一种矿用安全帽专用材料及其制备方法与流程

1.本发明属于塑料改性材料技术领域，具体涉及一种矿用安全帽专用材料及其制备方法。


背景技术：

2.生产安全帽帽壳的材料有很多，目前国内外生产安全帽帽壳的常用材料主要有：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元聚合物塑料(abs)、高密度聚乙烯材料(hdpe)、聚碳酸酯材料(pc)、纤维增强复合材料(frp)。hdpe材料具有较高的表面硬度和较好的耐热性、电绝缘性和尺寸稳定性，广泛用于安全帽生产；但是此材料耐压强度差，往往侧压试验不合格，虽然其在北美的安全帽生产中广泛使用，但在日本、韩国等国家基本不用。pc材料钢硬而有韧性，具有高抗冲击性、高度的尺寸稳定性、良好的电绝缘性能和耐高温的性能；但由于其价格昂贵，除了日本外，其他国家很少使用。frp材料为玻璃纤维增强塑料，其具有强度较高，耐热性和电绝缘性能优良，同时具有优良的耐酸和耐水性、阻燃、变形小等特点，在世界各国都有这种材料的安全帽；但由于这种复合材料是热固性树脂，在生产过程中有大量的废弃物、边角料以及安全帽使用期过后的垃圾回收很难处理，造成环境污染，不符合低碳经济；因此，欧美发达国家正在逐渐减少使用这种材料的生产量。abs塑料具有耐热、表面硬度高、尺寸稳定、耐化学性好，同时电绝缘性能良好，很少受温度、湿度的影响，而且在很大的频率变化范围内保持恒定；另外其化学性能也很好，对水、无机盐、碱及酸类几乎没有影响；因此，用abs材料制作安全帽广泛应用于世界各国。
3.我国作为煤炭生产大国，是一个严重依赖煤炭能源的国家，同时也是矿难大国。最常见的矿难之一是由瓦斯爆炸引起的，由于矿工工作环境中瓦斯浓度较高，静电堆积容易引起点火花，从而引发瓦斯爆炸。因此矿用安全帽除满足普通安全帽的性能要求(高冲击、高刚性和阻燃性能)之外，还需要具有一定的抗静电性能。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种矿用安全帽专用材料及其制备方法，本发明通过调节基体树脂并加入抗静电剂、阻燃剂，成功制备出具有良好抗静电性能和阻燃性能的矿用安全帽专用材料。
5.本发明所述的一种矿用安全帽专用材料，以重量份计，由以下原料组成：丙烯腈类树脂50～80份，高胶粉20～50份，n,n’亚乙基双硬脂酰胺(ebs)0.1～3份，硅油0.1～2份，阻燃剂2～10份，三氧化二锑(sb2o3)0.1～5份，抗静电剂2～10份，色母粒1～5份，抗氧剂0.4份；
6.所述的丙烯腈类树脂为苯乙烯和丙烯腈的共聚材料，即as树脂；
7.所述的高胶粉为聚丁二烯与苯乙烯、丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯(mma)的接枝共聚物(即为聚丁二烯胶乳上接枝苯乙烯、丙烯腈及甲基丙烯酸甲酯，将得到的乳液凝聚、干燥后获得高胶粉)；
8.所述的阻燃剂为溴系阻燃剂，如四溴双酚a、八溴二苯醚、十溴联苯醚等；
9.所述的抗静电剂为仲烷基磺酸钠；
10.所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按质量比1：1组成的复合抗氧剂。
11.所述色母粒是以100重量份abs为基体，加入45重量份炭黑和5重量份ebs混合均匀，在挤出机中经220℃挤出后得到；
12.上述所有原料均可以购买得到。
13.本发明所述的一种矿用安全帽专用材料的制备方法，其步骤如下：
