阅读说明：本技术 一种圆形管状防爆结构体及阻隔防爆复合材料 (Circular tubular explosion-proof structure body and barrier explosion-proof composite material ) 是由 梁辰 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种圆形管状防爆结构体及阻隔防爆复合材料,属于防爆技术领域,解决了现有技术中阻隔防爆复合材料易塌陷、易变形,现有的阻隔防爆结构采用注塑成型工艺、生产成本偏高的问题。圆形管状防爆结构体包括自外而内依次同轴设置的外环管体、中环管体和内环管体；外环管体和中环管体均为圆筒形结构；内环管体为六棱柱形筒状结构；外环管体、中环管体和内环管体通过自内环壳体的六个棱边延伸至外环管体内表面的6个大长方支撑体连接为一个整体；外环管体和中环管体之间还设置有沿中环管体的6条母线分布且延伸至外环管体内表面的多个小长方支撑体,同一母线上的小长方支撑体的数量≥1。本发明的圆形管状防爆结构体成本低,防爆效果好。(The invention discloses a circular tubular explosion-proof structure body and a barrier explosion-proof composite material, belongs to the technical field of explosion prevention, and solves the problems that the barrier explosion-proof composite material in the prior art is easy to collapse and deform, the existing barrier explosion-proof structure adopts an injection molding process, and the production cost is high. The circular tubular explosion-proof structure body comprises an outer ring pipe body, a middle ring pipe body and an inner ring pipe body which are coaxially arranged from outside to inside in sequence; the outer ring pipe body and the middle ring pipe body are both cylindrical structures; the inner ring pipe body is of a hexagonal prism cylindrical structure; the outer ring pipe body, the middle ring pipe body and the inner ring pipe body are connected into a whole through 6 large rectangular supporting bodies extending from six edges of the inner ring shell to the inner surface of the outer ring pipe body; a plurality of small rectangular supporting bodies which are distributed along 6 buses of the middle ring pipe body and extend to the inner surface of the outer ring pipe body are also arranged between the outer ring pipe body and the middle ring pipe body, and the number of the small rectangular supporting bodies on the same bus is more than or equal to 1. The circular tubular explosion-proof structure body is low in cost and good in explosion-proof effect.)

一种圆形管状防爆结构体及阻隔防爆复合材料

技术领域

本发明涉及防爆技术领域，尤其涉及一种圆形管状防爆结构体及阻隔防爆复合材料。

背景技术

阻隔防爆技术是一种可以有效防止易燃易爆的气态和液态危险化学品在储运中因意外事故(静电、焊接、枪击、碰撞、错误操作等)引发的爆炸，将具有防爆功能的阻隔防爆材料安装于容器中，能够从根本上解决易燃易爆液、气态危化品在储运、使用过程中出现的燃、爆等危险问题。

阻隔防爆材料一般为蜂窝状结构，能够将易燃易爆液、气态危化品储运使用容器的内部分为若干个“小室”或“腔体”，这些“小室”或“腔体”可以有效遏制火焰的传播，使爆炸压力波急剧衰减；同时这种蜂窝结构的材料在单位体积内具有较高的表面效能，从而具有良好的吸热性，可以迅速地将燃烧释放出来的热量吸收，使燃烧反应后的温度降低，反应气体的膨胀程度缩小，容器内的压力值增高不大，使燃烧速度达不到爆炸的极限速度，从而达到防爆的目的。

