基于冶金行業(yè)設(shè)備安裝材料工藝的改進(jìn)

王 濤

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司 上海 寶山 201900）

基于冶金行業(yè)設(shè)備安裝材料工藝的改進(jìn)

王 濤

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司 上海 寶山 201900）

基于冶金行業(yè)設(shè)備安裝材料應(yīng)用廣泛的PP材料，進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用的是輻照交聯(lián)的方法，通過實(shí)驗(yàn)得出 輻照交聯(lián)密度是0.22 g/cm3, 實(shí)驗(yàn)材料的用量是0.96%的敏化劑是優(yōu)化比較好的情況。此時(shí)PP泡沫材料的表面密度是0.28 g/cm3，抗拉強(qiáng)度為6.19 MPa。實(shí)現(xiàn)了氣泡孔隙結(jié)構(gòu)形式會(huì)發(fā)生較大變化，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)冶金需要的結(jié)構(gòu)歸正、均勻的EPP材料目的。

冶金行業(yè)；設(shè)備安裝；PP材料

Abstract:PP materials are widely used as equipment installation materials in metallurgy industry. In this paper, PP materials were modified by irradiation cross-linking method. The result showed that when the irradiation crosslinking density was 0.22 g/cm3and the dosage of sensitizer was 0.96%, the surface density of modified PP foam material was 0.28 g/cm3, and the tensile strength was 6.19 MPa. Great change of the pore structure of bubbles was realized, and PP materials with excellent performance were obtained.

Key words:Metallurgical industry; Equipment installation; PP materials

通常的冶金建設(shè)中用到的采礦、選礦、鋼鐵處理以及相關(guān)輔助設(shè)備[1-3]，以及實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制等設(shè)備都屬于冶金設(shè)備的范疇。在設(shè)備購置中其安裝材料也屬于冶金建設(shè)的一部分[4,5]，其出現(xiàn)的安全性、材料損耗等問題也是需要著重對(duì)待的部分。聚丙烯（polypropylene）發(fā)泡材料在冶金設(shè)備安裝過程應(yīng)用非常廣泛，他具備了性價(jià)比高、力學(xué)性能優(yōu)越、燃燒不污染空氣，隔音效果良好的優(yōu)勢(shì)，這也是發(fā)泡聚丙烯(EPP)成為了當(dāng)前市場(chǎng)主力[6-9]，甚至在很多冶金安裝優(yōu)化當(dāng)中也缺不了這類材料。

PP是一種結(jié)晶性的聚合物材料，通常在結(jié)晶熔點(diǎn)下可以表現(xiàn)固態(tài)，在結(jié)晶穩(wěn)定以上是逐漸釋放能量，既這一過程會(huì)釋放大量熱量，但結(jié)晶一般是非常慢的過程[10-13]。從當(dāng)前 PP應(yīng)用情況來看，改進(jìn)PP熔體強(qiáng)度是當(dāng)前優(yōu)化PP唯一途徑，也是冶金行業(yè)應(yīng)用的最重要的基礎(chǔ)?；谏鲜霭l(fā)展的背景，課題組采用輻射交聯(lián)發(fā)放來優(yōu)化 PP的黏彈性進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工范圍提高，實(shí)現(xiàn)冶金需要的結(jié)構(gòu)歸正、均勻的EPP材料。

1 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化過程

1.1 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到的材料

本次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)采用了一下材料：某石化股份公司的PP，季戊四醇三丙烯酸酯（用作本次改進(jìn)輻射劑），發(fā)泡劑則是通過設(shè)備材料的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)制備，以及市場(chǎng)中比較常見的純二甲苯。

1.2 本次實(shí)驗(yàn)主要的器具

本次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用的主要器具包括有：25 km型電子加速器；JMK50135雙螺桿擠出機(jī)；98065KL型號(hào)的電熱鼓風(fēng)干燥箱；S２型掃描電鏡( SEM)；通用型的電子試驗(yàn)機(jī)

