煤矿环境抗静电材料的微观特性及其应用

煤矿环境中高分子聚合物材料的静电隐患一直是安全生产的难题，也是行业技术攻关的重点。本课题组前期调研发现，通过对PVC（聚氯乙烯）等高聚物进行纳米材料改性，可以提高新材料的抗静电性能。本项目的研究目标是：1.通过纳米材料改性，将合成材料的表面电阻率在一般生产环境条件下，从10E14欧姆降低到10E6欧姆，经破坏性洗涤100次后电学性能无明显变化。保持材料原来的力学性能，以解决煤矿静电安全隐患问题；2.获得稳定的生产工艺，并将材料推广到煤矿生产应用中；3.采用先进的纳米探测技术，研究材料微观结构变化与其抗静电性能的关联，探讨材料的导电机理。. 本课题的完成将会提高材料的抗静电性能，消除静电安全隐患，产生巨大的经济效益和社会效益。同时，对纳米改性高聚合物的抗静电机理的研究，也是一次具体实现从微观到宏观的跨尺度导电机理的有益探讨。

带电体的静电积累得不到及时逸散就会越聚越多，达到击穿空气介质时通过急剧放电的电火花引发静电事故。研究发现：带电体所带的静电荷的逸散速率与带电体的电阻及电容成反比；带电体在的煤矿环境中的电容值比在外部空间的要大20%；高分子聚合物材料通常具有很大的电阻值（高达10E14欧），加之煤矿环境中的瓦斯等可燃气体浓度高，使高分子聚合物材料静电成为主要的煤矿静电事故源。.我们的研究思路是通过对PVC（聚氯乙烯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、橡胶等高聚物材料进行添加改性，提高改性材料的抗静电性能，以消除煤矿环境中的静电事故隐患。项目的研究内容有：1.抗静电剂改性，通过传统抗静电剂添加改性后复合材料的导电性明显改善，可以使材料的电阻从10E14欧姆降低到10E9欧姆，改性材料可以用于普通环境的抗静电要求，但达不到煤矿环境的抗静电指标要求； 2. 纳米材料改性，将合成材料的表面电阻率在一般生产环境条件下，从10E14欧姆降低到10E6欧姆，材料的表面电阻率降低7个数量级，阻燃自熄时间小于5秒，经破坏性洗涤100次后电学性能无明显变化。基本保持材料原来的力学性能，可以解决煤矿静电安全隐患问题； 3.采用先进的纳米检测技术分析各种条件下制作的样品结构，研究改性材料微观结构变化与其抗静电性能的关联，探讨了纳米颗粒改性复合高分子材料的导电机理，并对工艺过程中出现的PTC效应与NTC效应进行了研究。