目前，阻隔防爆材料分为金属类阻隔防爆材料和非金属类阻隔防爆材料。其中金属类阻隔防爆材料主要采用铝合金材料支撑，经过拉网成型后收卷制成具有网状结构的体型材料；然而铝合金材料较为活泼，与易燃易爆危险化学品中的活性物质易发生反应，且自身结构强度较低，在长期与介质的接触过程中易出现塌陷、掉渣等问题，同时也污染了介质。非金属阻隔防爆材料包括聚氨酯阻隔防爆材料和热塑性树脂基阻隔防爆材料。其中，聚氨酯阻隔防爆材料的耐化学稳定性较差，易发生氧化、水解，且溶胀现象明显，对于易燃易爆危化品储运及使用容器的长期使用是不利的。热塑性树脂基阻隔防爆材料是近几年出现的一种采用注塑成型工艺的阻隔防爆材料，然而，采用注塑成型工艺的热塑性树脂基阻隔存在一个显著的缺陷，其生产成本偏高，需要用到精密的注塑机和高精度的模具进行生产，售价达到铝合金类阻隔防爆材料的数倍，在推广使用上市场接受度低，尤其是将其应用于道路运输、危化企业等大型储运罐体中时，随着容器容积的增加，注塑成型工艺的热塑性树脂基阻隔防爆材料的用量增大，成本剧增，使用阻隔防爆材料的价格可能高于罐体的价格。目前关于热塑性树脂基阻隔防爆材料的研究尚不系统，仍然存在易塌陷、变形的问题。

发明内容

鉴于以上分析，针对现有技术中的不足，本发明旨在提供一种圆形管状防爆结构体及阻隔防爆复合材料，至少能解决以下技术问题之一：(1)现有的阻隔防爆结构采用注塑成型工艺、生产成本偏高；(2)生产效率较低；(3)现有的阻隔防爆复合材料易塌陷、易变形。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种圆形管状防爆结构体，圆形管状防爆结构体包括自外而内依次同轴设置的外环管体、中环管体和内环管体，且外环管体、中环管体和内环管体的两端面平齐；外环管体和中环管体均为圆筒形结构；内环管体为六棱柱形筒状结构；外环管体、中环管体和内环管体通过自内环壳体的六个棱边延伸至外环管体内表面的6个大长方支撑体连接为一个整体；外环管体和中环管体之间还设置有沿中环管体的6条母线分布且延伸至外环管体内表面的多个小长方支撑体，同一母线上的小长方支撑体的数量≥1，圆形管状防爆结构体采用挤出工艺成型。

在一种可能的设计中，外环管体和中环管体表面均设置有周向均匀分布的径向圆形通孔。

在一种可能的设计中，外环管体上的圆形通孔与共轴对应的中环管体上的圆形通孔的轴向两侧均设置小长方支撑体。

在一种可能的设计中，周向上，同一母线上的小长方支撑体与两侧大长方支撑体的间距相等。

在一种可能的设计中，小长方支撑体与外环管体和中环管体的连接处位于径向圆形通孔外。

在一种可能的设计中，外环管体的内径为30-100mm。

在一种可能的设计中，圆形通孔的直径为8-20mm。

另一方面，本发明还提供了一种阻隔防爆复合材料，阻隔防爆复合材料的原料以质量百分比计包括：聚酰胺树脂：83.7％-87.9％，抗静电剂：8％-10％，阻燃剂：4％-6％，润滑剂：0.1％-0.3％；其中，所述阻燃剂为膨胀石墨和红磷的复配混合物。

在一种可能的设计中，膨胀石墨和红磷的质量比为2.5-3.5:2。

在一种可能的设计中，润滑剂为硅酮母粒，硅酮母粒包括硅氧烷和聚酰胺树脂。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明提供的圆形管状防爆结构体通过外环管体、中环管体、内环管体、大长方支撑体、小长方支撑体和圆形通孔形成稳固的、多个具有一定阻隔效果的小隔室，这些小隔室可以有效遏制火焰的传播，使爆炸压力波急剧衰减；同时这种材料在单位体积内具有较高的表面效能，具有良好的吸热性，可以迅速地将燃烧释放出来的热量吸收，使燃烧反应后的温度降低，反应气体的膨胀程度缩小，容器内的压力值增高不大，使燃烧速度达不到爆炸的极限速度，从而达到防爆的目的。

