塑料矿工安全帽生产工艺技术.docx
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塑料矿工安全帽生产工艺技术
塑料矿工安全帽生产工艺技术
?
一
/
综述与探讨
塑料矿工安全帽生产工艺技术
何海军■,J/,,
——————一
j.-/|
一
前言的一个品种,具有抗静电性,高刚性,高抗
安全帽能有效地防止和减轻劳动者在生
产作业中遭受飞来物体,坠落物体及自坠落
时对人体头部的伤害,广泛地应用于建筑,冶
金,煤矿,采掘,电力,林业,石化,交通
等领域塑料矿工安全帽是塑料安全帽乃至
安全帽中的一个特殊品种,用途专一,要求
较高.
根据国标{GB2811~281289安全帽及
其试验方法》的规定,塑料矿安帽除了耐冲
击吸收性能和耐穿刺性能两项最基本的技术
性能要求外,针对井下存在瓦斯及巷道作业
的特点,还提出了侧向刚性,抗静电性及阻
燃性等三项特殊技术性能要求,从而使矿安
帽成为安全帽中技术,质量要求最多,最高
灯
冲击性的塑料矿安帽,与传统的胶质矿安帽
相比,原料来源广泛,充足,生产工艺简化,
生产周期短,易于实现自动化生产,且制品
轮廓清晰饱满.表观质感好,颜色多样,价
格低廉,是现今矿安帽生产发展的方向为
促进塑料矿安帽产品的升级换代,对产品的
生产,工艺技术作一论述.
二,塑料矿安帽产品,原料,生产工艺
简介
塑料矿安帽是由具有相当强度和刚度的
帽壳,帽内衬,下颓带,围箍带等组成,其
中帽壳和帽内衬配合形成有效的缓冲减力防
护结构(见图1).
(--)塑料矿安帽帽壳的用材比较广泛,
固1栓绳连接矿安帽产品图
壳
衬
箍
23
综述与探讨
有高密度聚乙烯(HDPE),丙烯腈一丁二烯
苯乙烯共聚物(ABS),高抗冲玻纤增强聚
丙烯(HIFR—PP),填充增韧改性聚雨烯,聚
碳酸酯(Pc)等多种热塑性塑料.各种塑料
材料的性能,特点各有所不同
1.HDPE:
其最显着的优点为综合性能
优良,价廉,广泛地用做各类普通安全帽壳
材料.但作矿安帽壳材料时,由于HDPE本
身的性能局限,侧向刚性一般都不能达到国
标要求.
2.ABS:
综合性能优良,是一种使用广
泛的工程塑料,该材料能达到矿安帽技术质
量要求,因价格较高,国内用其制作安全帽
的厂家为数不多.
3.PC具有透明性,自熄性,材料坚硬,
刚韧相济,耐高温,是制做各类安全帽壳的
理想材料之一,但价格更高,目前国内尚无
厂家采用.
4.改性聚丙烯:
聚丙烯具有较好的刚性
及成型加工性能,且价廉,但最大的缺陷是
低温下易发脆,故制做安全帽的聚丙烯均需
进行改性处理这类政性材料已成功应用的
有:
PP/SBS/HDPE/GF,PP/EPDM/HDPE
滑石粉两种共混改性聚丙烯.它们具有较好
的价格性能比,详见后述
(二)帽内衬大体上有塑料衬,棉织化纤
衬,塑棉(化纤)混合衬三粪.塑料衬及
除帽壳以外的一些塑料部件(如;顶衬,围
箍带,插接片等)一般是由高,低密度聚乙
烯混合经注塑成型制成的.其它类型的内衬
基本上是由棉织带,化纤带(如丙纶带),棉
质绳,化纤绳(如维尼龙绳)或棉一化纤混
织物经缝纫,栓结制成.
(三)帽壳一帽衬的连接壳一衬的连接
方式一般有插接,栓接,铆接自挂连接等
四种方式(分别见图1,图2).
1.插接:
将帽衬上的塑料插片直接装入
帽壳上的固有插座内形成紧密配合连接,从
而构成缓冲减力防护结构的方式.
2.栓接:
用棉质绳或化纤绳将帽壳和帽
衬连接为一体的方式.传统胶质矿安帽因橡
胶棉纱不易成型结构精细的插座结构,故多
采用这一连接方式.当然,塑料矿安帽也可
采用这一方式.
3.铆接:
用塑铆钉或铝铆钉将帽壳和帽
衬连接为一体的方式一般塑铆钉与塑插片
配用,壳,衬可以自由拆卸分离;而铝铆钉
连接一般是不可拆卸的.