14.(1)使用干燥箱将各原料干燥后按照配方比例进行预混，使得各原料初步混合均匀，得到预混料；所述原料以重量份计，由丙烯腈类树脂50～80份、高胶粉20～50份、n,n’亚乙基双硬脂酰胺(ebs)0.1～3份、硅油0.1～2份、阻燃剂2～10份、三氧化二锑(sb2o3)0.1～5份、抗静电剂2～10份、色母粒1～5份和抗氧剂0.4份组成；
15.(2)将步骤(1)得到的预混料加入到双螺杆挤出机中进行混炼，双螺杆挤出机的螺杆为同向双螺杆，长径比32～48：1；双螺杆挤出机的转速为250～350rpm，双螺杆挤出机的加工温度为190～220℃；
16.(3)将步骤(2)双螺杆挤出机混炼后得到的粒料进行干燥，从而得到本发明所述的矿用安全帽专用材料。
17.本发明与现有技术相比，有益效果是：
18.1、本发明通过加入阻燃剂、色母粒和抗静电剂，制备出颜色均匀的安全帽专用树脂。
19.2、本发明制备的产品适用于现有的加工工艺，有利于实现工业化生产。
20.3、本发明制备的产品具有优良的抗静电性能，特别适用于对抗静电性能要求较高的场所，例如矿场。
具体实施方式
21.本实验所用仪器为：
22.塑料注射成型机：sa600/150，海天塑机集团有限公司；
23.电热恒温鼓风干燥箱：dh-101，天津市中环实验电炉有限公司；
24.同向双螺杆挤出机：ak22，南京科亚化工成套科技有限公司；
25.缺口制样机(测试冲击性能，按照astm d256标准的要求，制备样条的缺口)：xqz-1，承德金建检测仪器有限公司；
26.电子悬臂梁冲击试验机：xjud-5.5，承德金建检测仪器有限公司；
27.熔体流动速率仪：xnr-300，承德金建检测仪器有限公司；
28.混料机：shr-10，张家港市亿利机械有限公司；
29.本发明所述原料来源如表1所述。
30.表1：本发明所述原料来源
31.序号物料公司规格型号1abs树脂天津大沽化工股份有限公司mg-292as树脂天津大沽化工股份有限公司as-103
3高胶粉天津大沽化工股份有限公司hrg4四溴双酚a韩国宇进工业级5八溴二苯醚韩国宇进工业级6十溴联苯醚韩国宇进工业级7仲烷基磺酸钠广州润峰科技股份有限公司1298色母粒广州润峰科技股份有限公司工业级9ebscms chem印度尼西亚b-5010三氧化二锑北京星贝达工业级11受阻酚类抗氧剂北京极易化工工业级12亚磷酸酯类抗氧剂北京极易化工工业级13硅油道康宁工业级
32.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
33.实施例1
34.本实施例给出一种矿用安全帽材料的制备方法，以重量份数计，由以下原料组成(原料经干燥箱干燥)：丙烯腈类树脂为60份，高胶粉为40份，ebs为0.5份，硅油为0.1份，阻燃剂十溴联苯醚为3份，sb2o3为1份，抗静电剂仲烷基磺酸钠为2份，色母粒为1份，抗氧剂为0.4份。
35.使用同向双螺杆挤出机ak22，长径比40：1，设定挤出机机头温度为220℃，挤出机其他各区逐渐降低5℃，最低设定为190℃，使用混料机将混合好的样品加入至挤出机料斗中，调节转速为300rpm，喂料速度为10hz，进行挤出。挤出的粒料在105℃下烘干1小时，按照美国材料实验协会(以下简称astm)标准要求，使用注塑机进行冲击样条的注射成型，并在标准试验条件(23℃，50％湿度)和-30℃下分别放置2小时，进行冲击强度性能测试；将挤出的粒料在105℃下烘干1小时，按照astm标准要求，测试其在220℃、10kg载荷下的质量熔体流动速率，其测试结果如表1所示。
36.实施例2
37.本实施例给出一种矿用安全帽材料制备方法，以重量份数计，由以下原料组成：(原料经干燥箱干燥)丙烯腈类树脂为62份，高胶粉为38份，ebs为0.5份，硅油为0.1份，阻燃剂十溴联苯醚为6份，sb2o3为2份，抗静电剂仲烷基磺酸钠为2份，色母粒为1份，抗氧剂为0.4份。
