НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ПРОТИВОВЗРЫВНОЙ ШАР Российский патент 2019 года по МПК A62C3/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к неметаллическому противовзрывному шару.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последние годы с развитием национальной экономики легковоспламеняющиеся и взрывоопасные жидкости/газы, такие как бензин, сжиженный нефтяной газ, пропан и т.д. все больше и больше используются в повседневном производстве и жизни. Обычно, легковоспламеняющиеся и взрывоопасные жидкости/газы хранятся в топливных баках.

Топливный бак, представляющий собой контейнер для приема топлива, - это, в частности, устройство для хранения жидкого топлива на машине с приводом от дизеля или бензинового двигателя.

Обычно пространство над уровнем жидкости в топливном баке заполнено смешанными горючими газами. При наличии источника воспламенения источник воспламенения воспламенит соседствующие смешанные газы. При отсутствии ограничения горение смешанных газов быстро распространится. Вследствие воспламенения и распространения пламени перед фронтом пламени создастся волна нарастающего давления, эта волна давления сильно сожмет несгоревшие смешанные газы и приведет к взрыву бака, причем весь процесс может занять лишь несколько миллисекунд.

Поэтому в процессах производства, транспортировки, хранения и применения аварии, связанные с пожарами и взрывами, часто происходят из-за ненадлежащих мер безопасности или аварий и часто вызывают значительное повреждение имущества и человеческие жертвы. По этой причине подавление пожаров и взрывов опасных химических веществ привлекает все большее и большее внимание.

В последние годы появление различных противовзрывных материалов эффективно решает проблемы безопасности легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидкостей/газов в процессах пространства и хранения, в которых особенно широко используется противовзрывной материал в виде сетки из сплава.

Противовзрывной материал в виде сетки из сплава обладает характеристиками высокой удельной теплопроводности, высокой удельной электрической проводимости, большой удельной площади поверхности и т.д. После полного распределения в топливном баке этот материал может эффективно сдерживать распространение пламени и быстро ослаблять волну взрывного давления. В то же время этот вид противовзрывного материала в виде сетки из сплава обладает высокой эффективностью поверхности на единицу объема, благодаря чему имеет высокое поглощение тепла; он может быстро поглощать тепло, выделяемое при горении, уменьшать температуру после реакции горения и снижать степень расширения газов реакции. Повышение давления внутри контейнера ограничивается, и скорость сгорания не может достичь предела скорости для взрыва, благодаря чему достигается цель взрывозащищенности.

Однако основным компонентом этого противовзрывного материала в виде сетки из сплава является металл, такой как алюминий или магний, и хотя они обладают определенной степенью антикоррозийной стойкости, проблемы окисления и старения существуют. Состарившись, материал становится хрупким и образует продукты разрушения, эти продукты разрушения, будучи подвержены вибрациям, упадут, после чего вызовут загрязнение топлива или закупорку топливопровода. Поэтому противовзрывные материалы в виде сетки из сплава необходимо регулярно заменять, что повышает расходы и увеличивает трудозатраты.

Для того чтобы решить вышеупомянутые проблемы, в известном уровне техники в качестве противовзрывных материалов используются неметаллические шары. Однако различные неметаллические противовзрывные шары в известном уровне техники обычно характеризуются сложными технологическими процессами изготовления и низкими эффективностями.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, которую должно решить настоящее изобретение, - это создание неметаллического противовзрывного шара, нацеленного на решение проблемы, заключающейся в том, что неметаллические противовзрывные шары в известном уровне техники обычно характеризуются сложными технологическими процессами изготовления и низкими эффективностями.

Для того чтобы решить вышеупомянутую техническую задачу, предлагаются следующие технические решения.

Предлагается неметаллический противовзрывной шар, причем указанный неметаллический противовзрывной шар содержит экваториальное кольцо, по меньшей мере, один продольный лист, южнополярное кольцо и севернополярное кольцо; экваториальное кольцо расположено перпендикулярно продольному листу; южнополярное кольцо и севернополярное кольцо находятся с двух сторон экваториального кольца соответственно; южнополярное кольцо находится на одном конце продольного листа, а севернополярное кольцо находится на другом конце продольного листа; экваториальное кольцо, южнополярное кольцо и севернополярное кольцо являются соосными; в осевом направлении экваториального кольца, проекция южнополярного кольца находится внутри проекции экваториального кольца; проекция севернополярного кольца расположена внутри проекции южнополярного кольца; проекция продольного листа проходит от проекции севернополярного кольца к экваториальному кольцу; материал неметаллического противовзрывного шара содержит подложку, углеродные волокна, факультативную сажу, факультативные углеродные нанотрубки и антиоксидант; подложка представляет собой, по меньшей мере, подложку из группы, состоящей из найлона 6, найлона 66, полифениленсульфида, полиэтилена и полипропилена; углеродные волокна представляют собой рубленые углеродные волокна; сажа представляет собой проводящую наносажу; антиоксидант представляет собой комбинацию пространственно затрудненного фенольного антиоксиданта и фосфитного антиоксиданта; исходя из содержания подложки, содержание углеродных волокон составляет 9-43 масс. %, содержание сажи - 0-19,6 масс. %, содержание углеродных нанотрубок - 0-19,6 масс. %, и содержание антиоксиданта - 0,5-0,8 масс. %.

Предлагаемый неметаллический противовзрывной шар может формоваться за один раз путем открытия формы в осевом направлении экваториального кольца, технологический процесс изготовления прост, и эффективность высока. Кроме того, неметаллический противовзрывной шар имеет малый вес и низкий коэффициент заполнения объема.

Кроме того, неметаллический противовзрывной шар содержит несколько продольных листов, и указанные несколько продольных листов пересекаются на оси экваториального кольца.