4.自挂连接:
这是一种综合铆接与插接
的连接方式,由帽壳上固有的挂柱与插片连
接从而使壳一衬连为一体.挂柱与帽壳一起
经模塑一次成型制成
(四)帽壳生产工艺:
有注塑模塑法,热
挤冷压模塑法两种.
1.注塑模塑法:
塑料从注塑机的料斗经
a.插接b.
铆接
综述与探讨
静电不易消散,极易导致静电危害.随着静
电电压和电量的聚集增大,在煤矿井下有瓦
斯等易燃易爆气l奉存在的场所.静电极易引
起电晕放电或火花放电.这就可能导致着火
或爆炸事故.塑料的体积电阻率和表面电阻
率作为衡量其带电难易程度的尺码,电阻率
值越大,越不易消散电荷而生电.如PE,PP
等塑料其表面电阻率均犬于lon,而通常
认为.表面电阻率小于lon的材料,才具有
优良的抗静电性能,故GB2811-89规定表面
电阻率不得大于1×109n,这就需要降低塑
料的电阻率(或称降低其绝缘性)来解决静
电危害问题
解决塑料的防静电问题通常采用抗静电
剂,其使用刘型有表面涂覆型和内加型两种.
外涂型使用简便,见效快.随时可进行,但
易耗失.耐久性,可靠性较差,只有短期的
技能.内加型是在配料时将抗静电剂加入到
26
塑料原料中去,经熔融模型成型后均匀地分
散于整个制品内,利用它与塑料的有限相容
性,使其析出迁移至帽壳表面形成一个亲水
的单分子导电膜,通过导电水膜来降低制品
表面电阻率,增加导电性,加快电荷泄漏.从
而起到长时间的抗静电作用.采用内加剂型
的制品耐摩擦,耐洗涤,效能持久,为多数
厂家所采用.”东方”牌矿安帽使用国产内加
型抗静电剂,使其表面电阻率稳定在1o~
10n
四.塑料矿安帽的高刚性(抗侧向变形
性能),高抗冲击性问题
(一)解决矿安帽侧向刚性问题主要是通
过采用高剐性的塑料材料,这类材料如前所
述,有ABS,HIFR—PP,填充增韧改性PP,
PC等;另一方法是在帽沿上设计增加剐性
的结构,如图3所示,不过这种方法作用有
限.
ab
边
计在帽沿上的加强筋
C
圈3增加剐性的帽沿结构示意圈
东方”牌矿安帽曾先后采用HDPE,
HIFRPP,填充增韧改性PP制作,其侧向刚
综述与探讨
性值见表1.
(二)高抗冲击性是对各类安全帽壳材质
表1各种材质矿安帽侧向刚性状况
最大变形残余变形备注
(ram)(mm)
GB291189440≤15
HDPE2581年国标期间生.现已淘汰
HIFR-PP32
填充增韧PP8
腔质278长沙文体厂产
的通用要求,选材配方时即应予以考虑.如
采用ABS塑料时,选择兰化产高抗冲击性的
301,G8牌号就比较合适.但由于ABS塑料
价格较高,多数厂家采用共混改性的”塑料
台金”材料来制做矿帽壳.
具有高刚性,高抗冲击性且又相对价廉
的改性塑料主要是改性PP.
1高抗冲玻纤增强改性聚丙烯(HIFR—
PP),国产PP大多为均聚物,这种结晶性聚
合物具有较好的刚性,但同时又具有低温脆
克服其脆性,在此基础上若再进行增韧改性,
可弥补单独以玻纤增强PP的韧性不足和单
独增韧而刚性不够的缺点,得到综合性能好,
剐韧兼备的帽壳体用材料.所加入的增韧剂
主要是玻璃化温度低的聚合物,如热塑性弹
性体,橡胶,聚烯烃类弹性体等.据此技术
方案,长沙玻纤总厂已研制成功了一种矿帽
壳材料:
即PP/SBS/HDPE/GF多元共混改
性材料.
这种材料的物理机械性质及所制矿安帽
性单纯使用玻璃纤维(GF)增强尚不足以的技术性能见表2,表3.