(2)本发明提供的圆形管状防爆结构体采用阻隔防爆复合材料制造，阻隔防爆复合材料采用聚酰胺树脂、抗静电剂、阻燃剂和润滑剂体系，采用聚酰胺树脂作为基体材料，具有优异的耐腐蚀性能，使用寿命高，结构稳定性能好，并采用膨胀石墨和红磷的复配混合物作为阻燃剂，红磷与聚酰胺树脂直接能够形成高效的氮磷协同阻燃的效果，膨胀石墨的加入，对燃烧过程的快速成炭具有显著的促进作用。采用膨胀石墨和红磷的复配混合物作为阻燃剂能够提高阻燃效率；并且本发明的填料添加量显著降低，降低了过高填料的添加对聚酰胺树脂耐腐蚀性的影响。

(3)本发明提供的圆形管状防爆结构体的压缩强度大于等于18MPa；压缩强度远大于JT/T1046-2016的要求(该标准的压缩强度不低于10MPa)；圆形管状防爆结构体的体积电阻率小于等于3.5×10⁹Ω·cm；阻燃级别不低于V-1级；静爆试验中不发生二次爆炸现象。由于圆形管状防爆结构体的压缩强度大，圆形管状防爆结构体耐受外力的挤压，不易发生变形而导致坍塌、破损、掉渣等问题，不会产生污染介质；阻燃防爆效果好，综合性能优异，适用范围广。

(4)本发明提供的圆形管状防爆结构体整体结构简单、紧凑、强度高，采用挤出工艺成型，工艺简单，易于加工制造，利于广泛推广。本发明的圆形管状防爆结构体的生产成本仅仅为1000-1500元m³；远低于注塑成型工艺的生产成本2500-3000元/m³；制备本发明的圆形管状防爆结构体的单台机器的生产效率为1-1.5m³/h；远高于注塑成型目前所知的最大生产效率0.5m³/h。本发明提供的圆形管状防爆结构体制作成本低，生产效率高，适用性强。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的圆形管状防爆结构体的立体结构示意图；

图2为本发明的圆形管状防爆结构体的俯视结构示意图；

图3为本发明的圆形管状防爆结构体的正视结构示意图。

附图标记：

1-外环管体，2-中环管体，3-内环管体，4-大长方支撑体，5-小长方支撑体，6-圆形通孔。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明提供了一种圆形管状防爆结构体。如图1至图3所示，圆形管状防爆结构体包括：自外而内依次同轴设置的外环管体1、中环管体2和内环管体3，且外环管体1、中环管体2和内环管体3的两端面平齐；外环管体1和中环管体2均为圆筒形结构；内环管体3为六棱柱形筒状结构；外环管体1、中环管体2和内环管体3通过自内环壳体3的六个棱边延伸至外环管体1内表面的6个大长方支撑体4连接为一个整体；外环管体1和中环管体2之间还设置有沿中环管体2的6条母线分布且延伸至所述外环管体1内表面的多个小长方支撑体5，同一母线上的小长方支撑体5的数量≥1，周向上，同一母线上的小长方支撑体5与两侧大长方支撑体4的间距相等。

需要说明的是，上述圆形管状防爆结构体的小长方支撑体5与大长方支撑体4均采用长方体形状，此种形状结构简单利于生产加工，在挤出工艺成型时可以直接成型。

具体的，为了减轻重量，且为了将圆形管状防爆结构体分隔为多个“小室”或“腔体”，通过这些“小室”或“腔体”有效遏制火焰的传播，使爆炸压力波急剧衰减，外环管体1和中环管体2表面均设置有周向均匀分布的径向圆形通孔6；圆形通孔6的直径均相同且均匀分布。圆形通孔的设置，同时增多了燃爆气体的传播通道，传播通道的方向性变化，进一步提升逐步削弱燃爆性气体的传播能力。

