CN104893280B - 一种矿井机械用弹性联轴节的材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井机械用弹性联轴节的材料及其制备方法，属于联轴节用材料及其制备方法技术领域。本发明中矿井机械用弹性联轴节的材料由如下质量百分比的组分组成：88～92％热塑性聚氨酯、5～8％阻燃剂、2～4％抗静电剂和0.5～1.5％色母；其制备步骤为：配合剂预混；挤出造粒；干燥及注塑成型。本发明制备的弹性联轴节材料在保持其固有高硬度、高强度、高韧性、高耐磨等机械性能的基础上，同时又具有优异的阻燃性和抗静电性能，可以满足矿井机械的使用要求，且其抗静电性能具有永久性，大大降低了矿井中粉尘爆炸的可能性。
Description
技术领域
本发明属于联轴节用材料及其制备方法技术领域，更具体地说，涉及一种矿井机械用弹性联轴节的材料及其制备方法。
背景技术
随着煤炭资源需求量的增大和煤矿机械化程度的提高，在煤矿生产过程中，如采煤，运输等过程中，会产生大量的粉尘，粉尘与粉尘之间以及粉尘与其他不良导体之间易发生碰撞和摩擦而导致产生大量静电，如果静电不能及时导走，当静电越积越多，与其他不带电的物体接触时，就会形成较高的电位差，并发生放电现象。当电压超过300V时，所产生的静电火花即可引燃周围的可燃粉尘，轻则妨碍生产，重则引起爆炸，存在较大的安全隐患。因此，在矿井中防止粉尘静电的发生就具有至关重要的作用。
弹性联轴节是用于联接两个同轴线的传动轴系，具有补偿两轴相对偏移、减震和缓冲等作用，被广泛应用于矿井提升机设备中。而传统的弹性联轴节通常采用浇注型聚氨酯模压成型，聚氨酯是一种新型的有机高分子合成材料，其自身的导电性较差，不具有阻燃及抗静电性能，使弹性联轴节在矿井中使用时极易发生静电现象且难以消除，从而增大了粉尘爆炸的可能性。因此，为了减小煤矿生产过程中存在的安全隐患，研究出一种具有优良的抗静电及阻燃性能的弹性联轴节的材料及其制备方法就至关重要。
现有技术中，多采用添加抗静电剂和阻燃剂的方法来提高聚合物材料的抗静电性能和阻燃性能，而常用的抗静电剂主要包括两类，一类是“导电性填料”，一类是有机合成的各种抗静电剂。其中，上述“导电性填料”主要包括导电炭黑、碳纤维、石墨纤维等碳系列，金属粉、金属碎屑、金属氧化物、金属片、金属纤维等金属系列以及镀金玻璃纤维及镀金微珠等，由于“导电性填料”的成本较高，在聚合物材料中的分散性较差，易分散不均匀，从而使制品的机械性能下降，且需要添加较多时才能满足抗静电要求，从而大大限制了“导电性填料”的工业应用。而有机合成的各种抗静电剂可以解决“导电性填料”的以上缺点，其成本相对较低，且在聚合物材料中易分散均匀，从而在提高聚合物材料的抗静电性能方面具有较大的发展潜力。
但由于煤矿开采过程的特殊性，其对弹性联轴节材料的阻燃、抗静电性能有着特别严格的要求，常用的有机抗静电剂难以满足煤矿用抗静电性能的要求，且其抗静电性能持续时间较短；又由于不同聚合物材料的性质不同，其与不同有机抗静电剂的相容性均有所不同，因此，本发明的难点就在于如何确定出能够满足煤矿生产过程中对抗静电性能的要求，与弹性联轴节材料的相容性较好，且使弹性联轴节材料能够具有永久抗静电性能的添加成分。
经检索，关于具有抗静电性能的热塑性聚氨酯材料的专利已有相关公开。
如：中国专利申请号：200880024867.3，发明名称为：具有抗静电性的热塑性聚氨酯，该申请案公开了一种具有抗静电性的热塑性聚氨酯，其主要是通过添加1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯来增加热塑性聚氨酯材料的抗静电性能，但其不适于应用到矿井生产过程中，且所添加的1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯对眼睛、皮肤和呼吸道均有刺激作用，易给人体造成伤害。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服由于传统的浇注型聚氨酯弹性联轴节在矿井生产过程中易产生静电且难以消除，从而存在引燃、引爆可燃粉尘的风险，而现有技术中常用的有机抗静电剂难以满足煤矿用抗静电性能的要求，其抗静电性能持续时间较短，且与热塑性聚氨酯的相容性不好的不足，提供了一种矿井机械用弹性联轴节的材料及其制备方法。