CN111171644B - 一种矿用密闭防灭火复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种矿用密闭防灭火复合材料及其制备方法。以聚醋酸乙烯乳液、聚丙烯酸酯乳液、聚氯丁二烯乳液等为基料，硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、碳酸钙、达到饱和的高吸水性树脂等粉料作为添加剂，制备出的复合材料，具有良好的柔韧性、回弹性、阻燃性、抗静电性。由于达到饱和的高吸水性树脂的存在，使材料具有较高的含水量，既起到矿用密闭的特性，又具有防灭火的功能。它可以弥补水泥浆密闭易开裂以及聚氨酯喷涂密闭材料反应温度高，安全性低等缺陷。该复合材料原料易得，配制方式简便，施工方法简单，可以代替原有的密闭材料，起到良好的矿用密闭及防灭火效果。

Description

一种矿用密闭防灭火复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种矿用密闭防灭火复合材料及其制备方法。
背景技术
煤矿的新巷道的掘进过程中，由于岩石收到机器设备的挤压以及破坏或者风化，比较容易发生落石伤人的事件。另外，岩石以及煤体的缝隙中存在大量的一氧化碳以及瓦斯气体，这些气体的泄露会对井下施工的工人造成较大的生命威胁。因此巷道表面会进行密闭处理，一是为了防止落石，造成人员受伤的状况；二是为了防止瓦斯以及一氧化碳的泄露，威胁工人生命安全。
传统的密闭方法为水泥浆喷涂以及酚醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯的喷涂密闭。水泥浆喷涂密闭材料，施工难度大，施工环境差，井下污染严重，施工后密闭墙容易开裂，封堵瓦斯以及一氧化碳的能力差，需重复施工，工作效率低下。酚醛树脂的喷涂密闭材料中含有酸以及酚醛树脂，酸有较大的腐蚀性，酚醛树脂中残留甲醛对人身体健康也有较大威胁。并且酚醛树脂的脆性较高，抗变形性差。聚氨酯喷涂密闭材料，它是由组合聚醚多元醇和多异氰酸酯反应形成的聚氨酯材料。名称为《矿用聚氨酯一种矿用密闭防灭火复合材料及其制备方法》、公告号为CN 102533089 B、公告日期2014.05.07的中国专利公开了一种双组份聚氨酯一种矿用密闭防灭火复合材料，该材料作为井下快速密闭使用，具有较好的粘接性，和耐冲击性能。但是这种聚氨酯材料的反应温度太高，存在有毒有害气体，安全性能低、对人体危害较大、在抗变形性方面的表现也不是很优异。
发明内容
基于上述存在的问题，本发明提出一种具有优异的抗变形性，本质安全型，具有密闭及防灭火功能的矿用密闭防灭火复合材料。
本发明的另一发明目的是提供矿用密闭防灭火复合材料的制备方法。
本发明所采取的技术方案是：一种矿用密闭防灭火复合材料，由以质量含量计算的A、B、C组分组成，其中：
A组分：硅酸盐类水泥15～35份，铝酸盐类水泥25～45份，重质碳酸钙5～10份，高岭土5～10份，石英砂5～10份，矿渣粉0～5份，阻燃剂3～5份，可分散乳胶粉1～3份，纤维素醚0～1份，减水剂1～3份，聚合物纤维0.05～0.1份，水泥固化剂0～1份；
B组分：聚醋酸乙烯乳液40～70份，聚丙烯酸酯乳液20～40份，苯丙乳液0～5份，聚氯丁二烯乳液5～10份，稀释剂0～5份；
C组分：饱和高吸水性树脂30～50份。
优选方式，所述A组分中的阻燃剂为三氧化二锑粉料阻燃剂，减水剂为聚羧酸类减水剂，水泥固化剂为硫酸钙或者无水硫酸钠，纤维素醚为纤维素醚-450，石英砂为80目的石英砂，重质碳酸钙为80目的重质碳酸钙。
优选方式，所述B组分中的稀释剂为质量比为40％的浓度为98％的乙二醇与60％的浓度为95％的乙醇的混合溶液。
优选方式，所述聚醋酸乙烯乳液、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、聚氯丁二烯乳液均为固含量为50％-55％的阴离子型乳液。