1.3 樣品的制備流程

本次實(shí)驗(yàn)主要的樣品制備流程如下所示：第一步，混合上面提到實(shí)驗(yàn)材料并均勻攪拌，以180 ℃的高溫在雙螺桿擠出機(jī)熔融區(qū)和以200 r /min的螺桿轉(zhuǎn)速造粒；第二步，將這些粒子與發(fā)泡劑母?；煸谝黄?，在單螺桿擠出機(jī)上擠出片材；第三步，打開電子加速器將片材輻照處理，再在干燥箱中加熱，溫度保持在 100 ℃，時(shí)間通常是115 h，這樣做可以有效地清除輻照后樣品中的游離基；第四步，在220 ℃的高溫下，把片材放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行發(fā)泡，于是發(fā)泡片材就得到了。

2 測(cè)試結(jié)果以及表面現(xiàn)象

表觀密度是一個(gè)國(guó)際密度項(xiàng)，通常用標(biāo)準(zhǔn)的G B 63432 1986。拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)速率也是專有名詞，以GB 63442 1986年測(cè)量。在顯微鏡下觀察氣泡形態(tài)的測(cè)試，通常通過聚丙烯泡沫樣品中的液態(tài)氮的冰凍表面觀察。凝膠含量是指樣品的凈重量，在樣品的條件下用不銹鋼絲網(wǎng)包裹，在24 h內(nèi)放入沸騰的二甲苯，然后根據(jù)重量進(jìn)行真空干燥。

2.1 材料分析研究

聚丙烯發(fā)泡材料的制備非常簡(jiǎn)單，但仍有一定的局限性，如材料成分和輻照條件等。聚丙烯泡沫材料的制備條件是在0.6 ～ 0.87范圍內(nèi)的敏化劑含量，發(fā)泡劑含量，約3 ～ 5份輻射劑量在4 ～ 12個(gè)kGy范圍內(nèi)，表1對(duì)限制條件進(jìn)行了詳細(xì)的描述。如果表面密度為0.22 g/cm3，氣泡的大小和均勻性將會(huì)大不相同。氣泡孔的細(xì)均勻性與泡沫材料的抗拉強(qiáng)度密切相關(guān)。本文將抗拉強(qiáng)度作為參數(shù)，研究其性能、輻照質(zhì)量含量、發(fā)泡劑質(zhì)量含量和輻射劑量質(zhì)量是影響因素的主要影響因素，方便、容易理解，詳細(xì)結(jié)果見圖1所示。通常，他們必須進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，選擇三個(gè)層次的每個(gè)因子來確定實(shí)驗(yàn)過程參數(shù)。表1介紹了正交實(shí)驗(yàn)的答案,Ⅱj, Ⅲjj列1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)的平均水平相應(yīng)的參數(shù)值的總和。Rj是最糟糕的因素，Rj的值決定了每個(gè)因子的狀態(tài)。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和研究Table 1 Orthogonal results and research

圖1 分析結(jié)果Fig.1 Analysis results

2.2 輻照敏化劑特性分析

圖2 輻照敏化劑特性分析Fig.2 Irradiation sensitivity analysis

圖2顯示了不同水平的PP凝膠在輻射劑量為8 kGy。在實(shí)驗(yàn)中，凝膠含量與增敏劑含量的增加成正比。輻照 PP是一種自由基反應(yīng)機(jī)制，一旦通過電子束輻照，將會(huì)有一個(gè) PP自由基生成，主鏈也會(huì)斷開，分支交聯(lián)和退化是一個(gè)相互作用的過程。但由于輻射敏化劑本身的高反應(yīng)活性,因此,敏化劑應(yīng)該和PP大分子單體連接,穩(wěn)定自由基的合成,以及其他自由基耦合,終止,或和其他分子鏈連接,這大大增加交聯(lián)PP的效率。

如果放射增敏劑的數(shù)量增加,自由基產(chǎn)生的輻射也將大量應(yīng)用,和系統(tǒng)的交聯(lián)程度將擴(kuò)大。因此，如果系統(tǒng)中沒有感光劑，則輻照系統(tǒng)的熔化強(qiáng)度較低，泡沫孔分布不均勻。