通过采用本发明的技术方案制备的弹性联轴节的材料，可以满足矿井生产过程中对抗静电性能和阻燃性能的要求，将产生的静电电荷及时导走，防止静电放电问题，从而可以减少矿井中粉尘爆炸的可能性和危险，且所用抗静电剂和阻燃剂与聚氨酯母料的相容性较好，使其具有永久抗静电性能，且对人体没有任何危害。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
其一，本发明的一种矿井机械用弹性联轴节的材料，由如下质量百分比的组分组成：
更进一步地，所述的热塑性聚氨酯为上海北悦新材料科技有限公司生产的ET90G，熔点为172℃。
更进一步地，所述的阻燃剂为济南泰星精细化工有限公司生产的HT-219，P含量≥32％，N含量≥7％，分解温度≥300℃。
其二，本发明的一种矿井机械用弹性联轴节的材料的制备方法，其步骤为：
步骤一、配合剂预混
将开包的热塑性聚氨酯在100～110℃的烘箱里干燥3～4h，然后将其与阻燃剂、抗静电剂、色母一起置于高速混合机内搅拌90～120秒，从而实现各配合剂在热塑性聚氨酯胶料中的最佳分散和分布；
步骤二、挤出造粒
将步骤一中搅拌均匀的混合料用双螺杆挤出机进行挤出造粒；
步骤三、干燥及注塑成型
将步骤二中造好的母粒在注塑前置于90～100℃的烘箱里干燥2～4h，然后再用注塑机注塑成型。
更进一步地，步骤一中的热塑性聚氨酯为上海北悦新材料科技有限公司生产的ET90G，熔点为172℃。
更进一步地，步骤一中的阻燃剂为济南泰星精细化工有限公司生产的HT-219，P含量≥32％，N含量≥7％，分解温度≥300℃。
更进一步地，在步骤二中的挤出造粒处理时，双螺杆挤出机的平均温度为130～150℃，主机转速5～15转/分钟。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种矿井机械用弹性联轴节的材料，由热塑性聚氨酯、阻燃剂、抗静电剂和色母组成，通过向热塑性聚氨酯中添加本发明中的阻燃剂和抗静电剂来提高弹性联轴节的抗静电性能和阻燃性，可以增加弹性联轴节表面的吸湿性，形成一种易于导电的导电膜，从而使静电得以减少或消除，同时还能将弹性联轴节表面产生的静电电荷及时导走，防止静电放电问题，能够满足矿井生产过程中对抗静电性能和阻燃性能的要求，从而可以减少矿井中粉尘爆炸的可能性和危险。
(2)本发明的一种矿井机械用弹性联轴节的材料，其所选用的抗静电剂和阻燃剂与热塑性聚氨酯母料的相容性较好，只需少量添加即可显著改善热塑性聚氨酯母料的抗静电性能和阻燃性，不会使母料的机械性能下降，且其抗静电性能具有永久性，不会随时间而减少或消失，且所添加的抗静电剂和阻燃剂均对环境和人体没有任何危害。
(3)本发明的一种矿井机械用弹性联轴节的材料的制备方法，是采用了注塑成型方式，与传统的浇注型聚氨酯模压成型相比，生产效率明显提高，同时还经过大量的试验优化了各种工艺参数，使本发明中抗静电剂和阻燃剂的功效实现最好地发挥与结合。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种矿井机械用弹性联轴节的材料，其组分及质量百分比含量如表1所示。
表1实施例1一种矿井机械用弹性联轴节的材料的组分及质量百分比含量
| 原材料名称 | 质量百分比含量％ |
| 热塑性聚氨酯 | 88 |
| 阻燃剂 | 8 |
| 抗静电剂 | 3.5 |
| 黑色色母 | 0.5 |