表2矿安帽壳用改性PP的主要性能
PP/SBS,HDPE/GFPP/EPDM/HDPE一滑
密度g/cm.1.10~1.15密度g/cm
熔融指数g/lOmin3熔融指数g/10min24
拉伸强度MPa>拉仲强度MPa309
弯曲强度MPa>93断裂忡长率
弯曲模量MPa>2700弯曲模量MPa
缺口冲击强度室温17悬臂粱冲击强度
kI/m~40C12J/m(室温)
琏纤吉量26士2填抖古量滑石粉10士2
备注:
表2数据由两材料生产厂分别提供
表3改性PP矿安帽技术性能状况
耐冲击吸收性能N侧向刚性toni耐穿刺抗静电性能
性能n高温低温l淋水最大变形残余变形
GB281189≤4s00≤49000≤4900不触顶≤40≤l5【×10
PP/SBS/HDPE/GF29793160I3166不艟顶32103×l0’
PP/EPDM/HDPE/滑26412460l3597不触顶380×l0
注:
表3数据由煤炭工业撩州护品质檀中心提供
蕴复竖过
HIFR—PP生产矿帽壳一般只适合采用
注塑成型工艺HIFR—PP由于含有玻璃纤
维,所以物料熔融粘度较高,同时由于玻纤
对水较为敏感,而必须掺入的抗静电剂却又
是具有吸水性的,从而产生了一些工艺困难.
当HIFR—PP含有微量水时,极易导致玻纤
丝飘移至制品表面(俗称”露丝”),从而使
制品表面不光洁,出现明显的”癣斑”,影响
产品质量,故这种配入抗静电剂的HIFR—PP
材料在成型前都必须进行严格的干燥处理,
使其含水量降至1~1.5.以下,并注意随配
随用,随干燥随用,不使其过分吸潮.HIFR—
PP的其余生产工艺与普通聚烯烃塑料的注
塑工艺相差不多
2.填充增韧改性PP:
针对矿安帽高刚
性,高抗冲击性的特殊要求,对PP改性的另
一
个技术方案是采用无机填料填充和弹性体
共混改性.随着对PP填充和共混改性研究
的深入,发现有效的典型方法之一是采用滑
石粉填充,三元乙丙橡胶(EPDM)增韧共混
改性,且能获得优良的价格性能比.
EPDM作为冲击韧性改性剂,对PP改
性料的增韧机理是:
(1)两者结构相似,相
容性良好;
(2)当PP/EPDM体系受冲击产
生裂纹时,EPDM胶粒吸收冲击能量,阻止
裂纹发展,提高其冲击韧性.另外,HDPE作
为辅助增韧改性剂,对PP也有一定的增韧
效应.它还能使EPDM与PP更好地相容,
使EPDM增韧效果更佳
EPDM,HDPE的加入使PP体系提高
了冲击韧性,但降低了刚性,因此.需采用
无机填料填充来增加刚性.
在矿安帽用PP改性料中常用的无机填
料是微细滑石粉采用微细滑石粉填充,可
以提高塑料的刚度,且塑料的取向小.成型
收缩率小,变形程度低,制品尺寸稳定性好.
便于成型加工.
这里PP树脂宜选择高等规度,低熔体
指数的牌号,因为只有在熔体指数小时.PP
树脂本身冲击强度相对较高,脆化温度相对
较低,有利于提高改性材料的性能.
这种PP/EPDM/HDPE/滑石粉多元共
混改性材料具有高刚性,高抗冲击性,也能
达到矿安帽技术质量要求(见表3),其成型
加工工艺与普通聚烯烃的生产工艺相仿,且
能适应热挤冷压模塑工艺.
五,其它
塑料矿安帽的阻燃性能及其测试,是针
对制成品而不是针对材料试条来进行的.虽
然国标~GB2812—89安全帽试验方法》等同
采用国际标准(IS03873—77工业上的安全
帽》的这一测试方法,但是这样提出的阻燃
要求实则不高,连易燃的普通聚乙烯都能达
到要求,可见目前标准存在的问题和缺陷.而
其它下井的非金属(聚合物)材料的”双
抗”(抗静电,抗燃烧)要求中之抗燃烧要求,
比之矿安帽的抗燃烧要求高得多,这一点可
查看煤炭部标准{MTll3-85煤矿井下用
非金属制品安全性能检验规范》,该标准要求
无论制成品还是材料试条检测都要达到离火
自熄或不燃烧.随着科技的发展,合成材料
的阻燃问题越来越得到世界发达国家的重
视,同时,也取得了很大的发展,这势必将
对塑料矿安帽的阻燃问题提出”严格”意义
上的要求,使其安全性更高.
值得注意的一点是:
抗静电塑料矿安帽
不能作为电力作业安全帽使用.
抗静电塑料矿安帽较之我国传统的胶质
矿安帽具有显着的优点,良好的经济效益和
社会效益.值得大力推广和应用.
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