一种低温液压气体储运阻隔防爆球及其应用的制作方法

本技术涉及危险化学品储运安全，尤其是涉及一种用于低温液压气体储运阻隔防爆球及其应用。

背景技术：

1、低温液压气体（lng、液氢、液氧、液氦、液氯等）在储运过程中具有超低温、易燃易爆、强氧化等特性，一旦发生泄漏或受到外部热源、撞击，极易引发燃烧爆炸事故。通过在储运容器中填充阻隔防爆球，可有效分割空间、阻断火焰传播、缓冲爆炸冲击波，是提升储运安全的重要技术手段。

2、现有防爆材料主要存在以下技术缺陷：第一，超低温环境下易发生冷脆断裂，无法耐受液氢（-253℃）、液氦（-269℃）等极低温工况；第二，缺乏有效抗静电措施，静电积聚易成为点火源；第三，遇高温火焰时快速熔融收缩、粘连结块，堵塞介质流道，丧失防爆功能；第四，与多种低温液压气体的化学兼容性不足，长期接触易发生溶胀、腐蚀或析出有害物质，污染介质。这些问题导致现有防爆材料无法同时满足耐极低温、抗静电、阻燃、高温不熔融结块、介质兼容等综合性能要求。

3、因此，需要一种能够适应超低温环境、具备抗静电性能、阻燃且高温下可控膨胀不熔融结块、与多种低温液压气体化学兼容的聚合物复合材料阻隔防爆球，以大幅提升低温液压气体储运的整体安全等级。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于低温液压气体储运阻隔防爆球及其应用，以解决现有技术中防爆材料存在超低温环境下易发生冷脆断裂、缺乏有效抗静电措施导致静电积聚易成为点火源、遇高温火焰时快速熔融收缩粘连结块堵塞介质流道丧失防爆功能、与多种低温液压气体的化学兼容性不足长期接触易发生溶胀腐蚀或析出有害物质污染介质的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于低温液压气体储运阻隔防爆球，所述阻隔防爆球为中空栅格状一体注塑成型结构，由赤道支撑环、四个纬向圆环、三个径向主船帆扇叶片、三个副扇叶片组成；所述球体南极呈空心状，球体北极是中间带有柱形孔的圆柱体，与三个径向主船帆扇叶片相连；所述阻隔防爆球由耐低温抗静电无卤阻燃聚合物复合材料制备而成，所述复合材料成分按重量计包括超低温改性聚烯烃63%~78%、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（sebs）耐低温增韧剂9%~16%、碳纳米管/导电炭黑/石墨烯/碳纤维复配抗静电填料0.45%~2.7%、磷氮系无卤复合阻燃剂0.45%~1.35%、纳米氢氧化镁1%~2.7%、纳米有机蒙脱土1.8%~2.7%、膨胀石墨1%~2.7%、纳米碳酸钙7%~13%、复合抗氧剂0.45%~1%、硅酮润滑剂0.3%~0.8%；所述超低温改性聚烯烃由eva与uhmwpe复配而成，玻璃化转变温度tg≤-80℃；所述阻隔防爆球适用温度区间-269℃~40℃，表面电阻106~109ω，v-0级阻燃，800℃高温下可控热膨胀，不燃烧、不熔融、不结块成坨。该技术方案通过eva与uhmwpe复配形成超低温改性聚烯烃基体，其中uhmwpe分子量达300万~600万提供极致低温韧性与结构稳定性，eva的va含量18%~28%改善加工流动性与填料相容性，二者协同改性后使材料可稳定耐受液氦-269℃至液氯40℃宽温域环境；碳纳米管/导电炭黑/石墨烯/碳纤维复配形成多元抗静电体系，构建三维导电网络实现表面电阻稳定控制在106~109ω，避免静电积聚引发爆炸隐患；磷氮系无卤复合阻燃剂与纳米氢氧化镁协同作用实现v-0级无卤阻燃，无明火蔓延、无熔滴；纳米有机蒙脱土与膨胀石墨复合赋予材料高温膨胀性能，800℃高温火焰持续灼烧30min材料自主热膨胀体积膨胀率≥150%，整体不燃烧、不熔融、不粘连、不结块成坨，保持网格骨架完整形成致密炭层隔热隔火；五层笼式中空结构可在液压气体发生闪爆前时通过上下浮动高速旋转吸收削减冲击波，在极限气流震荡冲击下可快速发生裂变产生不规则的一分三、三分六现象，增强气流上下串流性，从而缓冲气流膨胀动能，大幅度削减爆炸前产生的冲击波。

4、可选地，所述eva与uhmwpe的质量比为1：1~6：1；所述uhmwpe分子量为100万~600万，所述eva的va含量为10%~40%。通过控制eva与uhmwpe的质量比，可在保证超低温韧性的同时优化加工流动性，uhmwpe提供极致低温韧性与结构稳定性，eva改善体系加工流动性、填料相容性与常温及低温柔韧性，二者协同改性后满足全品类低温介质长期使用要求。

5、可选地，所述eva与uhmwpe的质量比优选范围为2：1~5.5：1，可进一步优选为3：1~5：1；所述uhmwpe分子量可优选为200万~600万，可进一步优选为300万~600万；所述eva的va含量可优选为15%~35%，可进一步优选为18%~28%。该优选配比范围可使复合树脂玻璃化转变温度tg≤-80℃，极限耐低温可达-269℃，有效杜绝极低温冷脆开裂。

