新型煤矿用聚氯乙烯

1、新型煤矿用聚氯乙烯（硬）管材的研制发布单位：中国科技论文网   入库时间：2006-10-12  新型煤矿用聚氯乙烯（硬）管材的研制 李   淮1     曲   娟2 （1、兖矿集团新世纪公司，山东邹城 273500；2、山东科技大学泰安校区机械工程系，山东 泰安271021） 摘  要：通过对聚氯乙烯（硬）管材的特点分析，以及和其他塑料管材的性能比较，从而确定在聚氯乙烯（硬）管材基础上，结合煤矿井下特触的使用环境，研制阻燃、抗静电和

2、高强度的新型煤矿用各类聚氯乙烯（硬）管材，以便来替代井下长期使用的各类金属管材，解决煤矿井下使用金属管材易腐蚀和生锈等问题。关键词： 聚氯乙烯（硬）管材   断面和配方设计   成型工艺    1、前言    目前煤矿用的给排水管、正压风管、喷浆管和抽放瓦斯管等，长期以来主要采用的是各类金属管材，由于井下的使用环境恶劣，易腐蚀和生锈，维修和更换频繁，因此，金属管材的使用成本较高，铺设施工也比较麻烦。与金属管材相比，塑料管材有以下优点：1、密度小，仅为铁的1/8，因此，其重量轻易于煤矿井下搬运，降

3、低工人劳动强度，提高工作效率；2、耐化学腐蚀好，因此，不生锈、不需要防腐处理；3、电绝缘性能优良，不需要焊接，易于煤矿井下的安全；4、耐磨性好，不产生水垢，使用寿命长；5、铺设施工方便，遇突发事件，易于排险；6、价格相对便宜，综合经济效益好，符合国家以塑代钢、以塑代木的产业发展方向。所以，用塑料管材替代金属管材是今后煤矿井下用管材的发展方向。    近几年来，许多科研机构和企业，一直寻求用塑料管材来替代金属管材；鉴于煤矿井下的恶劣环境，塑料管材必须要解决好防静电、阻燃和强度等问题。但是，要解决防静电和阻燃问题，就要影响到管材的强度；如何在保证防静电和阻燃的情况下，

4、同时，要保证管材在煤矿井下使用具有足够的强度，目前还没有一个成熟的配方和加工工艺；同时，在使用聚氯乙烯（硬）还是聚乙烯作为管材主要材料上，大家也在不断的进行探索。 2、聚氯乙烯（硬）管材和其他塑料管材的比较    聚氯乙烯（硬）管材是我国发展最早、产量最大、价格低廉的塑料管材，具有化学稳定性好、力学性能好、电器绝缘性能优良和难燃等优点，当然，也存在着不耐高温，长时间使用后，在温度不高时抗冲击性能较差等缺点，但是，对于其他塑料管材来说，也都存在着同样的问题。    目前我国生产和使用最多的塑料管材是：聚氯乙烯（硬）管材和聚乙烯

5、管材，也是最适合作为金属管材替代品的两种管材，对于聚氯乙烯（硬）和聚乙烯两种材料，作为主要材料加工成的管材，在一般条件下均可成为金属管材的替代品，但是，毕竟这两种材料的化学分子结构不同，其管材的配方设计也不同，对于在煤矿井下这样恶劣的使用环境下，谁更适合进行改进来作为煤矿井下金属管材的替代品，我们从以下几个方面来进行一下比较：（1）在化学分子材料上    聚氯乙烯（硬）本身就具备一定的阻燃性能，加入一定量的有机阻燃剂后阻燃效果会大大增强。聚乙烯在加入一定量的阻燃剂和抗静电剂后，对制品的会表面性能产生一定的影响，要保证制品的耐压强度，就必须增加管材的壁后，这势必增加

6、成本。（2）在管材的配方设计上    由于聚乙烯不像聚氯乙烯（硬），其本身不具备阻燃性能，所以其管材制品要达到的阻燃效果就必须加入足够量的阻燃剂；一般阻燃剂是聚乙烯价格的4-5倍，所以其生产成本就会增加。（3）在使用与替代性上    聚氯乙烯（硬）管材内外壁光滑、平整，用途广泛，其制品有20-400mm，对金属管材制品的替代性更强，而聚乙烯管材仅限于250mm以下的管材；另外，在同等规格情况下，由于聚乙烯管材的壁厚，所以比聚氯乙烯（硬）管材相对内径小，单位流量少，具有一定的局限性，使用成本也较高。   

