CN106334281A - 一种应用于煤矿的安全面罩 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种应用于煤矿的安全面罩，包括面罩主体外壳、面罩过滤片、面罩支撑部、面罩过滤片更换口、气体补充部和佩戴部件，所述面罩过滤片为层状结构，分别由外层、里层和中间层构成；所述面罩支撑部采用硬质金属丝制成；所述气体补充部包括外部壳体和气体补充环，所述气体补充部设置在面罩主体外壳的面罩过滤片外侧，位于面罩主体外壳的中下部。

Description

一种应用于煤矿的安全面罩
技术领域
本申请涉及安全面罩领域，尤其涉及一种应用于煤矿的安全面罩。
背景技术
在易燃易爆场所，人体静电是非常严重的危险源之一。人体活动静电是现场作业不可避免的隐患源。据研究资料表明，仅在石油及石油产品的运输、作业过程中，因人体静电放电引起的爆炸和火灾事故在全世界均普遍存在，每年都造成十分巨大的经济损失。在煤矿领域，由于静电影响，会给矿工人身安全带来隐患。
静电是由于摩擦产生，随着电子工业的发展，静电给人类带来的危害越来越大，比如，静电可以干扰飞机上无线电设备的正常运转，影响安全；静电容易吸附尘埃，造成制药厂等环境洁净度要求高的地方污染；对于人体，静电在人体积累可能影响各种疾病，等等。在产品表面涂上抗静电涂料，通过提高表面电导率来消除静电以使其性能更稳定寿命更长是非常必要的。
发明内容
本发明旨在提供一种应用于煤矿的安全面罩，以解决上述提出的问题。
本发明的实施例中提供了一种应用于煤矿的安全面罩，包括面罩主体外壳、面罩过滤片、面罩支撑部、面罩过滤片更换口、气体补充部和佩戴部件，所述面罩过滤片为层状结构，分别由外层、里层和中间层构成；所述面罩支撑部采用硬质金属丝制成；所述气体补充部包括外部壳体和气体补充环，所述气体补充部设置在面罩主体外壳的面罩过滤片外侧，位于面罩主体外壳的中下部，所述面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维，该复合纤维以聚丙烯为基体，碳纳米管和低熔点金属为填料，使得其具有良好的导电性，抗静电性较强，从而解决上述提出问题。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明所述复合纤维的制作流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
静电是由于摩擦产生，随着电子工业的发展，静电给人类带来的危害越来越大，比如，静电可以干扰飞机上无线电设备的正常运转，影响安全；静电容易吸附尘埃，造成制药厂等环境洁净度要求高的地方污染；对于人体，静电在人体积累可能影响各种疾病，等等。在产品表面涂上抗静电涂料，通过提高表面电导率来消除静电以使其性能更稳定寿命更长是非常必要的。
导电聚合物复合材料是以聚合物材料为基底添加具有高导电性能的有机、无机、金属等导电填料，经过各种手段使其在基体中分散从而形成具有导电性的复合材料。目前对导电复合材料的研究主要集中在导电填料的选择、导电网络的形成等方面；聚合物纤维具备价格低廉、质地轻、比强度大、导热系数小、化学性质稳定等优点，从而被广泛应用于生产生活各个领域，但是，大多数聚合物是良好的电绝缘体，其容易产生静电，限制其应用。
目前，对于聚合物导电纤维遇到问题主要有：纤维拉伸工艺导致导电填料间距增大、导电网络破坏，造成导电阈值增大，纤维力学性能较差；单一的导电填料由于纳米粒子团聚，导致纳米导电填料导电网络效率较低，导电阈值高。
应用场景一：
图1为本申请的实施例涉及一种应用于煤矿的安全面罩，包括面罩主体外壳、面罩过滤片、面罩支撑部、面罩过滤片更换口、气体补充部和佩戴部件，所述面罩过滤片为层状结构，分别由外层、里层和中间层构成；所述面罩支撑部采用硬质金属丝制成；所述气体补充部包括外部壳体和气体补充环，所述气体补充部设置在面罩主体外壳的面罩过滤片外侧，位于面罩主体外壳的中下部，所述面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维。
本发明面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维，该复合纤维以聚丙烯为基体，碳纳米管和低熔点金属为填料，使得其具有良好的导电性，抗静电性较强。
