CN107955632A - 一种相变材料温敏胞衣、复合阻化物及其制备方法 - Google Patents

一种相变材料温敏胞衣、复合阻化物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相变材料温敏胞衣、复合阻化物及其制备方法。本发明采用温敏相变材料为胞衣外壳,直接在高含水复合阻化物外包裹上复合相变材料,该复合材料以石蜡,硬脂酸等相变材料为基体,以玻璃纤维,聚丙烯纤维等为骨料,并且包含有氢氧化镁,氯化石蜡,膨胀石墨和玻璃微珠等阻燃材料。本发明提高相变材料的硬度和燃点,使其在煤块下落时候不易破裂,不仅克服了传统防灭火阻化剂易失效的缺点,对阻化剂性能保存完好,而且相变材料其对温度的升高比较敏感,能在煤自燃临界温度之前融化,进而使胞衣内的阻化剂充分释放来抑制煤自燃。本发明制备系统模块化设计,结构简单易操作,可高效的生产加工胞衣阻化剂。

Description

一种相变材料温敏胞衣、复合阻化物及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合阻化物技术领域,具体涉及一种相变材料温敏胞衣、复合阻化物及其制备方法。
背景技术
煤矿火灾是我国煤矿安全生产的最大灾害,特厚煤层综采放顶煤高产高效技术的大力推广,矿井频繁出现采空区遗煤自燃火灾,自燃易引起瓦斯燃烧和爆炸。阻化剂防治煤自燃技术是目前常用的防灭火技术,阻化剂防治煤自燃技术是目前常用的防灭火技术,一般使用配置完成的阻化剂溶液以喷洒的形式直接撒入采空区,但是这种形式的阻化剂存在寿命短、稳定性差、具有强腐蚀性等缺点。
本文针对现有阻化剂存在的缺点,提出了含氧化自热温敏胞衣无机盐阻化剂热释放技术,以实验研究为主要手段,采取“理论指导实践、实践验证理论”的科学研究方法,深入研究该技术的防灭火效果。
阻化剂防灭火技术主要是通过物理化学等作用,使煤体与氧气隔绝降低煤与氧的化学反应速度,加速散热、保持煤体的湿度等,从而阻止煤的自然倾向。如氯化镁、氯化钙、水玻璃凝胶等。都可以使煤层的自然发火期不同程度的延长。但是其存在的缺点是,阻化剂的阻化效果差,寿命短,另外具有有机物的毒性、腐蚀性和不能降解造成的环境污染等。因此,对阻化剂的防灭火研究还是十分重要。
发明内容
发明目的:针对上述现有技术,提供一种相变材料温敏胞衣阻化剂外壳的制备方法,在高含水复合阻化物外包裹一层相变材料作为胞衣,解决了现有阻化剂阻化寿命短、稳定性差、无法有效控制采空区自燃区域的问题。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种相变材料温敏胞衣,包括基体,还包括增强体和阻燃剂。
优选的,所述基体为石蜡、硬脂酸的混合物。
优选的,所述增强体为玻璃纤维,石棉纤维或聚丙烯纤维中的一种或几种。
优选的,所述阻燃剂为氢氧化镁,氯化石蜡,膨胀石墨或玻璃微珠中的一种或几种。
优选的,所述基体、增强体和阻燃剂的质量百分比分别为:30%-38%,12%-18%,45%-55%。
优选的,所述基体、增强体和阻燃剂的质量百分比分别为:32%、18%、50%。
一种复合阻化物,使用上述相变材料温敏胞衣。
一种复合阻化物的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:制作阻化剂溶液:所述阻化剂溶液中氯化镁和氯化钙的质量百分比分别为氯化钙,阻化剂也可以是离子液体;
步骤2:将阻化剂溶液降温制冷,形成低温固化的阻化物颗粒;
步骤3:将石蜡、增强体和阻燃剂按比例混合,加热至温度60-70℃并保持恒温,使增强体和阻燃剂与融化的石蜡混合均匀,制得为胞衣材料;
步骤4:将低温固化的阻化物颗粒放入步骤3所得熔融状态的胞衣材料中,使胞衣材料充分包裹住阻化剂,完成复合阻化剂的制作。
有益效果:本发明提出了含氧化自热温敏胞衣无机盐阻化剂热释放技术,该技术不仅克服了传统防灭火阻化剂易失效的缺点,而且其对温度的升高比较敏感,能在煤自燃临界温度之前融化,进而使胞衣内的阻化剂完全释放来抑制煤自燃;强度增加使其不易破碎,保证了阻化剂的效果完好;胞衣材料的燃点增高使其不易燃烧,防止火灾的扩大;制备系统模块化设计,结构简单易操作,可高效的生产加工胞衣阻化剂。具体效果如下:
1、本发明的基体材料为石蜡、硬脂酸的混合物,硬脂酸的熔点和石蜡接近,但是硬度更高,能够增加胞衣的强度;
2、胞衣中加入一定比例的玻璃纤维,石棉纤维或聚丙烯纤维等物质,使相变材料的硬度增强,相变材料外壳往采空区铺洒时不破裂;
3、胞衣中加入一定比例的氢氧化镁,氯化石蜡,膨胀石墨或玻璃微珠等材料使相变材料的着火点升高,阻止其比煤先燃烧,防止火灾的扩大。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更进一步的解释。
相变材料温敏胞衣的制备,包括胞衣外壳相变材料的选择,相变材料强度的增强和燃点的提高,将冰冻的阻化剂颗粒放入混合好的胞衣相变材料内等步骤。
其中,温敏胞衣外壳材料的选择。
经过比较和分析,对比凡士林、硬脂酸和石蜡的物理性质,选取硬脂酸和石蜡作为相变材料,下面对它们的特性进行分析。
凡士林是一种烷系烃或饱和烃类半液态的混合物,也叫矿脂,由石油分馏后制得。它的状态在常温时介于固体及液体之间;熔点为35~50℃。
石蜡的主要成分是固体烷烃,无臭无味,为白色或淡黄色半透明固体。石蜡在常温下是固体,石蜡性质比较稳定。石蜡的熔点为47~64℃,煤的临界温度也称自热温度,是能使煤自发燃烧的最低温度,一般在60~80℃之间,通常取值70℃。石蜡的熔点接近煤自燃的临界温度,有利于保持阻化剂的效果。因此,选取石蜡作为温热自控阻化剂的胞衣材料。硬脂酸即十八烷酸,为白色或淡黄色半透明固体。硬脂酸在常温下是固体且性质比较稳定。熔点为56~69.6℃,接近煤自燃的临界温度。硬度比石蜡强。
通过比较凡士林、硬脂酸和石蜡的物理特性可以知道,凡士林在常温下是介于固体和液体之间,石蜡和硬脂酸在常温下是固体,相比凡士林更稳定。凡士林的熔点为35~50℃,硬脂酸和石蜡的熔点分别为56~69.6℃和47~64℃,石蜡和硬脂酸的熔点更接近煤自燃的临界温度,更有利于保持阻化剂的效果。因此,选取石蜡和硬脂酸作为温敏胞衣阻化剂的胞衣相变材料。
如上所述胞衣相变材料需要增加强度,提高燃点。由于阻化剂要均匀撒入采空区内,所以胞衣外壳要有一定的强度要求,保证一定的落煤压力并且在采空区洒落时不易破碎;在保证强度的情况下熔点要尽可能接近煤的自燃温度临界点;复合相变材料的燃点要增高,不能使石蜡等相变材料比煤先燃烧,起到阻燃的作用。所以本实施例重点分析相变材料的强度和阻燃性,以此得出复合相变材料温敏胞衣的最优方案。
经过试验比对,基体、增强体和阻燃剂的质量百分比分别为:30%-38%,12%-18%,45%-55%时胞衣的性能有显著提升。胞衣的抗压强度增强了几十倍以上,阻燃性能也大大提升,着火点提高100多℃。在此显著的提升下,胞衣材料仍能在60-70℃范围内释放阻化剂溶液。其中基体、增强体和阻燃剂的质量百分比分别为:35%、15%、50%时胞衣的抗压强度最高,阻燃性能最好。
复合阻化物的制备包括如下步骤:
步骤1,制作阻化剂溶液:阻化剂溶液中氯化镁和氯化钙的质量百分比分别为氯化钙,也可以是离子液体等阻化剂溶液。
步骤2,对于胞衣外壳强度的研究:在基体中加入一定比例的玻璃纤维,石棉纤维或聚丙烯纤维等物质使相变材料的硬度增强,经过试验,使用本实施例提供的比例的相变材料外壳往采空区铺洒时不破裂。
步骤3,对于胞衣外壳的阻燃性的研究:加入一定比例的氢氧化镁,氯化石蜡,膨胀石墨或玻璃微珠等材料使相变材料的着火点升高,阻止其比煤先燃烧,防止火灾的扩大。
步骤4,配置好符合实际强度和阻燃性的石蜡,将其在其熔点下保持液体状态。
步骤5,用冰冻好的阻化剂小球在液体石蜡中充分接触,使石蜡充分包裹住阻化剂,完成温敏胞衣阻化剂的制作。
步骤6,将制作好的温敏胞衣阻化剂均匀的撒在煤层采空区内,形成一定厚度的阻化剂隔层,起到充分的阻化作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
实施例1:
表1:实施例一的各个组分百分比
该组分下,阻化率为95%,单位时间内的放热速率降低了70%,着火点提高了124度,阻燃性能大大增强。抗压强度显著增强,相比石壁壳单纯为石蜡的胞衣,该复合材料的抗压强度提高了几百倍。
实施例2:
表2:实施例二的各个组分百分比
该组分下,阻化率为93%,单位时间内的放热速率降低了60%,着火点提高了101度,阻燃性能大大增强。抗压强度显著增强,相比石壁壳单纯为石蜡的胞衣,该复合材料的抗压强度提高了几百倍。

