CN104059472A - 煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料及制作、涂装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料，其特征在于：所述的粉末涂料由热固性树脂、固化剂、填料和助剂组成，其中各成分的质量百分比为热固性树脂30～60％，固化剂4.5～30％，填料30～40％，助剂2～12％，上述各成分的百分比之和为100%。使用本发明产品并采用静电喷涂，一次涂装膜厚可达300～800um,经一次烘烤固化即可达到性能要求，涂装的劳动生产效率高。而且涂装时未喷涂上去的粉末涂料可以回收再用，涂料的利用率达98%以上。这种粉末涂料涂塑后的钢管具有优良的抗静电阻燃性能。并且涂塑后的涂层与基材之间有很好的附着力。

Description

煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料及制作、涂装方法

技术领域

本发明涉及热固性粉末涂料的技术领域，具体地说是一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料及其制作方法和高压静电涂装方法。

背景技术

煤炭作为经济发展的主要能源被誉为黑色金子，煤炭的开发、开采对经济的发展、社会的进步提供了巨大的动力。在早期煤炭的开采中，没有瓦斯抽放装置，也没有通风装置，仅仅依靠自然通风。随着开采的深入，自然通风已经不能满足安全生产需要，继而出现强制通风装置，为避免开采过程中和输送过程中粉尘浓度过高产生尘暴，在煤矿井下使用给水及排水装置，至此出现煤矿用管道。

以往，煤矿一般采用金属、混凝土管道进行井下输水，送风，抽放、输送瓦斯等。铸铁管、钢管的主要缺点是易腐蚀生锈，易爆炸伤人，在煤矿的特殊环境中，金属管材的腐蚀极为严重，是急需解决的造成煤矿经挤损失的主要问题之一。混凝土管的各种性能虽优越，耐腐蚀也很好，但密度大，运输、铺设、安装极为不便。

在1997年以前，我国煤矿所采用的各种管道大多为钢铁管道。后来随着PE双抗料（阻燃、抗静电）、PVC双抗料（阻燃、抗静电）、玻璃钢双抗料（阻燃、抗静电）的研制成功，促使塑料管道在煤矿井下得到一些应用。现在，我国应用于煤矿中的塑料管道已有许多种类：（1）实壁PE阻燃、抗静电管道；（2）实壁PVC阻燃、抗静电管道；（3）玻璃钢阻燃、抗静电管道；（4）PVC阻燃、抗静电缠绕管道；（5）复合钢骨架聚乙烯管材。但是据市场反馈，许多生产煤矿用塑料管的厂家都是按照MT558.1-2005标准中的第2部分“聚乙烯管材”或第3部分“聚氯乙烯管材”对产品进行检验的，据一些专家所言，MT558.1-2005标准的这两个部分对塑料管材的机械性能指标定的太低，如果仅按照MT558.1-2005标准第2部分“聚乙烯管材”的要求在煤矿井下推广使用聚乙烯管道，后果将不堪设想。原因是：对塑料管材来说，在各项指标中，抗冲击能力和抗快速开裂能力是一项非常重要的指标。因为在正常使用条件下，各类管材可能都没有问题，怕的是条件变化和突发事件，诸如：地层塌陷，水压、气压波动，特别是各种外力的冲击、敲打、碰撞等等，这在现实环境中是经常发生、防不胜防的。聚氯乙烯管、玻璃钢管都是因为抗冲击强度太低，事故不断而被许多行业禁止或限制使用。就是PE80聚乙烯管也多次发生事故，如匈牙利PE80燃气管道一次开裂700m。所以PE80聚乙烯管只能用于低压管线，而且要加4倍的安全系数。在这方面人们往往有个误区，以为管材厚度增加，管材快速开裂就可以避免。其实只要所用的管材不具备一定的抗冲击强度和抗快速开裂的能力，3cm、4cm厚的管材在突然遇到冲击时照样会开裂。这也正是目前许多煤矿井下用塑料管道厂家虽然生产的管材壁厚已经很厚了，但仍然解决不了管材接头开裂，事故频发的原因所在。复合钢骨架聚乙烯管材具有独特的三层结构，内层是抗静电、阻燃、耐腐蚀、耐磨的聚乙烯层；中间层是增强层，材料是由高强度钢丝环向缠绕，抗内压抗轴向负载；外层是抗静电、阻燃、保护用的聚乙烯层。但是复合钢骨架聚乙烯管材要经过三层结构，比较复杂，中间粘合的时候还要用到胶水，不环保。