所述矿用密闭防灭火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将A组分的硅酸盐类水泥15～35份，铝酸盐类水泥25～45份，重质碳酸钙5～10份，高岭土5～10份，石英砂5～10份，矿渣粉0～5份，阻燃剂3～5份，可分散乳胶粉1～3份，纤维素醚0～1份，减水剂1～3份，加入搅拌桶中，开启搅拌，在转速为60r/min的状态下，边搅拌边加入聚合物纤维0.05～0.1份，水泥固化剂0～1份后，再继续搅拌20～30分钟，得到A组分混合物料备用；
步骤2)、先将B组分中的聚醋酸乙烯乳液40～70份、稀释剂0～5份加入至搅拌桶内，在转速为200～300r/min的状态下，边搅拌边加入聚丙烯酸酯乳液20～40份，苯丙乳液0～5份以及聚氯丁二烯乳液5～10份，再继续搅拌20～30分钟，即得B组分混合物料备用；
步骤3)、C组分饱和高吸水性树脂的制备:取粒径小于80μm的吸水倍率为500～800倍的吸水树脂1～5g，在其中添加500～800ml蒸馏水，使树脂达到饱和凝胶状态，即得到C组分备用；
步骤4)、将步骤2)得到的B组分加入至混合桶中，开启搅拌泵的泵头，在搅拌的状态下缓慢加入步聚1)得到的A组分混合物料，搅拌均匀后再加入步骤3)得到的C组分，在搅拌转速为1000-1200r/min条件下，将混合物再搅拌10分钟，使混合物具有较好的触变性，达到挂壁流动状态时，即为制得矿用密闭防灭火复合材料。
本发明以乳液为基础材料，再通过添加各种粉料进行复合，制备成具有特殊性能的矿用密闭防灭火复合材料。与现在技术相比，具有以下优点：
(1)以乳液为基础，降低了原有高分子密闭材料的反应温度，最高成型温度为30-40℃。
(2)相较于传统的水泥浆喷涂密闭材料，所得复合材料抗形变性较强，具有良好的粘结性和断裂伸长率，可满足煤岩体位移形变后的密闭需求，所得复合材料不会开裂，密闭性能优越。
(3)所得复合材料中加入的达到饱和的高吸水性树脂，确保了材料具有较高的含水量，起到阻燃、防灭火的目的，并具有良好的抗静电性能。因此该方法所制备的一种矿用密闭防灭火复合材料为一种新型的本质安全型的矿用材料。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述一种矿用密闭防灭火复合材料，由以质量含量计算的A、B、C组分组成，其中：
A组分：硅酸盐类水泥15g，铝酸盐类水泥25g，重质碳酸钙5g，高岭土5g，石英砂5g，矿渣粉1g，阻燃剂3g，可分散乳胶粉1g，纤维素醚0.5g，减水剂1g，聚合物纤维0.05g，水泥固化剂0.5g；
B组分：聚醋酸乙烯乳液40g，聚丙烯酸酯乳液20g，苯丙乳液1g，聚氯丁二烯乳液5g，稀释剂1g；
C组分：饱和高吸水性树脂30g。
所述A组分中的阻燃剂为三氧化二锑粉料阻燃剂，减水剂为聚羧酸类减水剂，水泥固化剂为硫酸钙，纤维素醚为纤维素醚-450，石英砂为80目的石英砂，重质碳酸钙为80目的重质碳酸钙。
所述B组分中的稀释剂为质量比为40％的浓度为98％的乙二醇与60％的浓度为95％的乙醇的混合溶液。
所述聚醋酸乙烯乳液、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、聚氯丁二烯乳液均为固含量为50％的阴离子型乳液。
所述矿用密闭防灭火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将A组分的硅酸盐类水泥15g，铝酸盐类水泥25g，重质碳酸钙5g，高岭土5g，石英砂5g，矿渣粉1g，阻燃剂3g，可分散乳胶粉1g，纤维素醚0.5g，减水剂1g，加入搅拌桶中，开启搅拌，在转速为60r/min的状态下，边搅拌边加入聚合物纤维0.05g，水泥固化剂0.5g后，再继续搅拌20分钟，得到A组分混合物料备用；
步骤2)、先将B组分中的聚醋酸乙烯乳液40g、稀释剂1g加入至搅拌桶内，在转速为200～300r/min的状态下，边搅拌边加入聚丙烯酸酯乳液20g，苯丙乳液1g，聚氯丁二烯乳液5g，再继续搅拌20分钟，即得B组分混合物料备用；