Кроме того, на внутренней стенке севернополярного кольца крепится опорная деталь.

Кроме того, эта опорная деталь имеет форму креста «+», и плоскость, в которой находится опорная деталь, перпендикулярна оси экваториального кольца.

Кроме того, неметаллический противовзрывной шар содержит первую усиливающую деталь, причем первая усиливающая деталь расположена на продольном листе между севернополярным кольцом и экваториальным кольцом; и в осевом направлении экваториального кольца проекция первой усиливающей детали находится между проекцией южнополярного кольца и проекцией экваториального кольца. Кроме того, первая усиливающая деталь имеет форму замкнутой петли; и первая усиливающая деталь параллельна оси экваториального кольца.

Кроме того, неметаллический противовзрывной шар содержит вторую усиливающую деталь, причем вторая усиливающая деталь расположена на продольном листе между южнополярным кольцом и экваториальным кольцом; и в осевом направлении экваториального кольца проекция второй усиливающей детали находится между проекцией южнополярного кольца и проекцией первой усиливающей детали.

Кроме того, вторая усиливающая деталь имеет форму замкнутой петли; и вторая усиливающая деталь параллельна оси экваториального кольца.

Кроме того, между второй усиливающей деталью и наружной стенкой южнополярного кольца расположена соединительная деталь, и плоскость, в которой находится соединительная деталь, перпендикулярна оси экваториального кольца.

Кроме того, неметаллический противовзрывной шар содержит третью усиливающую деталь, причем третья усиливающая деталь расположена на экваториальном кольце в осевом направлении экваториального кольца, один конец третьей усиливающей детали соединен с первой усиливающей деталью, а другой конец третьей усиливающей детали соединен со второй усиливающей деталью; в осевом направлении экваториального кольца проекция третьей усиливающей детали проходит от второй усиливающей детали к экваториальному кольцу; плоскость, в которой находится третья усиливающая деталь, делит пополам угол, заключенный между двумя продольными листами, прилегающими к третьей усиливающей детали.

Если неметаллический противовзрывной шар вышеупомянутой конструкции используется в топливном баке, при условии обеспечения прочности при сжатии, масса будет меньше, и коэффициент заполнения объема ниже и может достигать 5% или менее.

Кроме того, массовое соотношение пространственно затрудненного фенольного антиоксиданта к фосфитному антиоксиданту равно 1,5-2:1.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

ФИГ. 1 представляет собой вид сверху в перспективном изображении неметаллического противовзрывного шара в соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения.

ФИГ. 2 представляет собой вид снизу в перспективном изображении неметаллического противовзрывного шара в соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения.

ФИГ. 3 представляет собой поперечный вид в перспективном изображении неметаллического противовзрывного шара в соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения.

ФИГ. 4 представляет собой вид спереди неметаллического противовзрывного шара в соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения.

ФИГ. 5 представляет собой вид сзади неметаллического противовзрывного шара в соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения.

ФИГ. 6 представляет собой вид с левой стороны неметаллического противовзрывного шара в соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения.

Позиции на графическом материале:

1: экваториальное кольцо; 2: продольный лист; 31: севернополярное кольцо; 32: опорная деталь; 41: южнополярное кольцо; 42: соединительная деталь; 5: первая усиливающая деталь; 6: вторая усиливающая деталь; 7: третья усиливающая деталь.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Для того чтобы сделать цели, технические решения и преимущества настоящего более понятными, ниже дополнительно приводится подробное описание настоящего изобретения со ссылками на графический материал и предпочтительные варианты осуществления. Следует понимать, что конкретные варианты осуществления, описанные в настоящем документе, предназначены лишь для иллюстрации настоящего изобретения, но не для ограничения объема настоящего изобретения.

В описании настоящего изобретения соответствующие термины определены следующим образом:

«Экваториальный» определяется как окружность, образованная пересечением плоскости, проходящей через центр сферы в горизонтальном направлении, и сферы.

«Продольный» определяется как окружность, образованная пересечением плоскости, проходящей через центр сферы в вертикальном направлении, и сферы.

«Севернополярный» определяется как верх сферы.

«Южнополярный» определяется как низ сферы.

Следует понимать, что вышеперечисленные термины, предназначенные для указания ориентации или относительных расположений, такие как «продольный», «поперечный», «широтный», «южнополярный», «севернополярный», «вверх», «вниз», «вертикальный», «горизонтальный», «верхний», «нижний», «внутренний», «наружный» и т.п., используются просто для облегчения описания настоящего изобретения и упрощения описания, а не для указания или подразумевания, что устройство или компонент должно или должен иметь конкретную ориентацию или изготавливаться и использоваться в конкретной ориентации; следовательно, они не должны истолковываться как ограничивающие объем изобретения. В описании настоящего изобретения, если не указано иначе, «несколько» означает два или более.

Следует отметить, что в описании настоящего изобретения, если контекст четко не диктует иначе, термины «расположен» и «соединен» следует понимать широко; например, это может неподвижное соединение, разъемное соединение или внутреннее соединение; это может быть прямое соединение, а может быть и непрямое соединение через промежуточное звено. Специалистам в области техники, к которой относится изобретение, конкретное значение вышеупомянутых терминов в настоящем изобретении может быть понятным в увязке с конкретными условиями.