具体的，圆形通孔6为多排，每排的圆形通孔6的数量为3-5个，优选的，每排的圆形通孔6的数量为3个。

考虑到圆形通孔6的数量过多会降低圆形管状防爆结构体的强度，因此，控制圆形通孔6为5-8排，优选的，圆形通孔6为6排。

为了保证圆形管状防爆结构体的强度，外环管体1上的圆形通孔与共轴对应的中环管体2上的圆形通孔的轴向两侧设置小长方支撑体5，小长方支撑体5能起到加强筋的作用。

在一种可能的设计中，小长方支撑体5设置在圆形通孔6的沿外环管体1或中环管体2的母线方向的直径方向上，这样设置能够实现最大效果的减重，也能够最大程度的减小燃料在防爆结构体内部的保留。

具体的，圆形管状防爆结构体的厚度过大会造成圆形管状防爆结构体的质量较大，使用过程中放置、取出步骤不方便，且浪费材料；厚度过小会导致圆形管状防爆结构体强度不足，易变形；因此，控制圆形管状防爆结构体的各部分厚度一致，控制厚度为0.3-0.8mm。

具体的，外环管体1的内径过大不利于防爆结构体的填装；内径过小会导致填充密度增加，使用和适用性能下降。因此，控制外环管体1的内径为30-100mm。

具体的，中环管体2的内径过大，会导致中环管体2与外环管体1的距离较小，会导致防爆结构体的防爆效果下降；内径过小，会导致中环管体2与内环管体3的距离较小，同样导致防爆结构体的防爆效果下降。因此，控制中环管体2的内径为15-80mm。

具体的，内环管体3的边长过大会导致中环管体2与内环管体3的距离较小，导致防爆结构体的防爆效果下降，因此，控制内环管体3的边长为5-30mm。

具体的，圆形通孔6的直径过大会造成防爆结构体的强度降低，直径过小不利于内部的流通，并且阻碍燃爆气体的流通，不利于防爆效果。因此，控制圆形通孔6的直径为8-20mm。

具体的，小长方支撑体5的宽度均相同。

考虑到小长方支撑体5的宽度过大，提高强度的效果增加不显著，且浪费材料，增加重量；宽度过小，提高强度的效果不足，因此，控制小长方支撑体5的宽度为2-8mm。

具体的，圆形管状防爆结构体采用挤出工艺成型。

使用时，直接将多个圆形管状防爆结构体放置于容器中，然后在容器中装入易燃易爆的气态和液态危险化学品，圆形管状防爆结构体即可起到防止易燃易爆液、气态危化品在储运、使用过程中出现的燃、爆等危险问题。

上述圆形管状防爆结构体采用如下阻隔防爆复合材料制备，阻隔防爆复合材料的原料以质量百分比计包括：聚酰胺树脂：83.7％-87.9％，抗静电剂：8％-10％，阻燃剂：4％-6％，润滑剂：0.1％-0.3％；其中，阻燃剂为膨胀石墨和红磷的复配混合物。

具体的，膨胀石墨和红磷的质量比过高不能够达到阻燃效果；过低会不利于阻燃效果的增加，同时增加成本。因此，控制膨胀石墨和红磷的质量比为2.5-3.5:2，优选的，膨胀石墨和红磷的质量比为3:2。

具体的，聚酰胺树脂为聚酰胺6或聚酰胺66中的一种。

具体的，抗静电剂为纳米级掺锑氧化锡。

具体的，润滑剂为硅酮母粒，硅酮母粒为硅氧烷均匀分散于聚酰胺树脂，硅氧烷含量过低不能足够起到润滑、稳定的作用。因此，控制硅氧烷的含量为49％-51％。

具体的，硅酮母粒中的硅氧烷的高温稳定性较高，不易产生分解，能够提高阻隔防爆复合材料的稳定性。

具体的，阻隔防爆复合材料的耐腐蚀性满足GJB8455-2015及JT/T1046-2016标准中的相容性要求；阻燃级别为V-0级别；拉伸强度为60-70MPa；压缩强度：15-25MPa。

本发明还提供了一种圆形管状防爆结构体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、通过混合机将聚酰胺树脂、抗静电剂、阻燃剂和润滑剂混合均匀，得到混合物体系；