6、可选地，所述阻隔防爆球整体呈五层笼式结构；所述防爆球中空结构可在液压气体发生闪爆前时，通过上下浮动高速旋转吸收削减冲击波；所述防爆球在极限气流震荡冲击下，可快速发生裂变，产生不规则的一分三、三分六现象，增强气流上下串流性，从而缓冲气流膨胀动能，大幅度削减爆炸前产生的冲击波。该结构设计使防爆球具有独特的动态缓冲功能，在燃爆条件下可通过结构裂变方式增强介质流通性，有效降低爆炸压力。

7、可选地，所述复合材料-196℃低温放置72h无脆裂变形，800℃灼烧30min体积膨胀率≥150%，与lng、液氢、液氧、液氦、液氯化学相容无化学反应、无析出。该性能指标确保防爆球在超低温储运环境下长期稳定，高温火险条件下可控膨胀形成防护炭层，与多种低温液压气体化学兼容无污染。

8、本发明还提供一种上述阻隔防爆球的应用，将阻隔防爆球填充于低温液压气体储罐、低温槽罐车、压力气瓶、液氯储存罐、汽柴油储存罐等内部，容器有效容积填充率为3%~8%；适用介质为lng、液氢、液氧、液氦、液氯等液压气体，用于储运过程防静电、阻隔火焰瞬爆燃爆状态下，防爆球通过高速转动浮动缓冲爆炸冲击波、高温防熔融堵塞；所述防爆球的五层笼式结构具有缓冲燃爆条件，阻隔二次燃爆伤害发生的作用。该应用方式通过控制填充率在3%~8%，在保证介质存储容积的同时实现有效的空间分割、冲击波缓冲、火焰阻隔和静电导出功能，广泛适用于lng储配站、液氢储运车辆、工业液氧储罐、液氦低温储运、工业液氯储存罐体以及汽柴油液体燃料等的安全防护。

9、本技术能产生的有益效果至少包括：

10、1、通过eva与uhmwpe按质量比2：1~5：1复配形成超低温改性聚烯烃基体，其中uhmwpe分子量300万~600万提供极致低温韧性与结构稳定性，eva的va含量18%~28%改善加工流动性与填料相容性，二者协同改性后玻璃化转变温度tg≤-80℃，使材料可短期适配液氦-269℃极低温环境（≥15min）、长期稳定耐受-196℃低温环境（72h）至液氯40℃宽温域，-196℃低温放置72h无脆裂变形，低温冲击强度≥9.2kj/m2，解决了现有防爆材料超低温环境下易发生冷脆断裂无法耐受液氢液氦等极低温工况的技术问题，满足全品类低温介质长期使用要求。

11、2、通过碳纳米管/导电炭黑/石墨烯/碳纤维复配抗静电填料0.45%~2.7%形成多元抗静电体系，碳系填料多元复配构建三维导电网络，使表面电阻稳定控制在106~109ω，避免静电积聚引发爆炸隐患，杜绝点火源，解决了现有防爆材料缺乏有效抗静电措施静电积聚易成为点火源的技术问题，确保储运过程安全。

12、3、通过磷氮系无卤复合阻燃剂0.45%~1.35%与纳米氢氧化镁1%~2.7%协效阻燃剂构成磷氮无卤阻燃体系，磷氮阻燃剂与纳米氢氧化镁协同作用实现v-0级无卤阻燃，无明火蔓延、无熔滴，800℃高温灼烧30min不燃烧；同时纳米碳酸钙7%~13%赋予材料结构刚性和韧度、纳米有机蒙脱土1.8%~2.7%与膨胀石墨1%~2.7%复合赋予材料高温膨胀性能，800℃高温火焰持续灼烧30min材料自主热膨胀体积膨胀率≥150%，整体不燃烧、不熔融、不粘连、不结块成坨，保持网格骨架完整形成致密炭层隔热隔火，解决了现有防爆材料遇高温火焰时快速熔融收缩粘连结块堵塞介质流道丧失防爆功能的技术问题。

13、4、通过五层笼式中空栅格球体结构设计，所述防爆球中空结构可在液压气体发生闪爆前时通过上下浮动高速旋转吸收削减冲击波，在极限气流震荡冲击下可快速发生裂变产生不规则的一分三、三分六现象，增强气流上下串流性，从而缓冲气流膨胀动能，大幅度削减爆炸前产生的冲击波，使容器爆炸压力下降87%以上，抑爆效率≥87%，有效缓冲燃爆条件、阻隔二次燃爆伤害。

14、5、通过材料配方优化与工艺控制，使复合材料与lng、液氢、液氧、液氦、液氯等多种低温液压气体化学兼容，长期接触无溶胀、无腐蚀、无有害物质析出，介质纯度不受影响，解决了现有防爆材料与多种低温液压气体的化学兼容性不足长期接触易发生溶胀腐蚀或析出有害物质污染介质的技术问题，广泛适用于lng、液氢、液氧、液氦、液氯等各类低温液压气体储运装备以及汽柴油液体燃料储运，大幅提升储运整体安全等级。

15、6、通过加入纳米碳酸钙7%~13%，显著提高了阻隔防爆球的刚性、尺寸稳定性和抗压强度，防止在立式储罐、高压气瓶等场景中因自重或外部压力产生塌陷变形，同时保持材料低温韧性，实现刚韧平衡。