本发明实施例的复合纤维中，采用碳纳米管、低熔点金属为填料，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，具备良好的导电性，力学性能优异，退火处理过程中，碳纳米管可以回复到卷曲或缠绕状态，碳纳米管相互搭界形成第一重导电网络，并且碳纳米管优异的力学性能可以保证原丝经过拉伸后，复合纤维中导电网络不被破坏。
优选地，所述复合纤维中，碳纳米管含量为0.1vol％，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理；所述低熔点金属为锡铋合金、铅锡合金，锡铋合金含量为0.1％，铅锡合金含量为0.1～2％，所述锡铋合金、铅锡合金粒径为20～30μm。
本发明实施例的复合纤维中，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理，其表面嵌有铂颗粒，在退火处理过程中，呈熔融态的低熔点金属与碳纳米管表面的铂颗粒共混，进而与碳纳米管镶嵌在一起，拉伸过程后，熔融态低熔点金属被拉伸，形成第二重导电网络，进一步增加了复合纤维的导电率；并且，退火处理后，复合纤维内金属颗粒相互融合，接触点减少、接触电阻减小。
优选地，所述复合纤维中还含有碳酸钙，所述碳酸钙含量为0.6w％。
本申请的复合纤维中，进一步增加了无机粉体碳酸钙，由于碳酸钙的体积排出效应，可以有效降低复合纤维的逾渗值，同时有助于碳纳米管的分散，提高导电网络的组网效率。
更进一步优选的，如图1，所述复合纤维的制作步骤如下：
步骤一，碳纳米管处理：
首先，配制浓度为10－4M氯铂酸和浓度为10－5M聚乙烯吡咯烷酮的反应溶液，向反应溶液中通入高纯氩气鼓泡30min，除去液体中的氧气，然后同样通入氢气10min进行还原，随后将反应溶液密封避光静置12h，在反应体系中，5nm左右的铂颗粒生长，得到铂颗粒悬浮液；
取购买的多壁碳纳米管，长度为50～500μm，将其浸泡到上述悬浮液中1h以上，由于铂颗粒为5nm左右，粒径较小，铂颗粒会嵌在多壁碳纳米管的表面或缺陷处；
步骤二，制备混合物：
将锡铋合金、铅锡合金、碳纳米管、抗氧化剂1010、抗氧化剂168、硬脂酸锌、碳酸钙和聚丙烯粒料按配比在高速搅拌机中均匀混合，然后用挤出机挤出造粒，得到混合物颗粒；
(其中，锡铋合金、铅锡合金粒径为20～30μm，锡铋合金含量为0.1～1.5％，铅锡合金含量为0.1～2％，碳纳米管含量为0.1～5vol％，抗氧化剂1010含量为0.1w％，抗氧化剂168含量为0.1w％，硬脂酸锌含量为0.25w％，碳酸钙含量为0.6w％)；
步骤三，制备原丝：
将上述混合物颗粒在80℃下烘干4h，然后利用毛细管流变仪将其纺丝为原丝；
步骤四，制备抗静电聚合物复合材料：
将上步得到原丝在180℃退火处理5h，然后均匀拉伸，以10mm/min速度拉伸伸长5～20倍，得到抗静电聚合物复合纤维。
应用场景二：
图1为本申请的实施例涉及一种应用于煤矿的安全面罩，包括面罩主体外壳、面罩过滤片、面罩支撑部、面罩过滤片更换口、气体补充部和佩戴部件，所述面罩过滤片为层状结构，分别由外层、里层和中间层构成；所述面罩支撑部采用硬质金属丝制成；所述气体补充部包括外部壳体和气体补充环，所述气体补充部设置在面罩主体外壳的面罩过滤片外侧，位于面罩主体外壳的中下部，所述面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维。
本发明面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维，该复合纤维以聚丙烯为基体，碳纳米管和低熔点金属为填料，使得其具有良好的导电性，抗静电性较强。
本发明实施例的复合纤维中，采用碳纳米管、低熔点金属为填料，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，具备良好的导电性，力学性能优异，退火处理过程中，碳纳米管可以回复到卷曲或缠绕状态，碳纳米管相互搭界形成第一重导电网络，并且碳纳米管优异的力学性能可以保证原丝经过拉伸后，复合纤维中导电网络不被破坏。