7、综上所述，通过聚氯乙烯（硬）和聚乙烯这两种最常用的塑料管材比较，作为煤矿用金属管材的替代品来说，聚氯乙烯（硬）管材更具有替代性，目前，在煤矿井下一些领域，除部分使用玻璃制品外，还没有使用其他的化工材料制品完全作为金属类产品的替代品；另外，对于我们来说，附近就有我国最大的聚氯乙烯的生产基地齐鲁石化，更有利于我们的生产原料的提供。 3、煤矿用聚氯乙烯（硬）管材断面和配方的设计    我们对于聚氯乙烯（硬）管材的断面和配方设计上，指导思想是在保持普通聚氯乙烯（硬）管材物理性能的基础上，增加管材内外表面的防静电和阻燃性能，同时，增加管材的表面硬度和抗冲击性，使管

8、材保持一定的强度，但又不会使管材的壁太厚。    （1）、我们考虑到煤矿井下使用的环境，管材的内外表层都需要耐磨、防静电和阻燃，同时，要使管材保持一定的抗冲击性，中部要有韧性，就要采用三层夹心的断面结构形式，内外皮层是防静电、阻燃和高强度的耐磨层，中间是非硬质的芯层，通过三层共挤的方式来加工成形。另外，对于有高压风管，中间增加钢网等夹层，以增加管材的抗震动性。    （2）、内外皮层的配方中加入进口的抗静电、阻燃材料，满足井下防静电和阻燃的要求；对于内皮层为了增加其耐磨性加入尼龙；同时，内外皮层的配方都要加入贝壳粉，以及进口的增强剂和

9、改性剂，增加材料自润滑性、刚性和吸水性，提高材料的化学稳定性，也使管材的表面平滑、流体阻力小和易于挤出成形。    （3）、中间芯层为了增加管材的抗冲击性，加入纤维组织，同时加入增强剂和改性剂，确保管材的抗冲击性能。    （4）配方中我们还采用了环保型的稀土稳定剂，不但增加产品的抗老化性能，延长了产品的寿命，还达到了井下环保的要求。 4、煤矿用聚氯乙烯（硬）管材及配件的成形    由于煤矿用聚氯乙烯（硬）管材的内外层和芯层是三种配方，因此，其成型的挤出加工工艺也不相同 ，所以要采用三层共挤的方

10、式来实现，这就需要对我们现有的挤出设备进行改造，三个机头同时共挤，并设计制作专用的三层共挤模具，制定科学合理的挤出工艺，才能实现这种管材的加工成形的要求，同时对这种管材的配料和混料工艺等，对于不同类型的管材，也都要有不同的工艺要求。    对于这种管材配套的管件，我们采用管材内皮的配方，但是加入更多的纤维，将料进行制粒后，再进行注塑成型，使其完全满足煤矿井下对产品的安全和其他各种性能的要求。 5、满足煤矿井下大口径和高压管材的需要    煤矿井下供水、排水、压风、喷浆和抽放瓦斯的管材，按照国标MT558.2-1996“煤矿用

11、聚氯乙烯（硬）管材”标准的要求，其使用压力一般是0.8Mpa，标准中规定的管材的最大直径是160mm，但是，在煤矿井下实际的应用中，水压有时要突破0.8 Mpa，甚至达到近1.6Mpa，而管材的直径最大要到400mm。    因此，我们根据煤矿各类管材的实际使用情况，在国标MT558.2-1996“煤矿用聚氯乙烯（硬）管材”标准的基础上，制订了20 mm400 mm各种聚氯乙烯（硬）管材的壁厚、公称压力、密封和检验等方面的企业内控标准，即Q/YZK0762003“煤矿用聚氯乙烯（硬）管材，并制订了企业内部的产品检验规范, 从而弥补了国标对160mm400 mm各类

12、管材技术指标的空白。    对于大口径和高压管材的配方和成型工艺进行了重新的设计改进。经过我们反复的实验，以及配方和成型工艺的调整，我们试制的110和90的煤矿用聚氯乙烯（硬）管材，其最高的公称压力可达到8 Mpa，密封处的最大公称压力达到了10Mpa，这在全国同类型煤矿用塑料管材中，管材壁厚是最薄的，但是其公称压力确是最大的；另外，通过我们对这种煤矿用聚氯乙烯（硬）管材配方设计和成型工艺的不断摸索，以及对挤出设备和模具的三层共挤技术经验的积累，我们已完全掌握了最大直径为400 mm以下这种管材挤出的成熟技术。 6、结束语    经过我们近一年的努力，我们已经成功研制出了煤矿用聚氯乙烯（硬）抽放瓦斯管、煤矿用聚氯乙烯（硬）正风压管、煤矿用聚氯乙烯（硬）喷浆管、煤矿用聚氯乙烯（硬）排水管等四大系列20 mm400 mm直径的各种管材，经过在我们兖矿集团兴隆庄煤矿和济三煤矿井下的工业性实验，各项指标全部达到或超过国家标准的要求，同时，也达到或超过了我们企业内控标准的要求，并且，通过了国家采煤机械质量监督检验中心的检测，取得了国家煤矿矿用产品安全标志证书，完全可以满足煤矿井下使用的要求。  参考文献：1、黄锐等，“塑