Предлагается неметаллический противовзрывной шар, причем указанный неметаллический противовзрывной шар содержит экваториальное кольцо, по меньшей мере, один продольный лист, южнополярное кольцо и севернополярное кольцо; экваториальное кольцо расположено перпендикулярно продольному листу; южнополярное кольцо и севернополярное кольцо находятся с двух сторон экваториального кольца соответственно; южнополярное кольцо находится на одном конце продольного листа, а севернополярное кольцо находится на другом конце продольного листа; экваториальное кольцо, южнополярное кольцо и севернополярное кольцо являются соосными; в осевом направлении экваториального кольца проекция южнополярного кольца находится внутри проекции экваториального кольца; проекция севернополярного кольца расположена внутри проекции южнополярного кольца; проекции продольного листа проходят от проекции севернополярного кольца к экваториальному кольцу; материал неметаллического противовзрывного шара содержит подложку, углеродные волокна, факультативную сажу, факультативные углеродные нанотрубки и антиоксидант; подложка представляет собой, по меньшей мере, подложку из группы, состоящей из найлона 6, найлона 66, полифениленсульфида, полиэтилена и полипропилена; углеродные волокна представляют собой рубленые углеродные волокна; сажа представляет собой проводящую наносажу; антиоксидант представляет собой комбинацию пространственно затрудненного фенольного антиоксиданта и фосфитного антиоксиданта; исходя из содержания подложки, содержание углеродных волокон составляет 9-43 масс. %, содержание сажи - 0-19,6 масс. %, содержание углеродных нанотрубок - 0-19,6 масс. %, и содержание антиоксиданта - 0,5-0,8 масс. %.

Во избежание скапливания топлива в пересечении между листами различные неметаллические противовзрывные шары известного уровня техники обычно являются открытыми или с отверстием в углах, образованных между их листами. Однако изготовление неметаллического противовзрывного шара такой конструкции является очень трудным, форма для их изготовления должна быть открытой с нескольких направлений. Как результат, технологический процесс изготовления неметаллического противовзрывного шара является сложным и низкоэффективным. Предлагаемый неметаллический противовзрывной шар может формоваться за один раз путем открытия формы в осевом направлении экваториального кольца, технологический процесс изготовления прост, и эффективность производства значительно повышается.

Кроме того, неметаллический противовзрывной шар имеет малый вес и низкий коэффициент заполнения объема.

Для обеспечения, чтобы неметаллический противовзрывной шар имел достаточную прочность в осевом направлении экваториального кольца, чтобы не сминаться при использовании, неметаллический противовзрывной шар предпочтительно содержит несколько продольных листов, и указанные несколько продольных листов пересекаются на оси экваториального кольца.

С другой стороны, на внутренней стенке севернополярного кольца предпочтительно крепится опорная деталь для обеспечения достаточной прочности севернополярного кольца неметаллического противовзрывного шара в радиальном направлении экваториального кольца. Поскольку проекция севернополярного кольца расположена внутри проекции южнополярного кольца в осевом направлении экваториального кольца, а опорная деталь находится внутри севернополярного кольца, расположение севернополярного кольца не влияет на одноэтапный процесс формования предлагаемого неметаллического противовзрывного шара, и, таким образом, обеспечиваются удобство обработки и эффективность изготовления неметаллического противовзрывного шара.

Конкретная конструкция опорной детали особо не ограничивается. Предпочтительно, для уменьшения скапливания топлива в пересечении опорной детали и севернополярного кольца опорная деталь имеет форму креста «+». Четыре конца опорной детали проходят к внутренней стенке севернополярного кольца и закрепляются.

Опорная деталь может располагаться в нескольких вариантах, и для облегчения обработки плоскость, в которой находится опорная деталь, предпочтительно перпендикулярна оси экваториального кольца.

Для того чтобы дополнительно повысить прочность неметаллического противовзрывного шара, неметаллический противовзрывной шар дополнительно содержит первую усиливающую деталь, причем первая усиливающая деталь расположена на продольном листе между севернополярным кольцом и экваториальным кольцом; и в осевом направлении экваториального кольца проекция первой усиливающей детали находится между проекцией южнополярного кольца и проекцией экваториального кольца.

Проекция первой усиливающей детали в осевом направлении экваториального кольца отделена от проекции севернополярного кольца и экваториального кольца, чтобы обеспечить возможность легкого формования неметаллического противовзрывного шара за один этап. Кроме того, первая усиливающая деталь может эффективно поддерживать продольный лист.

Конкретная конструкция первой усиливающей детали может принимать разные формы и конкретно не ограничивается описанной в настоящем изобретении. Предпочтительно, первая усиливающая деталь имеет форму замкнутой петли. Предпочтительнее, первая усиливающая деталь параллельна оси экваториального кольца, чтобы лучше обеспечить усиливающее действие и облегчить последующую обработку.

В соответствии с настоящим изобретением для дополнительного повышение прочности неметаллического противовзрывного шара неметаллический противовзрывной шар предпочтительно дополнительно содержит вторую усиливающую деталь.

Подобно первой усиливающей детали, вторая усиливающая деталь расположена на продольном листе между южнополярным кольцом и экваториальным кольцом; и в осевом направлении экваториального кольца проекция второй усиливающей детали находится между проекцией южнополярного кольца и проекцией первой усиливающей детали.

Подобным образом, конструкция второй усиливающей детали может принимать разные существующие формы, предпочтительно, вторая усиливающая деталь имеет форму замкнутой петли, и вторая усиливающая деталь параллельна оси экваториального кольца.

Для первой усиливающей детали и второй усиливающей детали в осевом направлении экваториального кольца проекция второй усиливающей детали расположена внутри проекции первой усиливающей детали. Можно понять, что места проекций первой и второй усиливающих деталей в осевом направлении экваториального кольца взаимозаменяемы, например, проекция первой усиливающей детали может располагаться внутри проекции второй усиливающей детали.

В соответствии с настоящим изобретением, для того чтобы дополнительно повысить устойчивость и механическую прочность неметаллического противовзрывного шара, между второй усиливающей деталью и наружной стенкой южнополярного кольца предпочтительно расположена соединительная деталь, и плоскость, в которой лежит соединительная деталь, перпендикулярна оси экваториального кольца.

