基于冶金行業設備安裝材料工藝的改進

王 濤

（中冶寶鋼技術服務有限公司 上海 寶山 201900）

基于冶金行業設備安裝材料工藝的改進

王 濤

（中冶寶鋼技術服務有限公司 上海 寶山 201900）

基于冶金行業設備安裝材料應用廣泛的PP材料，進行優化改進，采用的是輻照交聯的方法，通過實驗得出 輻照交聯密度是0.22 g/cm3, 實驗材料的用量是0.96%的敏化劑是優化比較好的情況。此時PP泡沫材料的表面密度是0.28 g/cm3，抗拉強度為6.19 MPa。實現了氣泡孔隙結構形式會發生較大變化，達到了實現冶金需要的結構歸正、均勻的EPP材料目的。

冶金行業；設備安裝；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

通常的冶金建設中用到的采礦、選礦、鋼鐵處理以及相關輔助設備[1-3]，以及實現計算機控制等設備都屬于冶金設備的范疇。在設備購置中其安裝材料也屬于冶金建設的一部分[4,5]，其出現的安全性、材料損耗等問題也是需要著重對待的部分。聚丙烯（polypropylene）發泡材料在冶金設備安裝過程應用非常廣泛，他具備了性價比高、力學性能優越、燃燒不污染空氣，隔音效果良好的優勢，這也是發泡聚丙烯(EPP)成為了當前市場主力[6-9]，甚至在很多冶金安裝優化當中也缺不了這類材料。

PP是一種結晶性的聚合物材料，通常在結晶熔點下可以表現固態，在結晶穩定以上是逐漸釋放能量，既這一過程會釋放大量熱量，但結晶一般是非常慢的過程[10-13]。從當前 PP應用情況來看，改進PP熔體強度是當前優化PP唯一途徑，也是冶金行業應用的最重要的基礎。基于上述發展的背景，課題組采用輻射交聯發放來優化 PP的黏彈性進而實現加工范圍提高，實現冶金需要的結構歸正、均勻的EPP材料。

1 實驗優化過程

1.1 實驗應用到的材料

本次改進實驗采用了一下材料：某石化股份公司的PP，季戊四醇三丙烯酸酯（用作本次改進輻射劑），發泡劑則是通過設備材料的實驗平臺制備，以及市場中比較常見的純二甲苯。

1.2 本次實驗主要的器具

本次改進實驗方法應用的主要器具包括有：25 km型電子加速器；JMK50135雙螺桿擠出機；98065KL型號的電熱鼓風干燥箱；S２型掃描電鏡( SEM)；通用型的電子試驗機

1.3 樣品的制備流程

本次實驗主要的樣品制備流程如下所示：第一步，混合上面提到實驗材料并均勻攪拌，以180 ℃的高溫在雙螺桿擠出機熔融區和以200 r /min的螺桿轉速造粒；第二步，將這些粒子與發泡劑母粒混在一起，在單螺桿擠出機上擠出片材；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干燥箱中進行發泡，于是發泡片材就得到了。

2 測試結果以及表面現象

表觀密度是一個國際密度項，通常用標準的G B 63432 1986。拉伸強度和伸長速率也是專有名詞，以GB 63442 1986年測量。在顯微鏡下觀察氣泡形態的測試，通常通過聚丙烯泡沫樣品中的液態氮的冰凍表面觀察。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包裹，在24 h內放入沸騰的二甲苯，然后根據重量進行真空干燥。

2.1 材料分析研究

聚丙烯發泡材料的制備非常簡單，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范圍內的敏化劑含量，發泡劑含量，約3 ～ 5份輻射劑量在4 ～ 12個kGy范圍內，表1對限制條件進行了詳細的描述。如果表面密度為0.22 g/cm3，氣泡的大小和均勻性將會大不相同。氣泡孔的細均勻性與泡沫材料的抗拉強度密切相關。本文將抗拉強度作為參數，研究其性能、輻照質量含量、發泡劑質量含量和輻射劑量質量是影響因素的主要影響因素，方便、容易理解，詳細結果見圖1所示。通常，他們必須進行正交實驗，選擇三個層次的每個因子來確定實驗過程參數。表1介紹了正交實驗的答案,Ⅱj, Ⅲjj列1級、2級和3級的平均水平相應的參數值的總和。Rj是最糟糕的因素，Rj的值決定了每個因子的狀態。

表1 正交實驗結果和研究Table 1 Orthogonal results and research

圖1 分析結果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。在實驗中，凝膠含量與增敏劑含量的增加成正比。輻照 PP是一種自由基反應機制，一旦通過電子束輻照，將會有一個 PP自由基生成，主鏈也會斷開，分支交聯和退化是一個相互作用的過程。但由于輻射敏化劑本身的高反應活性,因此,敏化劑應該和PP大分子單體連接,穩定自由基的合成,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PP的效率。

如果放射增敏劑的數量增加,自由基產生的輻射也將大量應用,和系統的交聯程度將擴大。因此，如果系統中沒有感光劑，則輻照系統的熔化強度較低，泡沫孔分布不均勻。

2.3 發泡劑含量的特性分析

輻照劑量也影響分子交聯網絡的結構和凝膠含量。從A1、A2、A3、A4和A5的樣品中，不難看出發泡劑的質量與凝膠含量之間的不可分割的聯系。例如，在4 kGy的輻照劑量中，發泡劑的質量含量逐漸增加，凝膠含量在上升趨勢，即從2份3.97%到16.00%。它是由于交聯系統改進的程度，作為發泡劑的載體提供了無數次的自由組合，一經輻照增敏劑，3 d網狀結構就會增加。然后我們有一個縱向比較，例如，當樣品A1固定時，輻照劑量和凝膠含量是分不開的。然而，樣品A5對不同輻照劑量的輻照劑量幾乎沒有影響。這是因為在輻射條件下，系統的交聯度趨于穩定，表2中的數據是最好的證明。

3 形態結果分析

圖3說輻照劑量系統影響交聯度，PP熔體強度也會變化，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，發泡劑的含量影響了氣體的數量，也影響了泡沫材料的密度。圖 4(a)在發泡劑的質量含量上顯示，泡沫孔的均勻性越來越小。

表2 發泡劑含量與凝膠含量關系數據表Table 2 Foaming agent content and gel content data table

圖3 發泡劑 4份時不同輻照劑量下發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

如果發泡劑的質量含量增加到14，發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，許多發泡劑會釋放大量熱能，引起局部過熱，所以氣泡孔會連接起來，孔、孔、破裂和坍塌等一系列現象都會出現。所以必須得到適當的劑量的發泡劑,圖4(b)中,發泡劑的質量內容是8圖, 發泡材料緊湊和均勻的泡沫大小的洞,閉孔泡沫產品的密度小,在現代技術條件下, 是一個最好的發泡材料。

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

4 結果分析

正交實驗方法是這個實驗的主要方法,是制備聚丙烯發泡材料的輻照交聯密度是0.22 g/cm3, 實驗材料的用量是 0.96%的敏化劑的內容質量, 質量的發泡劑含量5%,12 kGy的輻射劑量。通過測試樣品，可以得出這樣的結論∶泡沫材料的表面密度是0.28 g/ cm3，抗拉強度為6.19 MPa。

在實驗過程中，各階段相結合，輻射敏化劑含量、發泡劑含量、輻照劑量接觸材料交聯度都是定性的，聚丙烯熔體強度會受到干擾，氣泡孔隙結構形式會發生較大變化。

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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，高級工程師，碩士，研究方向：主要從事冶金設備安裝相關技術研究。