煤礦用非金屬管材安全性能檢驗方法

張 磊

(國家安全生產徐州勞動防護用品檢測檢驗中心，江蘇 徐州 221006)

0 引言

目前國內煤礦井下使用的非金屬制品種類繁多，且發(fā)展迅速[1-3]。主要有各類液壓軟管、非金屬管材、阻燃電纜、風筒及配套用風筒布、水袋布、阻燃輸送帶、塑料網假頂、各類車輛輪胎、相關設備的非金屬部件等。由于煤礦井下環(huán)境防火防爆的特殊性，以至于對井下使用的設備材料有著特殊要求，以使之適應煤礦安全生產的需要。非金屬制品具有金屬材料制品不可比擬的優(yōu)越性能，但其使用的高分子材料具有可燃性、易積聚靜電荷的特性也給礦山安全生產帶來隱患。因此，對非金屬制品阻燃和抗靜電性能的檢測檢驗尤為重要。

1 非金屬管材阻燃抗靜電原理

1.1 阻燃原理

為了使材料具有阻燃性能，主要是通過添加阻燃劑的方法來實現(xiàn)[4-6]。使其點燃時間增長、點燃自熄或難以點燃。但是阻燃劑本身就有一定的缺點和危害，如含鹵阻燃劑的加入使材料在燃燒時放出大量的有刺激性氣味的鹵化氫氣體。為了避免有毒氣體的釋放，阻燃劑應選用無毒的材料。目前，絕大多數(shù)礦用非金屬制品是鹵銻系列的阻燃劑，一部分聚乙烯管材添加的是磷系阻燃劑，玻璃鋼產品添加氫氧化鋁等無機阻燃劑。

1.2 抗靜電方法原理

為了使非金屬材料具有抗靜電性，一方面要控制電荷的產生、積累，可以采取減少摩擦機會、降低摩擦壓力和速度、降低接觸頻率等負保護措施來控制產生源[7]；另一方面則是能夠使已產生的電荷迅速泄漏出去，進而減少電荷，也是抗靜電最有效的。針對泄漏靜電的方法，目前大多數(shù)依靠接地、增加環(huán)境濕度和提高材料的導電率來實現(xiàn)。其中增加材料的電導率是抗靜電最根本、最重要的方法，它主要通過添加抗靜電劑的方法實現(xiàn)。抗靜電劑主要有導電性填充料(炭黑、石墨、金屬粉末等)和表面活性劑2類(陰離子型、陽離子型、非離子型等)[8-9]。

炭黑等導電性填充料在材料中均勻分散并相互接觸，形成“隧道效應”，可大幅度降低表面電阻。如果導電性填充料相互接觸的距離較遠，則電阻下降緩慢；一旦距離接近，則電阻迅速下降。由于炭黑等屬于填充料，在制品中不會遷移，所以添加炭黑等填料的制品對濕度等條件不敏感，也不會隨著時間而發(fā)生變化。但由于熱脹冷縮的原因，添加炭黑等填充料的制品對溫度敏感，因此，通常是低溫時表面電阻值更低。

2 檢驗主要項目及方法

非金屬管材所使用的高分子材料具有可燃性、易積聚靜電荷的特性，也給礦山安全生產帶來隱患，必須進行相應檢驗。

2.1 檢驗項目

阻燃、抗靜電性能的檢驗主要是根據(jù)標準MT/T 181—88《煤礦井下用塑料管安全性能檢驗規(guī)范》、MT/T 191—89《煤礦井下用橡膠管安全性能檢驗規(guī)范》中的要求，見表1、表2。

表1 阻燃性能要求

表2 抗靜電性能要求

2.2 阻燃檢驗方法

酒精噴燈燃燒試驗原理：將制作標準的試件放在酒精噴燈上燃燒規(guī)定的時間，然后移開噴燈，記錄試件的火焰和火星燃燒時間。在記錄期間要注意觀察試件的變化狀態(tài)，測試時間以時間或其滴落物上的所有火焰或者火星燃燒至完全熄滅為準。

酒精噴燈燃燒試驗裝置：配備的燃料裝在容器內，容器放置在一定的高度，燃料通過軟管進入酒精噴燈。酒精噴燈放置在試驗箱內，箱子需可封閉，這樣使試驗狀態(tài)能處于弱光的狀態(tài)，同時方便觀察試驗狀態(tài)。測試裝置如圖1所示。