В соответствии с настоящим изобретением неметаллический противовзрывной шар дополнительно содержит третью усиливающую деталь, причем третья усиливающая деталь расположена на экваториальном кольце в осевом направлении экваториального кольца, один конец третьей усиливающей детали соединен с первой усиливающей деталью, а другой конец третьей усиливающей детали соединен со второй усиливающей деталью; в осевом направлении экваториального кольца проекция третьей усиливающей детали проходит от второй усиливающей детали до экваториального кольца; и плоскость, в которой лежит третья усиливающая деталь, делит пополам угол, заключенный между двумя продольными листами, прилегающими к третьей усиливающей детали.

Третья усиливающая деталь преимущественна для дополнительного повышения механической прочности неметаллического противовзрывного шара.

Материал неметаллического противовзрывного шара содержит подложку, углеродные волокна, факультативную сажу, факультативные углеродные нанотрубки и антиоксидант; подложка представляет собой, по меньшей мере, подложку из группы, состоящей из найлона 6, найлона 66, полифениленсульфида, полиэтилена и полипропилена; углеродные волокна представляют собой рубленые углеродные волокна; сажа представляет собой проводящую наносажу; антиоксидант представляет собой комбинацию пространственно затрудненного фенольного антиоксиданта и фосфитного антиоксиданта; исходя из содержания подложки, содержание углеродных волокон составляет 9-43 масс. %, содержание сажи - 0-19,6 масс. %, содержание углеродных нанотрубок - 0-19,6 масс. %, и содержание антиоксиданта - 0,5-0,8 масс. %.

Углеродные волокна представляют собой рубленые углеродные волокна и предпочтительно имеют длину 3-6 мм, диаметр 6-8 мкм, содержание углерода ≥93% и удельное электрическое сопротивление 1,6×10^-3 Ом.см; углеродное волокно - это одно из обычно используемых волокон для изменения проводимости пластиков. Кроме того, добавление углеродного волокна может улучшить механические свойства материала подложки. При воздействии внешней ударной нагрузки на материал подложки частицы волокна могут создавать в материале множество микроскопических деформаций, которые могут поглощать энергию и одновременно хорошо передавать создаваемое напряжение, при этом подложка создает деформацию текучести и поглощает часть ударной энергии, тем самым играя роль в упрочнении и повышении ударной прочности материала подложки.

Сажа представляет собой проводящую наносажу, и предпочтительно имеет размер частиц 40-50 нм, показатель адсорбции DBP 204×10^-5 м³/кг, удельную площадь поверхности адсорбции СТАВ 363×10³ м²/кг и рН 7,8; сажа представляет собой один из наиболее широко используемых проводящих наполнителей, и размер частиц наносажи меньше, то есть вероятность контакта между частицами сажи выше, и пространство между частицами меньше, благодаря чему проводимость лучше, чем проводимость обычной сажи.

Антиоксидант представляет собой комбинацию пространственно затрудненного фенольного антиоксиданта и фосфитного антиоксиданта, массовое соотношение пространственно затрудненного фенольного антиоксиданта к фосфитному антиоксиданту предпочтительно составляет 1,5-2:1, причем предпочтительным является комбинация антиоксиданта пентаэритрит тетракис (β-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат) (антиоксидант 1010) и антиоксиданта трис(2,4-ди-трет-бутилфенил) фосфат (антиоксидант 168).

Нанотрубки предпочтительно имеют размер частиц 10-30 нм, длину 10-50 мкм и удельное электрическое сопротивление от 10 до 10^-3 Ом⋅см; углеродные нанотрубки имеют уникальную структуру, множество проводящих механизмов, регулируемую проводимость, могут образовывать цепь проводящей сетки с меньшим количеством наполнителя и являются «горячей точкой» изменения проводимости полимера.

Предлагаемый неметаллический противовзрывной шар по сравнению с существующими металлическими противовзрывными материалами из алюминиевого сплава обладает преимуществами более продолжительного срока службы, отсутствия необходимости в замене, более высокой стойкости в горючих и взрывоопасных химических веществах, отсутствия остающихся продуктов разрушения, более высокой механической прочности, отсутствия явлений смятия и т.п., будучи при этом легким и удобным для демонтажа и т.д.

Предлагаемый неметаллический противовзрывной шар имеет следующие характеристики: структура сферы обеспечивает высокопористую структуру, подобную структуре медовых сот, которая может эффективно предотвращать явление резкого нарастания и обладает хорошими противовзрывными характеристиками; плотность упаковки на единицу объема находится в пределах 50-60 кг/м³; заполнено примерно 90% объема неметаллического противовзрывного шара, и объем неметаллического противовзрывного шара составляет примерно 5% объема контейнера. Настоящее изобретение предполагает проведение испытания противовзрывных характеристик при стандартных условиях, давление смешанного газа (пропан-воздух) можно регулировать так, чтобы оно не превышало 0,14 МПа (предел давления взрыва 0,814 МПа).

Специальная структура и высокие проводящие свойства настоящего изобретения могут предотвращать возникновение статического электричества в топливном баке из-за потоков и соударений топлива, и предотвращать взрывы, вызванные статическим электричеством. Конструкция неметаллического противовзрывного шара в соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения будет дополнительно объяснена со ссылками на фиг. 1-6.

Как показано на фиг. 1-6, неметаллический противовзрывной шар содержит экваториальное кольцо 1, два продольных листа 2, севернополярное кольцо 31, опорную деталь 32, южнополярное кольцо 41, соединительную деталь 42, первую усиливающую деталь 5, вторую усиливающую деталь 6 и четыре третьих усиливающих детали 7.