步骤3)、C组分饱和高吸水性树脂的制备:取粒径小于80μm的吸水倍率为500～800倍的吸水树脂1～5g，在其中添加500～800ml蒸馏水，使树脂达到饱和凝胶状态，即得到C组分备用；
步骤4)、将步骤2)得到的B组分加入至混合桶中，开启搅拌泵的泵头，在搅拌的状态下缓慢加入步聚1)得到的A组分混合物料，搅拌均匀后再加入步骤3)得到的C组分，在搅拌转速为1000r/min条件下，将混合物再搅拌10分钟，使混合物具有较好的触变性，达到挂壁流动状态时，即为制得矿用密闭防灭火复合材料。
实施例2
本实施例所述本实施例所述一种矿用密闭防灭火复合材料，由以质量含量计算的A、B、C组分组成，其中：
A组分：硅酸盐类水泥35g，铝酸盐类水泥45g，重质碳酸钙10g，高岭土10g，石英砂10g，矿渣粉5g，阻燃剂5g，可分散乳胶粉3g，纤维素醚1g，减水剂3g，聚合物纤维0.1g，水泥固化剂1g；
B组分：聚醋酸乙烯乳液70g，聚丙烯酸酯乳液40g，苯丙乳液5g，聚氯丁二烯乳液10g，稀释剂5g；
C组分：饱和高吸水性树脂50g。
所述A组分中的阻燃剂为三氧化二锑粉料阻燃剂，减水剂为聚羧酸类减水剂，水泥固化剂为无水硫酸钠，纤维素醚为纤维素醚-450，石英砂为80目的石英砂，重质碳酸钙为80目的重质碳酸钙。
所述B组分中的稀释剂为质量比为40％的浓度为98％的乙二醇与60％的浓度为95％的乙醇的混合溶液。
所述聚醋酸乙烯乳液、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、聚氯丁二烯乳液均为固含量为55％的阴离子型乳液。
所述矿用密闭防灭火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将A组分的硅酸盐类水泥35g，铝酸盐类水泥45g，重质碳酸钙10g，高岭土10g，石英砂10g，矿渣粉5g，阻燃剂5g，可分散乳胶粉3g，纤维素醚1g，减水剂3g，加入搅拌桶中，开启搅拌，在转速为60r/min的状态下，边搅拌边加入聚合物纤维0.1g，水泥固化剂1g后，再继续搅拌30分钟，得到A组分混合物料备用；
步骤2)、先将B组分中的聚醋酸乙烯乳液70g、稀释剂5g加入至搅拌桶内，在转速为300r/min的状态下，边搅拌边加入聚丙烯酸酯乳液40g，苯丙乳液5g以及聚氯丁二烯乳液10g，再继续搅拌30分钟，即得B组分混合物料备用；
步骤3)、C组分饱和高吸水性树脂的制备:取粒径小于80μm的吸水倍率为800倍的吸水树脂5g，在其中添加800ml蒸馏水，使树脂达到饱和凝胶状态，即得到C组分备用；
步骤4)、将步骤2)得到的B组分加入至混合桶中，开启搅拌泵的泵头，在搅拌的状态下缓慢加入步聚1)得到的A组分混合物料，搅拌均匀后再加入步骤3)得到的C组分，在搅拌转速为1200r/min条件下，将混合物再搅拌10分钟，使混合物具有较好的触变性，达到挂壁流动状态时，即为制得矿用密闭防灭火复合材料。
实施例3
本实施例所述一种矿用密闭防灭火复合材料，由以质量含量计算的A、B、C组分组成，其中：
A组分：硅酸盐类水泥25g，铝酸盐类水泥35g，重质碳酸钙8g，高岭土8g，石英砂8g，矿渣粉3g，阻燃剂4g，可分散乳胶粉2g，纤维素醚0.7g，减水剂2g，聚合物纤维0.08g，水泥固化剂0.6g；
B组分：聚醋酸乙烯乳液55g，聚丙烯酸酯乳液30g，苯丙乳液3g，聚氯丁二烯乳液8g，稀释剂3g；
C组分：饱和高吸水性树脂40g。
所述A组分中的阻燃剂为三氧化二锑粉料阻燃剂，减水剂为聚羧酸类减水剂，水泥固化剂为硫酸钙或者无水硫酸钠，纤维素醚为纤维素醚-450，石英砂为80目的石英砂，重质碳酸钙为80目的重质碳酸钙。
所述B组分中的稀释剂为质量比为40％的浓度为98％的乙二醇与60％的浓度为95％的乙醇的混合溶液。
所述聚醋酸乙烯乳液、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、聚氯丁二烯乳液均为固含量为50％-55％的阴离子型乳液。