优选地，所述复合纤维中，碳纳米管含量为0.1vol％，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理；所述低熔点金属为锡铋合金、铅锡合金，锡铋合金含量为0.4％，铅锡合金含量为0.1～2％，所述锡铋合金、铅锡合金粒径为20～30μm。
本发明实施例的复合纤维中，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理，其表面嵌有铂颗粒，在退火处理过程中，呈熔融态的低熔点金属与碳纳米管表面的铂颗粒共混，进而与碳纳米管镶嵌在一起，拉伸过程后，熔融态低熔点金属被拉伸，形成第二重导电网络，进一步增加了复合纤维的导电率；并且，退火处理后，复合纤维内金属颗粒相互融合，接触点减少、接触电阻减小。
优选地，所述复合纤维中还含有碳酸钙，所述碳酸钙含量为0.6w％。
本申请的复合纤维中，进一步增加了无机粉体碳酸钙，由于碳酸钙的体积排出效应，可以有效降低复合纤维的逾渗值，同时有助于碳纳米管的分散，提高导电网络的组网效率。
更进一步优选的，如图1，所述复合纤维的制作步骤如下：
步骤一，碳纳米管处理：
首先，配制浓度为10－4M氯铂酸和浓度为10－5M聚乙烯吡咯烷酮的反应溶液，向反应溶液中通入高纯氩气鼓泡30min，除去液体中的氧气，然后同样通入氢气10min进行还原，随后将反应溶液密封避光静置12h，在反应体系中，5nm左右的铂颗粒生长，得到铂颗粒悬浮液；
取购买的多壁碳纳米管，长度为50～500μm，将其浸泡到上述悬浮液中1h以上，由于铂颗粒为5nm左右，粒径较小，铂颗粒会嵌在多壁碳纳米管的表面或缺陷处；
步骤二，制备混合物：
将锡铋合金、铅锡合金、碳纳米管、抗氧化剂1010、抗氧化剂168、硬脂酸锌、碳酸钙和聚丙烯粒料按配比在高速搅拌机中均匀混合，然后用挤出机挤出造粒，得到混合物颗粒；
步骤三，制备原丝：
将上述混合物颗粒在80℃下烘干4h，然后利用毛细管流变仪将其纺丝为原丝；
步骤四，制备抗静电聚合物复合纤维：
将上步得到原丝在180℃退火处理5h，然后均匀拉伸，以10mm/min速度拉伸伸长5～20倍，得到抗静电聚合物复合纤维。
应用场景三：
图1为本申请的实施例涉及一种应用于煤矿的安全面罩，包括面罩主体外壳、面罩过滤片、面罩支撑部、面罩过滤片更换口、气体补充部和佩戴部件，所述面罩过滤片为层状结构，分别由外层、里层和中间层构成；所述面罩支撑部采用硬质金属丝制成；所述气体补充部包括外部壳体和气体补充环，所述气体补充部设置在面罩主体外壳的面罩过滤片外侧，位于面罩主体外壳的中下部，所述面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维。
本发明面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维，该复合纤维以聚丙烯为基体，碳纳米管和低熔点金属为填料，使得其具有良好的导电性，抗静电性较强。
本发明实施例的复合纤维中，采用碳纳米管、低熔点金属为填料，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，具备良好的导电性，力学性能优异，退火处理过程中，碳纳米管可以回复到卷曲或缠绕状态，碳纳米管相互搭界形成第一重导电网络，并且碳纳米管优异的力学性能可以保证原丝经过拉伸后，复合纤维中导电网络不被破坏。
优选地，所述复合纤维中，碳纳米管含量为0.1vol％，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理；所述低熔点金属为锡铋合金、铅锡合金，锡铋合金含量为1.1％，铅锡合金含量为0.1～2％，所述锡铋合金、铅锡合金粒径为20～30μm。
本发明实施例的复合纤维中，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理，其表面嵌有铂颗粒，在退火处理过程中，呈熔融态的低熔点金属与碳纳米管表面的铂颗粒共混，进而与碳纳米管镶嵌在一起，拉伸过程后，熔融态低熔点金属被拉伸，形成第二重导电网络，进一步增加了复合纤维的导电率；并且，退火处理后，复合纤维内金属颗粒相互融合，接触点减少、接触电阻减小。
优选地，所述复合纤维中还含有碳酸钙，所述碳酸钙含量为0.6w％。
本申请的复合纤维中，进一步增加了无机粉体碳酸钙，由于碳酸钙的体积排出效应，可以有效降低复合纤维的逾渗值，同时有助于碳纳米管的分散，提高导电网络的组网效率。