В частности, экваториальное кольцо 1 имеет форму кругового контура, и внутри него находится полая конструкция. Экваториальное кольцо 1 расположено горизонтально. Центр экваториального кольца 1 является центром неметаллического противовзрывного шара.

Два продольных листа 2 пересекаются перпендикулярно. Два перпендикулярно пересекающихся продольных листа 2 расположены на экваториальном кольце 1, и линии пересечения двух продольных листов 2 расположены на одной прямой с осью экваториального кольца 1.

Севернополярное кольцо 31 расположено на верхнем конце продольного листа 2. Южнополярное кольцо 41 расположено на нижнем конце продольного листа 2. Оси севернополярного кольца 31, южнополярного кольца 41 и экваториального кольца 1 соосны.

Опорная деталь 32 имеет, в общем, форму креста «+». Четыре независимых конца опорной детали 32 соединены с внутренней стенкой севернополярного кольца 31. Опорная деталь 32 лежит в горизонтальной плоскости.

Первая усиливающая деталь 5 имеет форму прямоугольной рамки. Первая усиливающая деталь 5 расположена на двух продольных листах 2, и первая усиливающая деталь 5 находится между севернополярным кольцом 31 и экваториальным кольцом 1. Ось первой усиливающей детали 5 соосна с осью экваториального кольца 1.

Вторая усиливающая деталь 6 имеет форму прямоугольной рамки. Вторая усиливающая деталь 6 расположена на двух продольных листах 2, и вторая усиливающая деталь 6 находится между южнополярным кольцом 41 и экваториальным кольцом 1. Ось второй усиливающей детали 6 соосна с осью экваториального кольца 1.

Соединительная деталь 42 расположена между второй усиливающей деталью 6 и южнополярным кольцом 41.

Третья усиливающая деталь 7 расположена на экваториальном кольце 1, и плоскость, в которой лежит третья усиливающая деталь 7, проходит через ось экваториального кольца 1. То есть, третья усиливающая деталь 7 перпендикулярна экваториальному кольцу 1. Один конец каждой из четырех третьих усиливающих деталей 7 предусмотрен на угле при вершине первой усиливающей детали 5 в форме прямоугольной рамки, а ее другой конец предусмотрен на угле при вершине второй усиливающей детали 6 в форме прямоугольной рамки соответственно. Кроме того, плоскость, в которой лежит третья усиливающая деталь 7, делит пополам угол, заключенный между двумя продольными листами 2, прилегающими к третьей усиливающей детали 7.

Кроме того по оси экваториального кольца 1 проекция экваториального кольца 1 имеет форму круглой петли.

Проекция первой усиливающей детали 5 является прямоугольной, и проекция первой усиливающей детали 5 находится внутри проекции экваториального кольца 1.

Аналогичным образом, проекция второй усиливающей детали 6 также является прямоугольной, и проекция второй усиливающей детали 6 находится внутри проекции первой усиливающей детали 5.

Проекция южнополярного кольца 41 является круглой и находится внутри проекции второй усиливающей детали 6. Поскольку соединительная деталь 42 расположена между второй усиливающей деталью 6 и южнополярным кольцом 41, проекция соединительной детали 42 находится между проекцией второй усиливающей детали 6 и проекцией южнополярного кольца 41.

Проекция севернополярного кольца 31 является круглой и находится внутри проекции южнополярного кольца 41. Соединительная деталь 32 расположена внутри севернополярного кольца 31, и, следовательно, проекция соединительной детали 32 находится внутри проекции севернополярного кольца 31.

Оба продольных листа 2 и четыре третьих усиливающих детали 7 проходят в осевом направлении экваториального кольца 1. В осевом направлении экваториального кольца 1 два конца проекции каждого продольного листа 2 соединены с наружным краем проекции экваториального кольца 1 и проекцией севернополярного кольца 31 соответственно. Два конца проекции каждой третьей усиливающей детали 7 соединены с наружным краем проекции экваториального кольца 1 и углом при вершине прямоугольной проекции второй усиливающей детали 6 соответственно.

Неметаллический противовзрывной материал, предусмотренный настоящим изобретением, может быть сформован за один раз путем открытия формы, обработка удобна, и эффективность высока. В то же время неметаллический противовзрывной материал имеет малый вес, его коэффициент заполнения объема менее 5%, а его прочность высока с прочностью при сжатии 136,2 кгс при сжатии до 1/3 толщины. То есть, неметаллический противовзрывной материал имеет очень малый вес, удобен в обработке, высокоэффективен, а также высокопрочен.

Неметаллические противовзрывные шары, показанные на фиг. 1-6 изготавливаются литьем под давлением в формах для обработки пластиков. Ниже приводится подробная информация о сырье.

Углеродное волокно: полиакрилонитрильное углеродное волокно длиной 6 мм, диаметром 6,5 мкм, с прочностью на растяжение, равной или более 3,0 ГПа, плотностью 1,76 г/см³, относительным удлинением, равным или более 1,5%, и удельным сопротивлением 1,6 Ом⋅см, поставщик: компания Liaoning Anke Activated Carbon Fiber Application Technology and Development Company.

Сажа: проводящая наносажа с диаметром частиц 40 нм, показатель адсорбции DBP 230×10^-5 м³/кг, и удельная площадь поверхности адсорбции СТАВ 370×10³ м²/кг, рН 8, поставщик: институт Carbon Black Industrial Research and Design Institute, China Rubber Group.

Углеродные нанотрубки: с размером частиц 40-50 нм, длиной 20-50 мкм и удельным электрическим сопротивлением 10-10^-3 Ом.см, поставщик: компания Shenzhen Nano-port.

Найлон 66: модель EPR27, с прочностью на растяжение 55 МПа, пределом прочности при статическом изгибе 71,8 МПа и ударной вязкостью образца с надрезом 9,1 кДж/м², поставщик: компания China Pingmei Shenma Group.