步骤2、将混合物体系加入双螺杆挤出机中，通过匹配的模头，直接将挤出成型，得到圆形管状防爆结构体。

具体的，步骤2中，模头具有定长裁切和打孔的功能，打孔功能主要是用于圆形通孔6的制作。

与现有技术相比，本发明提供的圆形管状防爆结构体通过外环管体、中环管体、内环管体、大长方支撑体、小长方支撑体和圆形通孔形成稳固的、多个具有一定阻隔效果的小隔室，这些小隔室可以有效遏制火焰的传播，使爆炸压力波急剧衰减；同时这种材料在单位体积内具有较高的表面效能，具有良好的吸热性，可以迅速地将燃烧释放出来的热量吸收，使燃烧反应后的温度降低，反应气体的膨胀程度缩小，容器内的压力值增高不大，使燃烧速度达不到爆炸的极限速度，从而达到防爆的目的。

本发明提供的圆形管状防爆结构体采用特定的阻隔防爆复合材料，阻隔防爆复合材料采用聚酰胺树脂、抗静电剂、阻燃剂和润滑剂体系，采用聚酰胺树脂作为基体材料，具有优异的耐腐蚀性能，使用寿命高，结构稳定性能好，并采用膨胀石墨和红磷的复配混合物作为阻燃剂，红磷与聚酰胺树脂直接能够形成高效的氮磷协同阻燃的效果，膨胀石墨的加入，对燃烧过程的快速成炭具有显著的促进作用。采用膨胀石墨和红磷的复配混合物作为阻燃剂能够提高阻燃效率；并且本发明的填料添加量显著降低，降低了过高填料的添加对聚酰胺树脂耐腐蚀性的影响。

本发明提供的圆形管状防爆结构体的压缩强度大于等于18MPa；压缩强度远大于JT/T1046-2016的要求(该标准的压缩强度不低于10MPa)；圆形管状防爆结构体的体积电阻率小于等于3.5×10⁹Ω·cm；阻燃级别不低于V-1级；静爆试验中不发生二次爆炸现象。由于圆形管状防爆结构体的压缩强度大，圆形管状防爆结构体耐受外力的挤压，不易发生变形而导致坍塌、破损、掉渣等问题，不会产生污染介质；阻燃防爆效果好，综合性能优异，适用范围广。

本发明提供的圆形管状防爆结构体整体结构简单、紧凑、强度高，采用挤出工艺成型，工艺简单，易于加工制造，利于广泛推广。本发明的圆形管状防爆结构体的生产成本仅仅为1000-1500元m³；远低于注塑成型工艺的生产成本2500-3000元/m³；制备本发明的圆形管状防爆结构体的单台机器的生产效率为1-1.5m³/h；远高于注塑成型目前所知的最大生产效率0.5m³/h。本发明提供的圆形管状防爆结构体制作成本低，生产效率高，适用性强。

实施例1

本实施例提供了一种圆形管状防爆结构体，包括：外环管体1、中环管体2、内环管体3、大长方支撑体4和小长方支撑体5；外环管体1、中环管体2、内环管体3、大长方支撑体4和小长方支撑体5构成一种圆形管状防爆结构体。

外环管体1为圆筒形结构，设置于中环管体2的外部；中环管体2为圆筒形结构，设置于外环管体1和内环管体3之间；内环管体3为六棱柱形筒状结构，设置于中环管体2的内部；外环管体1与中环管体2、内环管体3共轴平行设置于同一面上，且三者的高度相同；大长方支撑体4均匀设置于内环管体3与外环管体1之间，大长方支撑体4与内环管体3的棱边外侧和外环管体1内侧相连，贯穿中环管体2；小长方支撑体5设置于中环管体2和外环管体1之间，小长方支撑体5的两端分别与中环管体2外侧和外环管体1内侧相连。

外环管体1和中环管体2上均设置有共轴、直径相同且均匀分布的圆形通孔6，每排圆形通孔6的数量为3个；圆形通孔6为6排；外环管体上的圆形通孔与共轴对应的中环管体上的圆形通孔的轴向两侧分布小长方支撑体5。圆形管状防爆结构体的各部分厚度一致，厚度为0.5mm。