更进一步优选的，如图1，所述复合纤维的制作步骤如下：
步骤一，碳纳米管处理：
首先，配制浓度为10－4M氯铂酸和浓度为10－5M聚乙烯吡咯烷酮的反应溶液，向反应溶液中通入高纯氩气鼓泡30min，除去液体中的氧气，然后同样通入氢气10min进行还原，随后将反应溶液密封避光静置12h，在反应体系中，5nm左右的铂颗粒生长，得到铂颗粒悬浮液；
取购买的多壁碳纳米管，长度为50～500μm，将其浸泡到上述悬浮液中1h以上，由于铂颗粒为5nm左右，粒径较小，铂颗粒会嵌在多壁碳纳米管的表面或缺陷处；
步骤二，制备混合物：
将锡铋合金、铅锡合金、碳纳米管、抗氧化剂1010、抗氧化剂168、硬脂酸锌、碳酸钙和聚丙烯粒料按配比在高速搅拌机中均匀混合，然后用挤出机挤出造粒，得到混合物颗粒；
步骤三，制备原丝：
将上述混合物颗粒在80℃下烘干4h，然后利用毛细管流变仪将其纺丝为原丝；
步骤四，制备抗静电聚合物复合纤维：
将上步得到原丝在180℃退火处理5h，然后均匀拉伸，以10mm/min速度拉伸伸长5～20倍，得到抗静电聚合物复合纤维。
应用场景四：
图1为本申请的实施例涉及一种应用于煤矿的安全面罩，包括面罩主体外壳、面罩过滤片、面罩支撑部、面罩过滤片更换口、气体补充部和佩戴部件，所述面罩过滤片为层状结构，分别由外层、里层和中间层构成；所述面罩支撑部采用硬质金属丝制成；所述气体补充部包括外部壳体和气体补充环，所述气体补充部设置在面罩主体外壳的面罩过滤片外侧，位于面罩主体外壳的中下部，所述面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维。
本发明面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维，该复合纤维以聚丙烯为基体，碳纳米管和低熔点金属为填料，使得其具有良好的导电性，抗静电性较强。
本发明实施例的复合纤维中，采用碳纳米管、低熔点金属为填料，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，具备良好的导电性，力学性能优异，退火处理过程中，碳纳米管可以回复到卷曲或缠绕状态，碳纳米管相互搭界形成第一重导电网络，并且碳纳米管优异的力学性能可以保证原丝经过拉伸后，复合纤维中导电网络不被破坏。
优选地，所述复合纤维中，碳纳米管含量为0.1vol％，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理；所述低熔点金属为锡铋合金、铅锡合金，锡铋合金含量为1.3％，铅锡合金含量为0.1～2％，所述锡铋合金、铅锡合金粒径为20～30μm。
本发明实施例的复合纤维中，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理，其表面嵌有铂颗粒，在退火处理过程中，呈熔融态的低熔点金属与碳纳米管表面的铂颗粒共混，进而与碳纳米管镶嵌在一起，拉伸过程后，熔融态低熔点金属被拉伸，形成第二重导电网络，进一步增加了复合纤维的导电率；并且，退火处理后，复合纤维内金属颗粒相互融合，接触点减少、接触电阻减小。
优选地，所述复合纤维中还含有碳酸钙，所述碳酸钙含量为0.6w％。
本申请的复合纤维中，进一步增加了无机粉体碳酸钙，由于碳酸钙的体积排出效应，可以有效降低复合纤维的逾渗值，同时有助于碳纳米管的分散，提高导电网络的组网效率。
更进一步优选的，如图1，所述复合纤维的制作步骤如下：
步骤一，碳纳米管处理：
首先，配制浓度为10－4M氯铂酸和浓度为10－5M聚乙烯吡咯烷酮的反应溶液，向反应溶液中通入高纯氩气鼓泡30min，除去液体中的氧气，然后同样通入氢气10min进行还原，随后将反应溶液密封避光静置12h，在反应体系中，5nm左右的铂颗粒生长，得到铂颗粒悬浮液；
取购买的多壁碳纳米管，长度为50～500μm，将其浸泡到上述悬浮液中1h以上，由于铂颗粒为5nm左右，粒径较小，铂颗粒会嵌在多壁碳纳米管的表面或缺陷处；
步骤二，制备混合物：
将锡铋合金、铅锡合金、碳纳米管、抗氧化剂1010、抗氧化剂168、硬脂酸锌、碳酸钙和聚丙烯粒料按配比在高速搅拌机中均匀混合，然后用挤出机挤出造粒，得到混合物颗粒；
步骤三，制备原丝：