本实施例中热塑性聚氨酯为由上海北悦新材料科技有限公司提供的ET90G，其熔点为172℃；阻燃剂为济南泰星精细化工有限公司生产的HT-219，P含量≥32％，N含量≥7％，分解温度≥300℃；抗静电剂为东莞市菲亚特静电科技有限公司生产的E-1006，表面电阻107～108Ω。由于不同聚合物母料的性质不同，其与不同抗静电剂和阻燃剂的相容性均不同，其所适用的抗静电剂和阻燃剂的种类也不相同，并不是各组分之间的简单机械组合就能改善聚合物母料的抗静电剂和阻燃性，而本实施例中的抗静电剂和阻燃剂是经过多年的生产实践，通过大量的试验研究和多种不同配方的筛选，根据矿井机械用弹性联轴节材料的具体性质及其使用环境特点所研究出的专门适用于矿井机械用弹性联轴节材料的组分及其配比。其中，其所使用的抗静电剂E-1006和阻燃剂HT-219与热塑性聚氨酯母料的相容性较好，不会从母料中渗出，只需少量添加即可显著改善热塑性聚氨酯母料的抗静电性能和阻燃性能，且其抗静电性能具有永久性；此外，所添加的阻燃剂HT-219绿色环保，低烟无毒，能够使所得弹性联轴节材料的阻燃性能符合美国UL94V-0级标准要求。本实施例中添加的抗静电剂E-1006和阻燃剂HT-219还能够维持母料的机械性能不变，且其使用不会对人体产生危害。
采用本实施例上述的弹性联轴节的材料配方，其制备方法的步骤为：
步骤一、配合剂预混
将开包的热塑性聚氨酯在105℃的烘箱里干燥4h，然后将其与阻燃剂、抗静电剂、色母一起置于高速混合机内搅拌120秒，从而实现各配合剂在热塑性聚氨酯胶料中的最佳分散和分布；
步骤二、挤出造粒
将步骤一中搅拌均匀的混合料用双螺杆挤出机进行挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的平均温度为130℃，主机转速5转/分钟；
步骤三、干燥及注塑成型
将步骤二中造好的母粒在注塑前置于100℃的烘箱里干燥2h，然后再用注塑机注塑成型，由于聚氨酯材料易吸潮，当热塑性聚氨酯的含水率超过0.2％时，不但影响外观，而且机械性能明显变坏，导致注塑出的产品弹性差、强度低，气泡多。因此，在注塑前必须进行干燥处理。
表1-1实施例1制备的弹性联轴节的材料测试性能
| 检测项目 | 指标 | 单位 | 实测值 | 标准 |
| 硬度 | 92～98 | ShoreA | 98 | GB/T531.1 |
| 拉伸强度 | ≥26 | Mpa | 27 | GB/T528 |
| 扯断伸长率 | ≥350 | ％ | 400 | GB/T528 |
| 撕裂强度 | ≥30 | kN/m | 40 | GB/T529 |
| 体积电阻率 | ＜1010 | Ω·cm | 3.5×109 | GB/T2439 |
| 氧指数 | ≥28 | ％ | 32 | GB/T 5454 |
| 磨耗指数 | ≥80 | ％ | 85 | GB/T9867 |
本实施例制备所得的一种矿井机械用弹性联轴节的材料的性能测试参数如表1-1所示。由表可以看出，通过使用本实施例的技术方案制备的矿井机械用弹性联轴节的材料能够满足矿井工作中对抗静电性能的要求，且对材料的机械性能没有造成影响。
实施例2
本实施例中的一种矿井机械用弹性联轴节的材料，其组分及质量百分比含量如表2所示。
表2实施例2一种矿井机械用弹性联轴节的材料组分及质量百分比含量
| 原材料名称 | 质量百分含量％ |
| 热塑性聚氨酯 | 90 |
| 阻燃剂 | 6.5 |
| 抗静电剂 | 3 |
| 黑色色母 | 0.5 |
本实施中的各组分的生产厂家及其性能参数同实施例1，采用本实施例上述的弹性联轴节的材料配方，其制备方法的步骤为：
步骤一、配合剂预混
将开包的热塑性聚氨酯在100℃的烘箱里干燥3.5h，然后将其与阻燃剂、抗静电剂、色母一起置于高速混合机内搅拌100秒，从而实现各配合剂在热塑性聚氨酯胶料中的最佳分散和分布；
步骤二、挤出造粒
将步骤一中搅拌均匀的混合料用双螺杆挤出机进行挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的平均温度为140℃，主机转速10转/分钟；
步骤三、干燥及注塑成型
将步骤二中造好的母粒在注塑前置于90℃的烘箱里干燥4h，然后再用注塑机注塑成型，由于聚氨酯材料易吸潮，当热塑性聚氨酯的含水率超过0.2％时，不但影响外观，而且机械性能明显变坏，导致注塑出的产品弹性差、强度低，气泡多。因此，在注塑前必须进行干燥处理。
本实施例制备所得的矿井机械用弹性联轴节的材料性能测试与实施例1中的表1-1的性能参数相近。
实施例3
本实施例中的一种矿井机械用弹性联轴节的材料，其组分及质量百分比含量如表3所示。
