玻璃钢管道阻燃抗静电配方研究

1． 前言
    目前煤矿井下给、排水用管、煤矿井下正压风、喷浆用管、煤矿井下负压风、抽放瓦斯用管广泛应用钢管，但由于钢管重量大、在地下环境中耐腐蚀性较差，所以塑料管道尤其是耐腐蚀性优良、轻质高强的玻璃钢管道应当是钢管的最佳替代产品。但煤矿井下用管道都有很高的阻燃、抗静电要求，而玻璃钢材料，由于其组分属于易燃、绝缘材料，所以其阻燃、抗静电性能很差，很难满足煤矿井下这种特定的环境要求。复合材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。
很多玻璃钢生产厂、研究单位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，导致产品售价无法在市场上立足等等。
本公司从配方设计、成型工艺等方面对玻璃钢的阻燃、抗静电性能进行了研究，通过多次试验，从中开发了一种在满足标准要求的前提下兼顾配方的工艺性和经济性的实用配方。
2． 阻燃机理
    玻璃钢管道的阻燃通常是通过在树脂基体中加入阻燃剂来实现。按使用方法的不同可把阻燃剂分为添加型和反应型。添加型阻燃剂主要是通过在可燃物中添加阻燃剂发挥阻燃剂的作用。反应型阻燃剂则是通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团，从而提高材料的抗燃性，起到阻止材料被引燃和抑制火焰的传播的目的。在阻燃剂类型中，添加型阻燃剂占主导地位，使用的范围比较广，约占阻燃剂的85％，反应型阻燃剂仅占15％。
    阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的，如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。
    按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂等几类。卤系阻燃剂在热解过程中，分解出捕获传递燃烧自由基的X•及HX，HX能稀释可燃物裂解时产生的可燃气体，隔断可燃气体与空气的接触。磷系阻燃剂在燃烧过程中产生了磷酸酐或磷酸，促使可燃物脱水炭化，阻止或减少可燃气体产生。磷酸酐在热解时还形成了类似玻璃状的熔融物覆盖在可燃物表面，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用。在氮系阻燃剂中，氮的化合物和可燃物作用，促进交链成炭，降低可燃物的分解温度，产生的不燃气体，起到稀释可燃气体的作用。磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂主要是通过磷－卤、磷－氮协同效应作用达到阻燃目的，具有磷－卤、磷－氮的双重效应，阻燃效果比较好。
3． 抗静电机理
    玻璃钢管道的抗静电通常是通过在树脂基体中添加抗静电剂，使制品具有导电性能。常用的抗静电剂包括：石墨、炭黑、乙炔黑等等，其导电性能差别很大，添加比例也有很大区别。
选用抗静电剂是应注意：粒度越小、表面积越大、越容易分散，所形成的导电链锁结构越强，分散后的粒子间隙越小，从而导电性能越好，所添加的比例也就越小。
     
4． 实验部分
     4．1原材料
     基体树脂：采用通用型不饱和聚酯树脂（196#）及引发剂和促进剂；
     增强材料：采用无碱无捻缠绕纱、短切毡、表面毡、网格布
     添加剂：阻燃剂A、阻燃剂B、抗静电剂C
     4．2阻燃抗静电玻璃钢管道的制备
     按照配方准确称取各种组分材料，采用缠绕成型工艺按照设计方案制备试验所需管材。
     4．3性能测试
     按照MT181-88《煤矿井下用塑料管安全性能检验规范》规定，测定玻璃钢管的阻燃性能、抗静电性能
    （MT181-88《煤矿井下用塑料管安全性能检验规范》规定玻璃钢管的阻燃性能、抗静电性能要求如下：
     2．1阻燃性能要求
     2．1．1按本规范作火焰燃烧试验时，当酒精喷灯燃烧器移走后，每组6条试件的火焰燃烧时间的算术平均值不得大于3s，其中任何一条时间的火焰续燃时间不得大于10s。
     2．1．2按本规范作火焰燃烧试验时，当酒精喷灯燃烧器移走后，每组6条试件的火星燃烧时间的算术平均值不得大于20s，其中任何一条时间的火星续燃时间不得大于60s。
     2．2导电性能要求 
     a. 给、排水用玻璃钢管，其管外壁表面电阻值不得大于1.0×109Ω。
     b. 正压风用玻璃钢管，其管外壁表面电阻值不得大于1.0×108Ω。
     c. 喷浆用玻璃钢管，其管外壁表面电阻值不得大于1.0×108Ω。
     d. 负压风、抽放瓦斯用玻璃钢管的表面电阻不得大于1.0×106Ω。）
5． 实验结果及讨论
    经检测，玻璃钢管道的阻燃性能为离火自熄即试样离开火焰马上自熄；
抗静电性能：管内壁表面电阻值为3.0×103Ω，管外壁表面电阻值为4.0×103Ω；按照MT181-88标准中所规定的要求，达到该阻燃抗静电性能的管道可适用于煤矿井下环境。
     5．1经济性
     对于该配方的经济性，笔者及实验单位进行了计算，在添加填料后，每公斤树脂混合基体价格低于每公斤树脂价格；
       名称           份数            单价(元/公斤)
      196#树脂      14.5
       阻燃剂 A       3.5
       阻燃剂 B       25                   13
       抗静电剂C      3 16
       综合成本（元/公斤）                12.2

     5．2工艺性
     在添加填料后树脂混合基体的粘度控制在400-700cp，适合缠绕工艺；
6． 结论
    目前已有煤矿企业开始利用该配方进行生产，管道的阻燃抗静电性能及弯曲强度均满足MT181-88《煤矿井下用塑料管安全性能检验规范》规定。而且工艺性、经济性很好，适合工业化大批量缠绕制管工艺。相信该配方会对玻璃钢生产厂带来很好的经济效益和社会效益。