2.3 發(fā)泡劑含量的特性分析

輻照劑量也影響分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和凝膠含量。從A1、A2、A3、A4和A5的樣品中，不難看出發(fā)泡劑的質(zhì)量與凝膠含量之間的不可分割的聯(lián)系。例如，在4 kGy的輻照劑量中，發(fā)泡劑的質(zhì)量含量逐漸增加，凝膠含量在上升趨勢(shì)，即從2份3.97%到16.00%。它是由于交聯(lián)系統(tǒng)改進(jìn)的程度，作為發(fā)泡劑的載體提供了無數(shù)次的自由組合，一經(jīng)輻照增敏劑，3 d網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)就會(huì)增加。然后我們有一個(gè)縱向比較，例如，當(dāng)樣品A1固定時(shí)，輻照劑量和凝膠含量是分不開的。然而，樣品A5對(duì)不同輻照劑量的輻照劑量幾乎沒有影響。這是因?yàn)樵谳椛錀l件下，系統(tǒng)的交聯(lián)度趨于穩(wěn)定，表2中的數(shù)據(jù)是最好的證明。

3 形態(tài)結(jié)果分析

圖3說輻照劑量系統(tǒng)影響交聯(lián)度，PP熔體強(qiáng)度也會(huì)變化，比較三種輻照條件可以知道，12克輻照劑量的氣泡大小和孔壁的大小最均勻。

從理論的角度來看，發(fā)泡劑的含量影響了氣體的數(shù)量，也影響了泡沫材料的密度。圖 4(a)在發(fā)泡劑的質(zhì)量含量上顯示，泡沫孔的均勻性越來越小。

表2 發(fā)泡劑含量與凝膠含量關(guān)系數(shù)據(jù)表Table 2 Foaming agent content and gel content data table

圖3 發(fā)泡劑 4份時(shí)不同輻照劑量下發(fā)泡材料的掃描電鏡圖Fig.3 The scanning electron micrograph of the foam material under different irradiation dose in 4 parts of the foaming agent

如果發(fā)泡劑的質(zhì)量含量增加到14，發(fā)泡劑中的空氣量將迅速增加，氣泡孔的體積將增加，氣泡體壁變薄。圖 4(c)，在加工過程中，隨著外部壓力的減少，許多發(fā)泡劑會(huì)釋放大量熱能，引起局部過熱，所以氣泡孔會(huì)連接起來，孔、孔、破裂和坍塌等一系列現(xiàn)象都會(huì)出現(xiàn)。所以必須得到適當(dāng)?shù)膭┝康陌l(fā)泡劑,圖4(b)中,發(fā)泡劑的質(zhì)量?jī)?nèi)容是8圖, 發(fā)泡材料緊湊和均勻的泡沫大小的洞,閉孔泡沫產(chǎn)品的密度小,在現(xiàn)代技術(shù)條件下, 是一個(gè)最好的發(fā)泡材料。

圖4 不同含量發(fā)泡劑時(shí) PP發(fā)泡材料的掃描電鏡圖Fig.4 Scanning electron micrograph of PP foam material when different content foaming agent

4 結(jié)果分析

正交實(shí)驗(yàn)方法是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的主要方法,是制備聚丙烯發(fā)泡材料的輻照交聯(lián)密度是0.22 g/cm3, 實(shí)驗(yàn)材料的用量是 0.96%的敏化劑的內(nèi)容質(zhì)量, 質(zhì)量的發(fā)泡劑含量5%,12 kGy的輻射劑量。通過測(cè)試樣品，可以得出這樣的結(jié)論∶泡沫材料的表面密度是0.28 g/ cm3，抗拉強(qiáng)度為6.19 MPa。

在實(shí)驗(yàn)過程中，各階段相結(jié)合，輻射敏化劑含量、發(fā)泡劑含量、輻照劑量接觸材料交聯(lián)度都是定性的，聚丙烯熔體強(qiáng)度會(huì)受到干擾，氣泡孔隙結(jié)構(gòu)形式會(huì)發(fā)生較大變化。

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Modification of PP Materials as Equipment Installation Materials in Metallurgy Industry

WANG Tao

(MCC Baosteel Technology Services Co., Ltd., Shanghai 201900, China)

TQ 013

A

1671-0460（2017）09-1796-03

2017-05-22

王濤（1980-），男，陜西富平人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：主要從事冶金設(shè)備安裝相關(guān)技術(shù)研究。