Найлон 6: модель СМ1017, с прочностью на растяжение 80,4 МПа, пределом прочности при статическом изгибе 108 МПа, ударной вязкостью образца с надрезом 31 кДж/м², и удельным объемным электрическим сопротивлением 10¹⁴-10¹⁵ Ом⋅см, поставщик: компания Japan Toray.

Полифениленсульфид: с прочностью на растяжение 130 МПа, пределом прочности при статическом изгибе 207 МПа и ударной вязкостью образца с надрезом 7 кДж/м², поставщик: компания Japan Baoli.

Полипропилен: с прочностью на растяжение 24 МПа, пределом прочности при статическом изгибе 50 МПа и ударной вязкостью образца с надрезом 2,5 кДж/м², поставщик: компания Yanshan Petrochemical Company.

Пример 1

Компоненты взвешивают в вышеупомянутых процентах по массе, 0,2 массовой части антиоксиданта 168, 0,4 массовой части антиоксиданта 1010 и 100 массовых частей матрицы найлона 6 смешивают в высокоскоростном смесителе в течение 2 минут, а затем помещают вместе с 43 массовыми частями углеродных волокон в двухшнековый экструдер для получения частиц, причем двухшнековый экструдер - типа SHF-30 производства компании Nanjing Jieente Electrical and Mechanical Services Limited. Частота вращения шнеков - 400 об/мин, температуру каждой секции экструдера регулируют так, чтобы она составляла 235°С в первой зоне, 230°C во второй зоне, 240°C в третьей зоне, 245°C в четвертой зоне, 250°C в пятой зоне и 260°C на головке машины.

Пример 2

Компоненты взвешивают в вышеупомянутых процентах по массе, 0,1 массовой части антиоксиданта 168, 0,2 массовой части антиоксиданта 1010 и 100 массовых частей матрицы найлона 6 смешивают в высокоскоростном смесителе в течение 2 минут, а затем помещают вместе с 9 массовыми частями углеродных волокон в двухшнековый экструдер для получения частиц, причем двухшнековый экструдер - типа SHF-30 производства компании Nanjing Jieente Electrical и Mechanical Services Limited. Частота вращения шнеков - 400 об/мин, температуру каждой секции экструдера регулируют так, чтобы она составляла 235°C в первой зоне, 230°C во второй зоне, 240°C в третьей зоне, 245°C в четвертой зоне, 250°C в пятой зоне и 260°C на головке машины.

Пример 3

Компоненты взвешивают в вышеупомянутых процентах по массе, 0,2 массовой части антиоксиданта 168, 0,3 массовой части антиоксиданта 1010, 19,6 массовых частей сажи и 100 массовых частей матрицы найлона 66 смешивают в высокоскоростном смесителе в течение 3 минут, а затем помещают вместе с 13,4 массовыми частями углеродных волокон в двухшнековый экструдер для получения частиц, причем углеродные волокна подают из отверстия субподачи экструдера. Двухшнековый экструдер - типа SHF-30 производства компании Nanjing Jieente Electrical and Mechanical Services Limited. Частота вращения шнеков - 450 об/мин, температуру каждой секции экструдера регулируют так, чтобы она составляла 240°C в первой зоне, 245°C во второй зоне, 260°C в третьей зоне, 265°C в четвертой зоне, 265°C в пятой зоне и 265°C на головке машины.

Пример 4

Компоненты взвешивают в вышеупомянутых процентах по массе, 0,2 массовой части антиоксиданта 1010, 0,1 массовой части антиоксиданта 168, 19,6 массовых частей углеродных нанотрубок и 100 массовых частей матрицы найлона 66 смешивают в высокоскоростном смесителе в течение 3 минут, а затем помещают вместе с 10 массовыми частями углеродных волокон в двухшнековый экструдер для получения частиц, причем углеродные волокна подают из отверстия субподачи экструдера. Двухшнековый экструдер - типа SHF-30 производства компании Nanjing Jieente Electrical and Mechanical Services Limited. Частота вращения шнеков - 450 об/мин, температуру каждой секции экструдера регулируют так, чтобы она составляла 240°C в первой зоне, 245°C во второй зоне, 260°C в третьей зоне, 265°C в четвертой зоне, 265°C в пятой зоне и 265°C на головке машины.

Пример 5

Компоненты взвешивают в вышеупомянутых процентах по массе, 0,2 массовой части антиоксиданта 168, 0,3 массовой части антиоксиданта 1010, 19,6 массовых частей сажи, 5 массовых частей углеродных нанотрубок и 100 массовых частей матрицы найлона 66 смешивают в высокоскоростном смесителе в течение 3 минут, а затем помещают вместе с 9 массовыми частями углеродных волокон в двухшнековый экструдер для получения частиц, причем углеродные волокна подают из отверстия субподачи экструдера. Двухшнековый экструдер - типа SHF-30 производства компании Nanjing Jieente Electrical and Mechanical Services Limited. Частота вращения шнеков - 450 об/мин, температуру каждой секции экструдера регулируют так, чтобы она составляла 240°C в первой зоне, 245°C во второй зоне, 260°C в третьей зоне, 265°C в четвертой зоне, 265°C в пятой зоне и 265°C на головке машины.

Пример 6

Компоненты взвешивают в вышеупомянутых процентах по массе, 0,24 массовой части антиоксиданта 168, 0,36 массовой части антиоксиданта 1010, 12,3 массовых частей углеродных нанотрубок и 100 массовых частей матрицы полифениленсульфида смешивают в высокоскоростном смесителе в течение 3 минут, а затем помещают вместе с 9,8 массовыми частями углеродных волокон в двухшнековый экструдер для получения частиц, причем углеродные волокна подают из отверстия субподачи экструдера. Двухшнековый экструдер - типа SHF-30 производства компании Nanjing Jieente Electrical and Mechanical Services Limited. Частота вращения шнеков - 500 об/мин, температуру каждой секции экструдера регулируют так, чтобы она составляла 285°C в первой зоне, 285°C во второй зоне, 290°C в третьей зоне, 295°C в четвертой зоне, 300°C в пятой зоне и 305°C на головке машины.