将上述混合物颗粒在80℃下烘干4h，然后利用毛细管流变仪将其纺丝为原丝；
步骤四，制备抗静电聚合物复合纤维：
将上步得到原丝在180℃退火处理5h，然后均匀拉伸，以10mm/min速度拉伸伸长5～20倍，得到抗静电聚合物复合纤维。
应用场景五：
图1为本申请的实施例涉及一种应用于煤矿的安全面罩，包括面罩主体外壳、面罩过滤片、面罩支撑部、面罩过滤片更换口、气体补充部和佩戴部件，所述面罩过滤片为层状结构，分别由外层、里层和中间层构成；所述面罩支撑部采用硬质金属丝制成；所述气体补充部包括外部壳体和气体补充环，所述气体补充部设置在面罩主体外壳的面罩过滤片外侧，位于面罩主体外壳的中下部，所述面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维。
本发明面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维，该复合纤维以聚丙烯为基体，碳纳米管和低熔点金属为填料，使得其具有良好的导电性，抗静电性较强。
本发明实施例的复合纤维中，采用碳纳米管、低熔点金属为填料，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，具备良好的导电性，力学性能优异，退火处理过程中，碳纳米管可以回复到卷曲或缠绕状态，碳纳米管相互搭界形成第一重导电网络，并且碳纳米管优异的力学性能可以保证原丝经过拉伸后，复合纤维中导电网络不被破坏。
优选地，所述复合纤维中，碳纳米管含量为0.1vol％，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理；所述低熔点金属为锡铋合金、铅锡合金，锡铋合金含量为1.5％，铅锡合金含量为0.1～2％，所述锡铋合金、铅锡合金粒径为20～30μm。
本发明实施例的复合纤维中，碳纳米管经过铂颗粒悬浮液处理，其表面嵌有铂颗粒，在退火处理过程中，呈熔融态的低熔点金属与碳纳米管表面的铂颗粒共混，进而与碳纳米管镶嵌在一起，拉伸过程后，熔融态低熔点金属被拉伸，形成第二重导电网络，进一步增加了复合纤维的导电率；并且，退火处理后，复合纤维内金属颗粒相互融合，接触点减少、接触电阻减小。
优选地，所述复合纤维中还含有碳酸钙，所述碳酸钙含量为0.6w％。
本申请的复合纤维中，进一步增加了无机粉体碳酸钙，由于碳酸钙的体积排出效应，可以有效降低复合纤维的逾渗值，同时有助于碳纳米管的分散，提高导电网络的组网效率。
更进一步优选的，如图1，所述复合纤维的制作步骤如下：
步骤一，碳纳米管处理：
首先，配制浓度为10－4M氯铂酸和浓度为10－5M聚乙烯吡咯烷酮的反应溶液，向反应溶液中通入高纯氩气鼓泡30min，除去液体中的氧气，然后同样通入氢气10min进行还原，随后将反应溶液密封避光静置12h，在反应体系中，5nm左右的铂颗粒生长，得到铂颗粒悬浮液；
取购买的多壁碳纳米管，长度为50～500μm，将其浸泡到上述悬浮液中1h以上，由于铂颗粒为5nm左右，粒径较小，铂颗粒会嵌在多壁碳纳米管的表面或缺陷处；
步骤二，制备混合物：
将锡铋合金、铅锡合金、碳纳米管、抗氧化剂1010、抗氧化剂168、硬脂酸锌、碳酸钙和聚丙烯粒料按配比在高速搅拌机中均匀混合，然后用挤出机挤出造粒，得到混合物颗粒；
步骤三，制备原丝：
将上述混合物颗粒在80℃下烘干4h，然后利用毛细管流变仪将其纺丝为原丝；
步骤四，制备抗静电聚合物复合纤维：
将上步得到原丝在180℃退火处理5h，然后均匀拉伸，以10mm/min速度拉伸伸长5～20倍，得到抗静电聚合物复合纤维。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (2)

1.一种应用于煤矿的安全面罩，包括面罩主体外壳、面罩过滤片、面罩支撑部、面罩过滤片更换口、气体补充部和佩戴部件，其特征在于，所述面罩过滤片为层状结构，分别由外层、里层和中间层构成；所述面罩支撑部采用硬质金属丝制成；所述气体补充部包括外部壳体和气体补充环，所述气体补充部设置在面罩主体外壳的面罩过滤片外侧，位于面罩主体外壳的中下部。
2.根据权利要求1所述的安全面罩，其特征在于，所述面罩主体外壳外侧设有抗静电聚合物复合纤维。
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