礦用碳纖維復(fù)合PA6葉輪的研制.pdf

1、煤礦井下用采掘、通風(fēng)、送電、監(jiān)控等產(chǎn)品常會面臨瓦斯、煤塵等爆炸性環(huán)境，我國礦山安全技術(shù)強制標(biāo)準(zhǔn)要求其所用聚合物材料制品必須具有阻燃和抗靜電（抗靜電）特性，同時還應(yīng)能滿足使用的機械性能要求。在煤礦用抽出式通風(fēng)機塑料葉輪、井下移動救援倉通風(fēng)葉輪等礦用葉輪制品上，更需要抗靜電的能力，這給目前普遍使用的尼龍材料葉輪帶來了新問題。現(xiàn)有葉輪材料多是選用固體或液體抗靜電功能助劑，配合阻燃劑一起使用，往往存在“抗靜電”與“阻燃”的對抗減弱效應(yīng)，而在抗靜

2、電能力上為避免葉輪出現(xiàn)靜電的不良問題，必須達到表面電阻率小于106Ω的要求，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重降低材料力學(xué)強度情況。
　　碳纖維（Carbon fiber,CF）具有很高的抗拉強度、模量，同時具有優(yōu)異的抗靜電性，在眾多高技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而在煤礦井下用安全產(chǎn)品中鮮有應(yīng)用報道。本文使用國產(chǎn)高強度 CF，配合溴系阻燃劑體系，采用熔融擠出工藝造粒制備碳纖維/PA復(fù)合材料。通過添加硅烷類偶聯(lián)劑 KH550，及對螺紋組合的優(yōu)化，提升了CF同樹脂的

3、結(jié)合能力并控制纖維長度。制得的碳纖維/PA復(fù)合材料表面電阻率達到103Ω數(shù)量級，避免了普通材料表面電阻率難以低于106Ω的最低要求。同時，碳纖維/PA復(fù)合材料的拉伸強度超過100MPa，充分滿足葉輪大于60MPa的最低要求。
　　研究了碳纖維/PA復(fù)合材料注塑成型制得礦用葉輪制品的工藝過程。驗證表明料筒溫度同250℃相比，在230℃時葉輪光潔度更好，更不易出現(xiàn)黑色射痕。同時，在230℃時葉輪拉伸應(yīng)力可達9900N，較250℃溫度下

4、葉輪拉伸應(yīng)力8000N更好。使用正交試驗方法，研究了成型中注射壓力、速度，熔膠壓力、速度和保壓壓力對制品外觀和翹曲性的影響，確認(rèn)了適宜的成型工藝條件。
　　按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對成型葉輪制品的超速性能、抗沖擊性能、抗拉強度和熱穩(wěn)定性進行驗證、確認(rèn)。對比普通尼龍材料葉輪，碳纖維/PA復(fù)合材料葉輪在溫度(80±2)℃、相對濕度（90±5）％的環(huán)境下，連續(xù)保持28天的熱穩(wěn)定性實驗后仍能達到標(biāo)準(zhǔn)強度要求，而普通尼龍材料葉輪強度降低嚴(yán)重。這對