Claims (8)

1.一种相变材料温敏胞衣,包括基体,其特征在于,还包括增强体和阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的一种相变材料温敏胞衣,其特征在于,所述基体为石蜡、硬脂酸的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种相变材料温敏胞衣,其特征在于,所述增强体为玻璃纤维,石棉纤维或聚丙烯纤维中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种相变材料温敏胞衣,其特征在于,所述阻燃剂为氢氧化镁,氯化石蜡,膨胀石墨或玻璃微珠中的一种或几种。
5.根据权利要求1、2、3或4任一所述的一种相变材料温敏胞衣,其特征在于,所述基体、增强体和阻燃剂的质量百分比分别为:30%-38%,12%-18%,45%-55%。
6.根据权利要求1、2、3或4任一所述的一种相变材料温敏胞衣,其特征在于,所述基体、增强体和阻燃剂的质量百分比分别为:32%、18%、50%。
7.一种复合阻化物,其特征在于,使用权利要求1所述的相变材料温敏胞衣。
8.一种复合阻化物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:制作阻化剂溶液;
步骤2:将阻化剂溶液降温制冷,形成低温固化的阻化物颗粒;
步骤3:将石蜡、增强体和阻燃剂按比例混合,加热至温度60-70℃并保持恒温,使增强体和阻燃剂与融化的石蜡混合均匀,制得胞衣材料;
步骤4:将低温固化的阻化物颗粒放入步骤3所得胞衣材料中,使胞衣材料充分包裹住阻化剂,完成复合阻化剂的制作。
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