所述矿用密闭防灭火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将A组分的硅酸盐类水泥25g，铝酸盐类水泥35g，重质碳酸钙8g，高岭土8g，石英砂8g，矿渣粉3g，阻燃剂4g，可分散乳胶粉2g，纤维素醚0.7g，减水剂2g，加入搅拌桶中，开启搅拌，在转速为60r/min的状态下，边搅拌边加入聚合物纤维0.08g，水泥固化剂0.6g后，再继续搅拌20～30分钟，得到A组分混合物料备用；
步骤2)、先将B组分中的聚醋酸乙烯乳液55g、稀释剂3g加入至搅拌桶内，在转速为250r/min的状态下，边搅拌边加入聚丙烯酸酯乳液30g，苯丙乳液3g，聚氯丁二烯乳液8g，再继续搅拌25分钟，即得B组分混合物料备用；
步骤3)、C组分饱和高吸水性树脂的制备:取粒径小于80μm的吸水倍率为650倍的吸水树脂35g，在其中添加600ml蒸馏水，使树脂达到饱和凝胶状态，即得到C组分备用；
步骤4)、将步骤2)得到的B组分加入至混合桶中，开启搅拌泵的泵头，在搅拌的状态下缓慢加入步聚1)得到的A组分混合物料，搅拌均匀后再加入步骤3)得到的C组分，在搅拌转速为1100r/min条件下，将混合物再搅拌10分钟，使混合物具有较好的触变性，达到挂壁流动状态时，即为制得矿用密闭防灭火复合材料。
实施例4
本实施例所述一种矿用密闭防灭火复合材料，以质量含量计算的A、B、C组分组成，依次将A组分中硅酸盐类水泥350g，铝酸盐类水泥250g，高岭土60g，重质碳酸钙80g，石英砂100g，矿渣50g，阻燃剂50g，乳胶粉20g，纤维素醚10g，减水剂20g，聚合物纤维1g,水泥固化剂10g；B组分400g聚醋酸乙烯乳液，聚丙烯酸酯乳液400g，苯丙乳液50g，聚氯丁二烯乳液100g，稀释剂50g；C组分200g；制备方法同实施方式1，制得矿用密闭防灭火复合材料。
实施例5
本实施例所述一种矿用密闭防灭火复合材料，以质量含量计算的A、B、C组分组成，依次将A组分中硅酸盐类水泥200g，铝酸盐类水泥400g，高岭土50g，重质碳酸钙50g，石英砂100g，矿渣20g，阻燃剂50g，乳胶粉30g，纤维素醚10g，减水剂30g，高吸水树脂60g，聚合物纤维1g,水泥固化剂10g；B组分600g聚醋酸乙烯乳液，聚丙烯酸酯乳液250g，苯丙乳液30g，聚氯丁二烯乳液70g，稀释剂50g；C组分250g；制备方法同实施方式2，制得矿用密闭防灭火复合材料。
实施例6
本实施例所述一种矿用密闭防灭火复合材料，依次将A组分中硅酸盐类水泥250g，铝酸盐类水泥400g，高岭土50g，重质碳酸钙50g，石英砂100g，矿渣20g，阻燃剂50g，乳胶粉30g，纤维素醚10g，减水剂30g，聚合物纤维1g,水泥固化剂10g；B组分600g聚醋酸乙烯乳液，聚丙烯酸酯乳液250g，苯丙乳液30g，聚氯丁二烯乳液70g，稀释剂50g；C组分250g；制备方法同实施方式3，制得矿用密闭防灭火复合材料。
实施例7
本实施例所述一种矿用密闭防灭火复合材料，依次将A组分中硅酸盐类水泥280g，铝酸盐类水泥370g，高岭土50g，重质碳酸钙50g，石英砂100g，矿渣20g，阻燃剂50g，乳胶粉30g，纤维素醚10g，减水剂30g，聚合物纤维1g,水泥固化剂10g；B组分600g聚醋酸乙烯乳液，聚丙烯酸酯乳液250g，苯丙乳液30g，聚氯丁二烯乳液70g，稀释剂50g；C组分250g；制备方法同实施方式3，制得矿用密闭防灭火复合材料。
实施例8
本实施例所述一种矿用密闭防灭火复合材料，依次将A组分中硅酸盐类水泥250g，铝酸盐类水泥350g，高岭土60g，重质碳酸钙40g，石英砂100g，矿渣20g，阻燃剂50g，乳胶粉30g，纤维素醚10g，减水剂30g，高吸水树脂60g，聚合物纤维1g,水泥固化剂10g；B组分600g聚醋酸乙烯乳液，聚丙烯酸酯乳液250g，苯丙乳液30g，聚氯丁二烯乳液70g，稀释剂50g；C组分250g；制备方法同实施方式1，制得矿用密闭防灭火复合材料。
实施例9