煤矿井下用涂塑钢管是把普通钢管经过工艺处理，在钢管内、外层表面涂敷一种特制的粉末涂料而制得的复合钢管。涂塑复合钢管适用于-30℃～120℃的工作环境，与其他金属管、塑料管、复合管相比，它综合了各种管道的特点，既有钢管的强度，又有塑料管的耐腐蚀、耐磨损，流体阻力小等特点，是一种安全卫生强度高，粘结强度好的绿色管道。涂塑钢管优良的耐化学腐蚀性、耐水性及耐磨性，能够解决因输水、输煤、埋地和酸、碱、盐对煤矿管道的腐蚀，将大大提高煤矿管道的使用寿命，使用年限可达30-50年。煤矿的服务年限可根据矿井生产能力、储量备用系数和矿井现实回收率等指标计算，全国统配煤矿平均矿井实际服务年限为36年，地方煤矿平均实际服务年限为30年。可见，在矿井服务年限内，使用粉末涂料涂塑钢管可一次投资，终身受益。

但煤矿井下用管道都有很高的阻燃、抗静电要求，而涂塑钢管涂层的基材为有机聚合物，由于有机聚合物属于易燃、绝缘材料，所以其阻燃、抗静电性能很差，很难满足煤矿井下特定的环境要求。粉末涂料本身的性能优越性体现在可以通过添加填料改变微观结构，从而提高其阻燃抗静电性能。目前国内很多粉末涂料生产厂家已经开始进行这方面的研究，但经常遇到阻燃效果达到标准要求而抗静电性能达不到要求，或者抗静电性能达到要求阻燃效果达不到标准要求；再有就是添加填料后树脂基体粘度过高、工艺性很差；还有就是配方的经济性不佳、成本过高，导致产品无法在市场上立足等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料及制作、涂装方法，它可克服现有技术中涂料阻燃、抗静电性能很差，很难满足煤矿井下特定的环境要求，同时粉末涂料涂塑后的涂层与基材之间附着力差，制作方法复杂，成本过高的一些不足。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料，其特征在于：所述的粉末涂料由热固性树脂、固化剂、填料和助剂组成，其中各成分的质量百分比为热固性树脂30～60％，固化剂4.5～30％，填料30～40％，助剂2～12％，上述各成分的百分比之和为100%。

一种应用如权利要求1所述产品的高压静电涂装方法，其特征在于：所述的涂装方法首先将管件预热至粉末涂料熔融温度，然后将流化床流化后的粉末涂料喷涂至管件上，随后进行固化，固化温度为160℃～200℃，固化时间为6～30min。

一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料的制作方法,其特征在于：所述的制作方法步骤如下：首先将质量百分比为30～60％的热固性树脂、4.5～30％的固化剂、30～40％的填料及2～12％的助剂，经过高速混合机进行预混合（混合时间控制在5～10min），然后用熔融挤出机挤出（一区温度控制在40℃-50℃，二区温度控制在60℃-80℃，三区温度控制在95℃～105℃），并通过冷却辊和冷却带设备冷却至室温，再用破碎设备粉碎成薄片，将薄片细粉碎，这些细粉碎物经过旋风分离器分离并筛选即得到粉末涂料产品，粉末涂料产品颗粒小于120目。

使用时本发明提供一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料，这种粉末涂料涂塑后的钢管其内、外壁表面电阻算术平均值不大于1.0×10⁶Ω。在用酒精喷灯进行燃烧试验时，6根试样的有焰燃烧时间的算术平均值不大于3s，其中任何一条试样的有焰燃烧时间不大于10s；6根试样的无焰燃烧时间的算术平均值不大于20s，其中任何一条试样的无焰燃烧时间不大于60s。并且涂塑后的涂层与基材之间有很好的附着力。本发明是专为涂塑煤矿管道而研制的一种粉末涂料，由热固性树脂、固化剂、填料和助剂按质量百分比组成，使用本发明产品并采用静电喷涂，一次涂装膜厚可达300～800um,经一次烘烤固化即可达到性能要求，涂装的劳动生产效率高。而且涂装时未喷涂上去的粉末涂料可以回收再用，涂料的利用率很高，可达98%以上。涂塑后的钢管具有优良的抗静电阻燃性能。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

本发明所述的一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料，其与现有技术的区别在于：所述的粉末涂料由热固性树脂、固化剂、填料和助剂组成，其中各成分的质量百分比为热固性树脂30～60％，固化剂4.5～30％，填料30～40％，助剂2～12％，上述各成分的百分比之和为100%。

所述的热固性树脂为环氧树脂，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，酚醛环氧树脂中的一种或两种的混合物；所述的助剂为流平剂、脱气剂、松散剂、固化促进剂、偶联剂、附着力促进剂中的一种或两种以上的混合；所述的填料为导电炭黑、石墨、导电云母粉、导电硫酸钡金属粉末、氰尿素三聚氰胺（MCA）、红磷、氯蜡-70、氢氧化铝、氢氧化镁、蒙脱土、硅灰石粉、石英粉、高岭土、玻璃微珠、陶瓷微珠中的一种或两种以上物质的混合物。流平剂选用丙烯酸酯均聚物或丙烯酸酯共聚物，如流平剂503或流平剂504；脱气剂选用苯偶姻（俗称二苯乙醇酮或者安息香）；固化促进剂选用2-甲基咪唑、2-苯基咪唑啉、环脒、呱啶、胍、三嗪化合物、或者尿素衍生物；松散剂选用气相二氧化硅（又称白炭黑）；偶联剂选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。所述的粉末涂料的颗粒小于120目。