具体的，外环管体1的内径为40mm；圆形通孔6的直径为10mm；中环管体2的内径为28mm；内环管体3的边长为10mm；小长方支撑体5的宽度均相同，小长方支撑体5的宽度为3.5mm。

本实施例的圆形管状防爆结构体的材料可以包括以质量份计量的原料：聚酰胺树脂：83.7％，抗静电剂：10％，阻燃剂：6％，润滑剂：0.3％。

具体的，聚酰胺树脂为聚酰胺6；抗静电剂为纳米级掺锑氧化锡；阻燃剂为膨胀石墨和红磷的复配混合物，膨胀石墨和红磷的配比为3:2；润滑剂为硅酮母粒，硅酮母粒为硅氧烷均匀分散于聚酰胺树脂，硅酮母粒中硅氧烷的含量为49％。

本实施例的圆形管状防爆结构体采用挤出工艺获得，具体的，圆形管状防爆结构体的制备方法包括以下步骤：

步骤1、通过混合机将聚酰胺树脂、抗静电剂、阻燃剂和润滑剂混合均匀，得到混合物体系；

步骤2、将混合物体系加入双螺杆挤出机中，通过匹配的模头，直接将挤出成型，得到圆形管状防爆结构体。

实施例2

本实施例提供了一种圆形管状防爆结构体，圆形管状防爆结构体的结构形式及制备方法与实施例1相同，在此不一一赘述，区别在于：

圆形管状防爆结构体的各部分厚度为0.8mm；外环管体的内径为100mm；圆形通孔的直径为20mm，圆形通孔的单排数量为4个；中环管体的内径为28mm；内环管体的边长为10mm；小长方支撑体的宽度6mm。

本实施例的圆形管状防爆结构体的材料可以包括以质量份计量的原料：聚酰胺树脂：87.9％，抗静电剂：8％，阻燃剂：4％，润滑剂：0.1％。

具体的，聚酰胺树脂为聚酰胺66；抗静电剂为纳米级掺锑氧化锡；阻燃剂为膨胀石墨和红磷的复配混合物，膨胀石墨和红磷的配比为3:2；润滑剂为硅酮母粒，其中硅氧烷含量为51％。

实施例3

本实施例提供了一种圆形管状防爆结构体，圆形管状防爆结构体的结构形式及制备方法与实施例1相同，在此不一一赘述，区别在于：

圆形管状防爆结构体的各部分厚度为0.3mm；外环管体的内径为30mm；圆形通孔的直径为8mm，单排数量为5个；中环管体的内径为15mm；内环管体的边长为5mm；小长方支撑体的宽度为2mm。

本实施例的圆形管状防爆结构体的材料可以包括以质量份计量的原料：聚酰胺树脂：85.8％，抗静电剂：9％，阻燃剂：5％，润滑剂：0.2％。

具体的，聚酰胺树脂为聚酰胺66；抗静电剂为纳米级掺锑氧化锡；阻燃剂为膨胀石墨和红磷的复配混合物，膨胀石墨和红磷的配比为3:2；润滑剂为硅酮母粒，其中硅氧烷含量为50％。

表1给出了本发明实施例1-3的圆形管状防爆结构体的相关检测结果，根据JT/T1046-2016《道路运输车辆油箱及液体燃料运输罐体阻隔防爆安全技术要求》和GJB8455-2015《油箱油罐填充用阻隔防爆材料通用技术规范》，两个标准均规定阻隔防爆材料的体积电阻率不大于1.0×10¹⁰Ω.cm，阻燃级别不低于V-1级，振动试验后碎屑量分别不超过1.3mg/L和1.0mg/L，静爆试验中不发生二次爆炸现象。由表1可以看出，本发明的实施例1-3的检测结果符合相关标准要求。

表1实施例1-3性能测试结果

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。