表3实施例3一种矿井机械用弹性联轴节的材料组分及质量百分比含量
| 原材料名称 | 质量百分比含量％ |
| 热塑性聚氨酯 | 92 |
| 阻燃剂 | 5 |
| 抗静电剂 | 2 |
| 黄色色母 | 1 |
本实施中的各组分的生产厂家及其性能参数同实施例1，采用本实施例上述的弹性联轴节的材料配方，其制备方法的步骤为：
步骤一、配合剂预混
将开包的热塑性聚氨酯在110℃的烘箱里干燥3h，然后将其与阻燃剂、抗静电剂、色母一起置于高速混合机内搅拌90秒，从而实现各配合剂在热塑性聚氨酯胶料中的最佳分散和分布；
步骤二、挤出造粒
将步骤一中搅拌均匀的混合料用双螺杆挤出机进行挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的平均温度为150℃，主机转速15转/分钟；
步骤三、干燥及注塑成型
将步骤二中造好的母粒在注塑前置于95℃的烘箱里干燥3h，然后再用注塑机注塑成型，由于聚氨酯材料易吸潮，当热塑性聚氨酯的含水率超过0.2％时，不但影响外观，而且机械性能明显变坏，导致注塑出的产品弹性差、强度低，气泡多。因此，在注塑前必须进行干燥处理。
本实施例制备所得的一种矿井机械联轴节用热塑性弹性体的材料性能测试与实施例1中的表1-1的性能相近。
实施例4
本实施例中的一种矿井机械用弹性联轴节的材料，其组分及质量百分比含量如表4所示。
表4实施例4一种矿井机械用弹性联轴节的材料组分及质量百分比含量
| 原材料名称 | 质量百分含量％ |
| 热塑性聚氨酯 | 88 |
| 阻燃剂 | 6.5 |
| 抗静电剂 | 4 |
| 黄色色母 | 1.5 |
本实施中的各组分的生产厂家及其性能参数同实施例1，且本实施例的制备方法及其过程参数同实施例1，制备所得的一种矿井机械用弹性联轴节的材料性能测试与实施例1中的表1-1中的性能相近。
通过实施例1～4可以看出，通过使用本发明的技术方案制备所得的矿井机械用弹性联轴节的材料具有高硬度、高强度、高韧性、高耐磨等机械性能；其氧指数≥28％，属于耐燃材料；体积电阻率＜1010Ω·cm，达到抗静电要求，可作为矿井机械的联轴节使用，从而可以减少矿井中由静电引起的爆炸发生的可能性。
Claims (5)
1.一种矿井机械用弹性联轴节的材料，其特征在于，由如下质量百分比的组分组成：
所述阻燃剂为济南泰星精细化工有限公司生产的HT-219，P含量≥32％，N含量≥7％，分解温度≥300℃；所述抗静电剂为东莞市菲亚特静电科技有限公司生产的E-1006。
2.根据权利要求1所述的一种矿井机械用弹性联轴节的材料，其特征在于，所述的热塑性聚氨酯为上海北悦新材料科技有限公司生产的ET90G，熔点为172℃。
3.一种如权利要求1所述的矿井机械用弹性联轴节的材料的制备方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、配合剂预混
将开包的热塑性聚氨酯置于100～110℃的烘箱里进行干燥3～4h，然后将其与阻燃剂、静电剂和色母一起置于高速混合机内搅拌90～120秒，从而实现各配合剂在热塑性聚氨酯胶料中的最佳分散和分布；
所述阻燃剂为济南泰星精细化工有限公司生产的HT-219，P含量≥32％，N含量≥7％，分解温度≥300℃；所述抗静电剂为东莞市菲亚特静电科技有限公司生产的E-1006。
步骤二、挤出造粒
将步骤一中搅拌均匀的混合料采用双螺杆挤出机进行挤出造粒；
步骤三、干燥及注塑成型
将步骤二中造好的母粒在注塑前置于90～100℃的烘箱里干燥2～4h，然后再用注塑机注塑成型。
4.根据权利要求3所述的一种矿井机械用弹性联轴节的材料的制备方法，其特征在于，步骤一中的热塑性聚氨酯为上海北悦新材料科技有限公司生产的ET90G，熔点为172℃。
5.根据权利要求3或4所述的一种矿井机械用弹性联轴节的材料的制备方法，其特征在于，在步骤二中的挤出造粒处理时，双螺杆挤出机的平均温度为130～150℃，主机转速5～15转/分钟。
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