圖1 酒精噴燈燃燒試驗裝置

試件制備：①試件應在表面光滑無瑕疵的塑料管上截取，塑料管長度不小于600 mm，直徑50 mm以上;②在塑料管上截取寬度為25 mm的環(huán)形，圓環(huán)兩端應與塑料管軸線垂直，圓環(huán)兩端應平整無毛刺；③試件數(shù)量為6件。

試驗方法：試驗狀態(tài)下的酒精噴燈與試件的相對位置應符合圖1中的要求。試驗時，試件應呈水平狀態(tài)夾持，同時要保證試件下端面與噴燈之間的距離為50 mm。酒精噴燈應垂直放置，火焰高度為150 mm，且中心火焰溫度為960±60 ℃，油耗為2.55±0.15 mL/min。盛放燃料的容器放置位置應在酒精噴燈噴嘴600±20 mm的范圍內。試驗箱應保持封閉以保證箱內的氣流不能夠影響試驗結果。

酒精噴燈燃燒器的操作：試驗前，檢查酒精噴燈是否垂直放置，關閉控制閥，檢查燃料是否有泄漏，保證試驗安全。噴燈燃燒前需要預熱，首先將燃料注入預熱盤，然后點燃燃料用來加熱噴燈。當預熱盤中的燃料消耗50%時，打開噴燈控制閥，點燃噴燈后讓火焰穩(wěn)定燃燒5 min。火焰穩(wěn)定后，火焰溫度應能達到960±60 ℃。溫度的測定可用熱電偶直接測量，也可以用直徑約為0.7 mm的黃銅絲粗略的測定。熱電偶或黃銅絲被放置在距酒精噴燈噴嘴50 mm處。當用黃銅絲測量火焰溫度時，如果黃銅絲在6 s內可以熔化，則火焰溫度符合要求。

2.3 抗靜電性能檢測方法

試驗原理：試驗前應對試件進行調溫調濕處理，測量時在試件2個不同區(qū)域之間施加一個電位差(測量管材時2個電位間距1 000 mm)，然后用儀器測量試件表面的電流泄漏量，通過電流的泄漏量來表示相應的電阻值。

試件和試件的制備及處理：管材在進行試驗前應進行處理，管材長度不小于1 200 mm，數(shù)量不少于3件。管材表面應光滑，不應有損傷和雜質。可以用浸有蒸餾水干凈絲布或消毒紗布清洗管材表面，然后用干凈的干布片干燥，處理后放置24 h以上并保持干燥。試驗前，管材需要放置在溫度25±5 ℃，相對濕度60%的環(huán)境中至少2 h以上。

試驗設備：接觸電極采用鋁箔或厚度小于0.02 mm的錫箔，寬度為25 mm，邊緣應光滑，再配以導電膠或導電液作為粘結劑。輔助電極采用厚度為0.06～0.1 mm的銅箔，用來包裹在接觸電極表面。儀器采用使用范圍為103～1010Ω的高阻儀，試驗誤差應小于準確值的(+5%)，直流電源電壓應為50～500 V，試樣的功耗應小于1 W。

試驗步驟：將2個電極分別繞管材一周并緊密地貼在其外表面，2個電極相距1 000 mm。然后用引線將這2個電極分別連接到高阻儀。選取電壓等級100 V，選取合適的電阻值檔位。施加測試電壓1 min后，讀出測量的電阻值。測量管材內表面時采用同樣的方法即可。因為濕度對測量結果影響較大，試驗時避免因為呼吸影響試驗區(qū)域。

3 應用實例

以安徽某企業(yè)生產的聚乙烯管材為例，進行檢測檢驗并加以分析。該管材型號為PE-KM1.0/110(MPE100)，公稱外徑110 mm，標稱壓力1.0 MPa，材料等級100，通用管。根據(jù)上述的檢測方法得到檢測結果，結果表明其安全性能均符合標準要求。試驗結果見表3。

表3 試驗結果

4 結語

在分析非金屬管材安全性能在煤礦安全生產中重要地位的基礎上，敘述了非金屬管材的阻燃抗靜電的原理，并說明了其檢驗的必要性與具體檢測方法，對檢測方法進行了重點分析。以安徽某企業(yè)的生產的PE-KM1.0/110(MPE100)聚乙烯管材為例，檢測結果有焰燃燒時間6根試樣的算術平均值1.8 s，1條試樣單值最大值5 s；無焰燃燒6根試樣的算術平均值6 s，1條試樣單值最大值7 s；外表面電阻5.43×105Ω，內表面電阻4.84×105Ω，表明阻燃抗靜電性能均能符合標準要求。生產企業(yè)在出廠檢驗時也可以采用文中的方法檢測，以保證管材的出廠質量符合標準要求。