Пример 7

Компоненты взвешивают в вышеупомянутых процентах по массе, 0,15 массовой части антиоксиданта 168, 0,3 массовой части антиоксиданта 1010 и 100 массовых частей матрицы полипропилена смешивают в высокоскоростном смесителе в течение 2 минут, а затем помещают вместе с 19,2 массовыми частями углеродных волокон в двухшнековый экструдер для получения частиц, причем углеродные волокна подают из отверстия субподачи экструдера. Двухшнековый экструдер - типа SHF-30 производства компании Nanjing Jieente Electrical and Mechanical Services Limited. Частота вращения шнеков - 350 об/мин, температуру каждой секции экструдера регулируют так, чтобы она составляла 170°C в первой зоне, 170°C во второй зоне, 175°C в третьей зоне, 180°C в четвертой зоне, 185°C в пятой зоне и 185°C на головке машины.

Пример 8

Компоненты взвешивают в вышеупомянутых процентах по массе, 0,22 массовой части антиоксиданта 168, 0,34 массовой части антиоксиданта 1010, 1,1 массовых частей углеродных нанотрубок и 100 массовых частей матрицы полипропилена смешивают в высокоскоростном смесителе в течение 3 минут, а затем помещают вместе с 11,3 массовыми частями углеродных волокон в двухшнековый экструдер для получения частиц, углеродные волокна причем углеродные волокна подают из отверстия субподачи экструдера. Двухшнековый экструдер - типа SHF-30 производства компании Nanjing Jieente Electrical and Mechanical Services Limited. Частота вращения шнеков - 450 об/мин, температуру каждой секции экструдера регулируют так, чтобы она составляла 170°C в первой зоне, 170°C во второй зоне, 175°C в третьей зоне, 180°C в четвертой зоне, 185°C в пятой зоне и 185°C на головке машины.

Результаты использований свойств материалов в примерах 1-8 приведены в таблице 1:

Результаты испытаний в таблице 1 показывают, что, судя по улучшению механических свойств матрицы, композитные материалы, приготовленные в примерах 1-8, несомненно, обладают антистатическими свойствами, их критерии отвечают требованиям стандарта Министерства обороны США MIL-prf-87260b к антистатическим свойствам барьерных противовзрывных материалов и требованиям к подготовке неметаллических противовзрывных шаров.

Различные маточные смеси, подготовленные в примерах 1-8, превращают литьевой машиной в конструкцию предлагаемого неметаллического противовзрывного шара, и полученные неметаллические противовзрывные шары загружают в устройство для испытаний характеристик взрывобезопасности (AQ3001-2005) для проведения испытаний характеристик взрывобезопасности.

Прежде всего, когда испытательное оборудование не наполнено какими-либо неметаллическими противовзрывными шарами, повышенное давление дефлаграции газообразного пропана (концентрационный предел взрываемости смеси пропана с воздухом - 2,1-9,5% с предпочтительной концентрацией 4,5%) в испытательном оборудовании по результатам испытаний составляет 164,04 кПа; эффект взрывозащиты рассчитывают по следующей формуле:

В этой формуле:

Δр’ представляет повышенное давление дефлаграции, когда противовзрывной материал не загружен, кПа;

Δр представляет повышенное давление дефлаграции, когда противовзрывной материал загружен, кПа;

λ представляет собой эффект взрывозащиты, %.

Характеристики взрывобезопасности неметаллических противовзрывных шаров, приготовленных из различных материалов, показаны в таблице 2:

Результаты испытаний характеристик взрывобезопасности неметаллических противовзрывных шаров в таблице 2 показывают, что все примеры 1-8 имеют отличный эффект взрывозащиты, все их характеристики взрывобезопасности выше 90%, их показатели качества значительно выше показателя качества существующих противовзрывных материалов из сплавов металлов, и они имеют более высокие общие рабочие характеристики, что указывает на то, что предлагаемый неметаллический противовзрывной шар послужит хорошей заменой существующим противовзрывным материалам.

Вышеприведенное описание - это описание лишь предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, не предназначенное для ограничения объема настоящего изобретения. Какие-либо изменения, равноценные замены или усовершенствования, выполненные в пределах сущности и принципов настоящего изобретения, должны быть включены в объем защиты настоящего изобретения.

