圆形片平行于球体轴线且垂直于一对弓形片插入弓形片和环形片中；所述矩形孔的两个短边分别与靠近上管状结构和下管状结构的两个环形片重合；圆形片上被靠近上管状结构和下管状结构的环形片及弓形片分隔的区域内设置有小矩形孔，所述小矩形孔设置在弓形片和环形片组成的直角区域内，圆形片上设置有圆孔；
所述球体直径为30～40mm。
2.如权利要求1所述的非金属阻隔抑爆球，其特征在于：
所述环形片上设置四个圆孔，每个圆孔分别设置在被弓形片和圆形片分隔的区域内；所述圆形片上设置四个圆孔，每个圆孔分别设置在被环形结构分隔的区域内。
3.如权利要求1所述的非金属阻隔抑爆球，其特征在于：
所述环形片的数量为4个。
4.如权利要求1所述的非金属阻隔抑爆球，其特征在于：
所述弓形片上设置有孔。
5.如权利要求1～4之一所述的非金属阻隔抑爆球，其特征在于：
所述非金属阻隔抑爆球的材料是塑料组合物，包括以重量份数计的以下组分：
所述基材为尼龙6、尼龙66、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯中的至少一种；
所述碳纤维为短切碳纤维；
所述炭黑为纳米导电炭黑；
所述的抗氧剂为多元受阻酚型抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的复配。
6.如权利要求5所述的非金属阻隔抑爆球，其特征在于：
所述多元受阻酚型抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量比为3/2～2/1。
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