38.使用同向双螺杆挤出机ak22，长径比40：1，设定挤出机机头温度为220℃，挤出机其他各区逐渐降低5℃，最低设定为190℃，使用混料机将混合好的样品加入至挤出机料斗中，调节转速为300rpm，喂料速度为10hz，进行挤出。挤出的粒料在105℃下烘干1小时，按照美国材料实验协会(以下简称astm)标准要求，使用注塑机进行冲击样条的注射成型，并在标准试验条件(23℃，50％湿度)和-30℃下分别放置2小时，进行冲击强度性能测试；将挤出的粒料在105℃下烘干1小时，按照astm标准要求，测试其在220℃、10kg载荷下的质量熔体流动速率，其测试结果如表1所示。
39.实施例3
40.本实施例给出一种矿用安全帽材料制备方法，以重量份数计，由以下原料组成：
(原料经干燥箱干燥)丙烯腈类树脂为60份，高胶粉为40份，ebs为0.5份，硅油为0.1份，阻燃剂十溴联苯醚2份，sb2o3为0.1份，抗静电剂仲烷基磺酸钠为2份，色母粒为1份，抗氧剂为0.4份。
41.使用同向双螺杆挤出机ak22，长径比40：1，设定挤出机机头温度为220℃，挤出机其他各区逐渐降低5℃，最低设定为190℃，使用混料机将混合好的样品加入至挤出机料斗中，调节转速为300rpm，喂料速度为10hz，进行挤出。挤出的粒料在105℃下烘干1小时，按照美国材料实验协会(以下简称astm)标准要求，使用注塑机进行冲击样条的注射成型，并在标准试验条件(23℃，50％湿度)和-30℃下分别放置2小时，进行冲击强度性能测试；将挤出的粒料在105℃下烘干1小时，按照astm标准要求，测试其在220℃、10kg载荷下的质量熔体流动速率，其测试结果如表1所示。
42.实施例4
43.本实施例给出一种矿用安全帽材料制备方法，以重量份数计，由以下原料组成：(原料经干燥箱干燥)丙烯腈类树脂为58份，高胶粉为42份，ebs为0.5份，硅油为0.1份，阻燃剂十溴联苯醚为3份，sb2o3为1份，抗静电剂仲烷基磺酸钠为2份，色母粒为1份，抗氧剂为0.4份。
44.使用同向双螺杆挤出机ak22，长径比40：1，设定挤出机机头温度为220℃，挤出机其他各区逐渐降低5℃，最低设定为190℃，使用混料机将混合好的样品加入至挤出机料斗中，调节转速为300rpm，喂料速度为10hz，进行挤出。挤出的粒料在105℃下烘干1小时，按照美国材料实验协会(以下简称astm)标准要求，使用注塑机进行冲击样条的注射成型，并在标准试验条件(23℃，50％湿度)和-30℃下分别放置一定时间，进行冲击强度性能测试；将挤出的粒料在105℃下烘干1小时，按照astm标准要求，测试其在220℃、10kg载荷下的质量熔体流动速率，其测试结果如表2所示。
45.表2：实施例中的矿用安全帽专用材料的性能数据
[0046][0047]
从表1中可知，由实施例4与某市售通用矿用安全帽测试数据对比，本发明的材料常温冲击、低温冲击和流动速率有明显提高。而由实施例4与现有市售安全帽专用树脂对比可知，本发明的材料冲击强度由390j/m提高到440j/m，提高12.8％；低温缺口冲击强度由250j/m提高到280j/m，提高12％；熔体流动速率由5.1g/10min提高到7.7g/10min，提升51％。所以最优产品的配方选择为实施例4。
[0048]
以上所述仅为被发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不仅局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。