Неметаллический противовзрывной шар содержит экваториальное кольцо, по меньшей мере, один продольный лист, южнополярное кольцо, севернополярное кольцо, первую усиливающую деталь, вторую усиливающую деталь и третью усиливающую деталь. Согласно изобретению, экваториальное кольцо расположено перпендикулярно продольному листу; южнополярное кольцо и севернополярное кольцо находятся с двух сторон экваториального кольца соответственно; южнополярное кольцо находится на одном конце продольного листа, а севернополярное кольцо находится на другом конце продольного листа. Экваториальное кольцо, южнополярное кольцо и севернополярное кольцо являются соосными. В осевом направлении экваториального кольца проекция южнополярного кольца находится внутри проекции экваториального кольца, проекция севернополярного кольца расположена внутри проекции южнополярного кольца; проекция продольного листа проходит от проекции севернополярного кольца к экваториальному кольцу. Первая усиливающая деталь расположена на продольном листе между севернополярным кольцом и экваториальным кольцом; и в осевом направлении экваториального кольца проекция первой усиливающей детали находится между проекцией южнополярного кольца и проекцией экваториального кольца. Вторая усиливающая деталь расположена на продольном листе между южнополярным кольцом и экваториальным кольцом; и в осевом направлении экваториального кольца проекция второй усиливающей детали находится между проекцией южнополярного кольца и проекцией первой усиливающей детали. Третья усиливающая деталь расположена на экваториальном кольце в осевом направлении экваториального кольца, один конец третьей усиливающей детали соединен с первой усиливающей деталью, а другой конец третьей усиливающей детали соединен со второй усиливающей деталью. В осевом направлении экваториального кольца проекция третьей усиливающей детали проходит от второй усиливающей детали к экваториальному кольцу, плоскость, в которой находится третья усиливающая деталь, делит пополам угол, заключенный между двумя продольными листами, прилегающими к третьей усиливающей детали. Материал неметаллического противовзрывного шара содержит подложку, углеродные волокна, факультативную сажу, факультативные углеродные нанотрубки и антиоксидант; подложка представляет собой, по меньшей мере, подложку из группы, состоящей из найлона 6, найлона 66, полифениленсульфида, полиэтилена и полипропилена; углеродные волокна представляют собой рубленые углеродные волокна; сажа представляет собой проводящую наносажу; антиоксидант представляет собой комбинацию пространственно затрудненного фенольного антиоксиданта и фосфитного антиоксиданта. Исходя из содержания подложки содержание углеродных волокон составляет 9-43 мас.%, содержание сажи - 0-19,6 мас.%, содержание углеродных нанотрубок - 0-19,6 мас.%, и содержание антиоксиданта - 0,5-0,8 мас.%. Технологический процесс изготовления неметаллического противовзрывного шара прост, и эффективность производства высока. 6 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.

1. Неметаллический противовзрывной шар, содержащий экваториальное кольцо, по меньшей мере, один продольный лист, южнополярное кольцо, севернополярное кольцо, первую усиливающую деталь, вторую усиливающую деталь и третью усиливающую деталь, отличающийся тем, что

экваториальное кольцо расположено перпендикулярно продольному листу; южнополярное кольцо и севернополярное кольцо находятся с двух сторон экваториального кольца соответственно; южнополярное кольцо находится на одном конце продольного листа, а севернополярное кольцо находится на другом конце продольного листа;

экваториальное кольцо, южнополярное кольцо и севернополярное кольцо являются соосными;

в осевом направлении экваториального кольца проекция южнополярного кольца находится внутри проекции экваториального кольца, проекция севернополярного кольца расположена внутри проекции южнополярного кольца; проекция продольного листа проходит от проекции севернополярного кольца к экваториальному кольцу;

первая усиливающая деталь расположена на продольном листе между севернополярным кольцом и экваториальным кольцом; и в осевом направлении экваториального кольца проекция первой усиливающей детали находится между проекцией южнополярного кольца и проекцией экваториального кольца;

вторая усиливающая деталь расположена на продольном листе между южнополярным кольцом и экваториальным кольцом; и в осевом направлении экваториального кольца проекция второй усиливающей детали находится между проекцией южнополярного кольца и проекцией первой усиливающей детали;

третья усиливающая деталь расположена на экваториальном кольце в осевом направлении экваториального кольца, один конец третьей усиливающей детали соединен с первой усиливающей деталью, а другой конец третьей усиливающей детали соединен со второй усиливающей деталью;

в осевом направлении экваториального кольца проекция третьей усиливающей детали проходит от второй усиливающей детали к экваториальному кольцу;

плоскость, в которой находится третья усиливающая деталь, делит пополам угол, заключенный между двумя продольными листами, прилегающими к третьей усиливающей детали;

материал неметаллического противовзрывного шара содержит подложку, углеродные волокна, факультативную сажу, факультативные углеродные нанотрубки и антиоксидант; подложка представляет собой, по меньшей мере, подложку из группы, состоящей из найлона 6, найлона 66, полифениленсульфида, полиэтилена и полипропилена; углеродные волокна представляют собой рубленые углеродные волокна; сажа представляет собой проводящую наносажу; антиоксидант представляет собой комбинацию пространственно затрудненного фенольного антиоксиданта и фосфитного антиоксиданта;

исходя из содержания подложки содержание углеродных волокон составляет 9-43 мас.%, содержание сажи - 0-19,6 мас.%, содержание углеродных нанотрубок - 0-19,6 мас.%, и содержание антиоксиданта - 0,5-0,8 мас.%.

2. Неметаллический противовзрывной шар по п. 1, отличающийся тем, что неметаллический противовзрывной шар содержит несколько продольных листов, и указанные несколько продольных листов пересекаются на оси экваториального кольца.

3. Неметаллический противовзрывной шар по п. 2, отличающийся тем, что на внутренней стенке севернополярного кольца прикреплена опорная деталь.

4. Неметаллический противовзрывной шар по п. 3, отличающийся тем, что опорная деталь имеет форму креста «+», и плоскость, в которой находится опорная деталь, перпендикулярна оси экваториального кольца.

5. Неметаллический противовзрывной шар по п. 1, отличающийся тем, что первая усиливающая деталь имеет форму замкнутой петли; и первая усиливающая деталь параллельна оси экваториального кольца.

6. Неметаллический противовзрывной шар по п. 1, отличающийся тем, что вторая усиливающая деталь имеет форму замкнутой петли, и вторая усиливающая деталь параллельна оси экваториального кольца;

между второй усиливающей деталью и наружной стенкой южнополярного кольца расположена соединительная деталь, и плоскость, в которой находится соединительная деталь, перпендикулярна оси экваториального кольца.

7. Неметаллический противовзрывной шар по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что массовое соотношение пространственно затрудненного фенольного антиоксиданта к фосфитному антиоксиданту равно 1,5-2:1.