本实施例所述一种矿用密闭防灭火复合材料，依次将A组分中硅酸盐类水泥250g，铝酸盐类水泥350g，高岭土50g，重质碳酸钙50g，石英砂100g，矿渣20g，阻燃剂50g，乳胶粉30g，纤维素醚10g，减水剂30g，高吸水树脂60g，聚合物纤维1g,水泥固化剂10g；B组分600g聚醋酸乙烯乳液，聚丙烯酸酯乳液250g，苯丙乳液30g，聚氯丁二烯乳液70g，稀释剂50g；C组分250g；制备方法同实施方式2，制得矿用密闭防灭火复合材料。
参照GB/T 2568《树脂浇注体拉伸性能实验方法》,GB/T1701-2001《硬质橡胶拉伸强度和拉断伸长率的测定》,MT 113-1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性能通用试验方法和判定规则》等标准，所测得的复合材料的性能如表1所述：
表1：密闭防灭火复合材料性能
Figure BDA0002373256410000081

Claims (4)

1.一种矿用密闭防灭火复合材料，其特征是：由以质量含量计算的A、B、 C组分组成，其中：
A组分：硅酸盐类水泥15～35份，铝酸盐类水泥25～45份，重质碳酸钙5～10份，高岭土5～10份，石英砂5～10份，矿渣粉0～5份，阻燃剂3～5份，可分散乳胶粉1～3份，纤维素醚0～1份，减水剂1～3份，聚合物纤维0.05～0.1份，水泥固化剂0～1份；
B组分：聚醋酸乙烯乳液40～70份，聚丙烯酸酯乳液20～40份，苯丙乳液0～5份，聚氯丁二烯乳液5～10份，稀释剂0～5份；
C组分：饱和高吸水性树脂30～50份；
其中，所述矿用密闭防灭火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）、将A组分的硅酸盐类水泥15～35份，铝酸盐类水泥25～45份，重质碳酸钙5～10份，高岭土5～10份，石英砂5～10份，矿渣粉0～5份，阻燃剂3～5份，可分散乳胶粉1～3份，纤维素醚0～1份，减水剂1～3份，加入搅拌桶中，开启搅拌，在转速为60 r/min的状态下，边搅拌边加入聚合物纤维0.05～0.1份，水泥固化剂0～1份后，再继续搅拌20～30分钟，得到A组分混合物料备用；
步骤2）、先将B组分中的聚醋酸乙烯乳液40～70份、稀释剂0～5份加入至搅拌桶内，在转速为200～300r/min的状态下，边搅拌边加入聚丙烯酸酯乳液20～40份，苯丙乳液0～5份以及聚氯丁二烯乳液5～10份，再继续搅拌20～30分钟，即得B组分混合物料备用；
步骤3）、C组分饱和高吸水性树脂的制备:取粒径小于80μm的吸水倍率为500～800倍的吸水树脂1～5g，在其中添加500～800ml蒸馏水，使树脂达到饱和凝胶状态，即得到C组分备用；
步骤4）、将步骤2）得到的B组分加入至混合桶中，开启搅拌泵的泵头，在搅拌的状态下缓慢加入步聚1）得到的A组分混合物料，搅拌均匀后再加入步骤3）得到的C组分，在搅拌转速为1000-1200 r/min条件下，将混合物再搅拌10分钟，使混合物具有较好的触变性，达到挂壁流动状态时，即为制得矿用密闭防灭火复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种矿用密闭防灭火复合材料，其特征是：所述A组分中的阻燃剂为三氧化二锑粉料阻燃剂，减水剂为聚羧酸类减水剂，水泥固化剂为硫酸钙或者无水硫酸钠，纤维素醚为纤维素醚-450，石英砂为80目的石英砂，重质碳酸钙为80目的重质碳酸钙。
3.根据权利要求1所述的一种矿用密闭防灭火复合材料，其特征是：所述B组分中的稀释剂为质量比为40%的浓度为98%的乙二醇与60%的浓度为95%的乙醇的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的一种矿用密闭防灭火复合材料，其特征是：所述聚醋酸乙烯乳液、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、聚氯丁二烯乳液均为固含量为50%-55%的阴离子型乳液。
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