一种应用如权利要求1所述产品的高压静电涂装方法，其与现有技术的区别在于：所述的涂装方法首先将管件预热至粉末涂料熔融温度，然后将流化床流化后的粉末涂料喷涂至管件上，随后进行固化，固化温度为160℃～200℃，固化时间为6～30min。预热温度设定在160℃～220℃之间，预热时间为30min～40min；流化床流化时注意保持粉末涂料沸腾后的液面处于水平状态，根据涂塑要求的涂层厚度控制喷涂时间。涂塑要求的涂层厚度越厚喷涂时间越长，越薄喷涂时间越短。

一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料的制作方法,其与现有技术的区别在于：所述的制作方法步骤如下：首先将质量百分比为30～60％的热固性树脂、4.5～30％的固化剂、30～40％的填料及2～12％的助剂，经过高速混合机进行预混合（混合时间控制在5～10min），然后用熔融挤出机挤出（熔融挤出机一区温度控制在40℃-50℃，二区温度控制在60℃-80℃，三区温度控制在95℃～105℃），并通过冷却辊和冷却带设备冷却至室温，再用破碎设备粉碎成薄片，将薄片细粉碎，这些细粉碎物经过旋风分离器分离并筛选即得到粉末涂料产品，粉末涂料产品颗粒小于120目。所述的热固性树脂为环氧树脂，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，酚醛环氧树脂中的一种或两种的混合物；所述的助剂为流平剂、脱气剂、松散剂、固化促进剂、偶联剂、附着力促进剂中的一种或两种以上的混合；所述的填料为导电炭黑、石墨、导电云母粉、导电硫酸钡金属粉末、氰尿素三聚氰胺（MCA）、红磷、氯蜡-70、氢氧化铝、氢氧化镁、蒙脱土、硅灰石粉、石英粉、高岭土、玻璃微珠、陶瓷微珠中的一种或两种以上物质的混合物。流平剂选用丙烯酸酯均聚物或丙烯酸酯共聚物，如流平剂503或流平剂504；脱气剂选用苯偶姻（俗称二苯乙醇酮或者安息香）；固化促进剂选用2-甲基咪唑、2-苯基咪唑啉、环脒、呱啶、胍、三嗪化合物、或者尿素衍生物；松散剂选用气相二氧化硅（又称白炭黑）；偶联剂选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。

实施例1

煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料配方例：双酚A型环氧树脂55份、癸二酸二酰肼4.5份、填料35份、流平剂1.5份、促进剂0.5份、脱气剂0.5份、其它助剂3份。这种粉末涂料的固化条件为180℃/30min。其中填料由导电硫酸钡、导电云母粉、玻璃微珠、陶瓷微珠等抗静电阻燃组分混合而成；流平剂采用503；促进剂采用FC31；脱气剂采用安息香；其它助剂主要是偶联剂，采用钛酸酯偶联剂。

实施例2

煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料配方例：双酚A型环氧树脂50份、酚羟基树脂10份、填料30份、流平剂2.0份、促进剂1.0份、脱气剂0.5份、其它助剂6.5份。这种粉末涂料的固化条件为200℃/6-10min。其中填料由导电石墨、导电炭黑、硅灰石粉、石英粉等抗静电阻燃组分混合而成；流平剂采用503；促进剂采用803A；脱气剂采用安息香；其它助剂主要是附着力促进剂。

实施例3

煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料配方例：双酚A型环氧树脂35份、酚醛环氧树脂15份、酚羟基树脂10份、填料30份、流平剂5.0份、促进剂1.0份、脱气剂1.0份、其它助剂3.0份。这种粉末涂料的固化条件为190℃/10-20min。其中填料由金属粉末、导电炭黑、MCA、红磷等抗静电阻燃组分混合而成；流平剂采用503；促进剂采用2-甲基咪唑；脱气剂采用安息香；其它助剂主要是偶联剂，采用硅烷偶联剂。

实施例4

煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料配方例：双酚A型环氧树脂20份、酚醛环氧树脂15份、酚羟基树脂20份、填料30份、流平剂5.0份、促进剂1.0份、脱气剂1.0份、其它助剂3.0份。这种粉末涂料的固化条件为180℃/6-8min。其中填料由导电炭黑、硫酸钡、云母粉、陶瓷微珠、石英粉等抗静电阻燃组分混合而成；流平剂采用503；促进剂采用2-苯基咪唑啉；脱气剂采用安息香；其它助剂主要是附着力促进剂。

实施例5

煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料配方例：双酚A型环氧树脂20份、双氰胺10份、酚醛环氧树脂10份、酚羟基树脂10份、填料40份、流平剂3.0份、促进剂0.8、脱气剂1.2份、其它助剂5.0份。这种粉末涂料的固化条件为190℃/10-15min。其中填料由导电石墨、导电硫酸钡、导电云母粉、玻璃微珠、陶瓷微珠等抗静电阻燃组分混合而成；流平剂采用503；促进剂采用2-苯基咪唑啉；脱气剂采用安息香；其它助剂主要是偶联剂，采用钛酸酯偶联剂。

实施例6

煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料配方例：双酚A型环氧树脂20份、酚醛环氧树脂20份、酚羟基树脂20份、填料35份、流平剂3.0份、促进剂0.5份、脱气剂0.5份、其它助剂1.0份。这种粉末涂料的固化条件为200℃/6-8min。其中填料由导电硫酸钡、云母粉、硅灰石粉、石英粉、高岭土等抗静电阻燃组分混合而成；流平剂采用503；促进剂采用2-甲基咪唑；脱气剂采用安息香；其它助剂主要是附着力促进剂。

这种粉末涂料的涂膜性能达到如下指标：

Claims (9)

1.一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料，其特征在于：所述的粉末涂料由热固性树脂、固化剂、填料和助剂组成，其中各成分的质量百分比为热固性树脂30～60％，固化剂4.5～30％，填料30～40％，助剂2～12％，上述各成分的百分比之和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料，其特征在于：所述的热固性树脂为环氧树脂，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，酚醛环氧树脂中的一种或两种的混合物；所述的助剂为流平剂、脱气剂、松散剂、固化促进剂、偶联剂、附着力促进剂中的一种或两种以上的混合；所述的填料为导电炭黑、石墨、导电云母粉、导电硫酸钡金属粉末、氰尿素三聚氰胺（MCA）、红磷、氯蜡-70、氢氧化铝、氢氧化镁、蒙脱土、硅灰石粉、石英粉、高岭土、玻璃微珠、陶瓷微珠中的一种或两种以上物质的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料，其特征在于：流平剂选用丙烯酸酯均聚物或丙烯酸酯共聚物；脱气剂选用苯偶姻；固化促进剂选用2-甲基咪唑、2-苯基咪唑啉、环脒、呱啶、胍、三嗪化合物、或者尿素衍生物；松散剂选用气相二氧化硅；偶联剂选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料，其特征在于：所述的粉末涂料的颗粒小于120目。

5.一种应用如权利要求1所述产品的高压静电涂装方法，其特征在于：所述的涂装方法首先将管件预热至粉末涂料熔融温度，然后将流化床流化后的粉末涂料喷涂至管件上，随后进行固化，固化温度为160℃～200℃，固化时间为6～30min。

6.如权利要求5所述的涂装方法，其特征在于：预热温度设定在160℃～220℃之间，预热时间为30 min～40min；流化床流化时注意保持粉末涂料沸腾后的液面处于水平状态，根据涂塑要求的涂层厚度控制喷涂时间。

7.一种煤矿管道用抗静电阻燃粉末涂料的制作方法,其特征在于：所述的制作方法步骤如下：首先将质量百分比为30～60％的热固性树脂、4.5～30％的固化剂、30～40％的填料及2～12％的助剂，经过高速混合机进行预混合，混合时间控制在5～10min，然后用熔融挤出机挤出，并通过冷却辊和冷却带设备冷却至室温，再用破碎设备粉碎成薄片，将薄片细粉碎，这些细粉碎物经过旋风分离器分离并筛选即得到粉末涂料产品，粉末涂料产品颗粒小于120目。

8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于：所述的热固性树脂为环氧树脂，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，酚醛环氧树脂中的一种或两种的混合物；所述的助剂为流平剂、脱气剂、松散剂、固化促进剂、偶联剂、附着力促进剂中的一种或两种以上的混合；所述的填料为导电炭黑、石墨、导电云母粉、导电硫酸钡金属粉末、氰尿素三聚氰胺（MCA）、红磷、氯蜡-70、氢氧化铝、氢氧化镁、蒙脱土、硅灰石粉、石英粉、高岭土、玻璃微珠、陶瓷微珠中的一种或两种以上物质的混合物。

9.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于：流平剂选用丙烯酸酯均聚物或丙烯酸酯共聚物；脱气剂选用苯偶姻；固化促进剂选用2-甲基咪唑、2-苯基咪唑啉、环脒、呱啶、胍、三嗪化合物、或者尿素衍生物；松散剂选用气相二氧化硅；偶联剂选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。