基于冶金行业设备安装材料工艺的改进

王 涛

（中冶宝钢技术服务有限公司 上海 宝山 201900）

基于冶金行业设备安装材料工艺的改进

王 涛

（中冶宝钢技术服务有限公司 上海 宝山 201900）

基于冶金行业设备安装材料应用广泛的PP材料，进行优化改进，采用的是辐照交联的方法，通过实验得出 辐照交联密度是0.22 g/cm3, 实验材料的用量是0.96%的敏化剂是优化比较好的情况。此时PP泡沫材料的表面密度是0.28 g/cm3，抗拉强度为6.19 MPa。实现了气泡孔隙结构形式会发生较大变化，达到了实现冶金需要的结构归正、均匀的EPP材料目的。

冶金行业；设备安装；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

通常的冶金建设中用到的采矿、选矿、钢铁处理以及相关辅助设备[1-3]，以及实现计算机控制等设备都属于冶金设备的范畴。在设备购置中其安装材料也属于冶金建设的一部分[4,5]，其出现的安全性、材料损耗等问题也是需要着重对待的部分。聚丙烯（polypropylene）发泡材料在冶金设备安装过程应用非常广泛，他具备了性价比高、力学性能优越、燃烧不污染空气，隔音效果良好的优势，这也是发泡聚丙烯(EPP)成为了当前市场主力[6-9]，甚至在很多冶金安装优化当中也缺不了这类材料。

PP是一种结晶性的聚合物材料，通常在结晶熔点下可以表现固态，在结晶稳定以上是逐渐释放能量，既这一过程会释放大量热量，但结晶一般是非常慢的过程[10-13]。从当前 PP应用情况来看，改进PP熔体强度是当前优化PP唯一途径，也是冶金行业应用的最重要的基础。基于上述发展的背景，课题组采用辐射交联发放来优化 PP的黏弹性进而实现加工范围提高，实现冶金需要的结构归正、均匀的EPP材料。

1 实验优化过程

1.1 实验应用到的材料

本次改进实验采用了一下材料：某石化股份公司的PP，季戊四醇三丙烯酸酯（用作本次改进辐射剂），发泡剂则是通过设备材料的实验平台制备，以及市场中比较常见的纯二甲苯。

1.2 本次实验主要的器具

本次改进实验方法应用的主要器具包括有：25 km型电子加速器；JMK50135双螺杆挤出机；98065KL型号的电热鼓风干燥箱；S２型扫描电镜( SEM)；通用型的电子试验机

1.3 样品的制备流程

本次实验主要的样品制备流程如下所示：第一步，混合上面提到实验材料并均匀搅拌，以180 ℃的高温在双螺杆挤出机熔融区和以200 r /min的螺杆转速造粒；第二步，将这些粒子与发泡剂母粒混在一起，在单螺杆挤出机上挤出片材；第三步，打开电子加速器将片材辐照处理，再在干燥箱中加热，温度保持在 100 ℃，时间通常是115 h，这样做可以有效地清除辐照后样品中的游离基；第四步，在220 ℃的高温下，把片材放入电热鼓风干燥箱中进行发泡，于是发泡片材就得到了。

2 测试结果以及表面现象

表观密度是一个国际密度项，通常用标准的G B 63432 1986。拉伸强度和伸长速率也是专有名词，以GB 63442 1986年测量。在显微镜下观察气泡形态的测试，通常通过聚丙烯泡沫样品中的液态氮的冰冻表面观察。凝胶含量是指样品的净重量，在样品的条件下用不锈钢丝网包裹，在24 h内放入沸腾的二甲苯，然后根据重量进行真空干燥。

2.1 材料分析研究

聚丙烯发泡材料的制备非常简单，但仍有一定的局限性，如材料成分和辐照条件等。聚丙烯泡沫材料的制备条件是在0.6 ～ 0.87范围内的敏化剂含量，发泡剂含量，约3 ～ 5份辐射剂量在4 ～ 12个kGy范围内，表1对限制条件进行了详细的描述。如果表面密度为0.22 g/cm3，气泡的大小和均匀性将会大不相同。气泡孔的细均匀性与泡沫材料的抗拉强度密切相关。本文将抗拉强度作为参数，研究其性能、辐照质量含量、发泡剂质量含量和辐射剂量质量是影响因素的主要影响因素，方便、容易理解，详细结果见图1所示。通常，他们必须进行正交实验，选择三个层次的每个因子来确定实验过程参数。表1介绍了正交实验的答案,Ⅱj, Ⅲjj列1级、2级和3级的平均水平相应的参数值的总和。Rj是最糟糕的因素，Rj的值决定了每个因子的状态。

表1 正交实验结果和研究Table 1 Orthogonal results and research

图1 分析结果Fig.1 Analysis results

2.2 辐照敏化剂特性分析

图2 辐照敏化剂特性分析Fig.2 Irradiation sensitivity analysis

图2显示了不同水平的PP凝胶在辐射剂量为8 kGy。在实验中，凝胶含量与增敏剂含量的增加成正比。辐照 PP是一种自由基反应机制，一旦通过电子束辐照，将会有一个 PP自由基生成，主链也会断开，分支交联和退化是一个相互作用的过程。但由于辐射敏化剂本身的高反应活性,因此,敏化剂应该和PP大分子单体连接,稳定自由基的合成,以及其他自由基耦合,终止,或和其他分子链连接,这大大增加交联PP的效率。

如果放射增敏剂的数量增加,自由基产生的辐射也将大量应用,和系统的交联程度将扩大。因此，如果系统中没有感光剂，则辐照系统的熔化强度较低，泡沫孔分布不均匀。

2.3 发泡剂含量的特性分析

辐照剂量也影响分子交联网络的结构和凝胶含量。从A1、A2、A3、A4和A5的样品中，不难看出发泡剂的质量与凝胶含量之间的不可分割的联系。例如，在4 kGy的辐照剂量中，发泡剂的质量含量逐渐增加，凝胶含量在上升趋势，即从2份3.97%到16.00%。它是由于交联系统改进的程度，作为发泡剂的载体提供了无数次的自由组合，一经辐照增敏剂，3 d网状结构就会增加。然后我们有一个纵向比较，例如，当样品A1固定时，辐照剂量和凝胶含量是分不开的。然而，样品A5对不同辐照剂量的辐照剂量几乎没有影响。这是因为在辐射条件下，系统的交联度趋于稳定，表2中的数据是最好的证明。

3 形态结果分析

图3说辐照剂量系统影响交联度，PP熔体强度也会变化，比较三种辐照条件可以知道，12克辐照剂量的气泡大小和孔壁的大小最均匀。

从理论的角度来看，发泡剂的含量影响了气体的数量，也影响了泡沫材料的密度。图 4(a)在发泡剂的质量含量上显示，泡沫孔的均匀性越来越小。

表2 发泡剂含量与凝胶含量关系数据表Table 2 Foaming agent content and gel content data table

图3 发泡剂 4份时不同辐照剂量下发泡材料的扫描电镜图Fig.3 The scanning electron micrograph of the foam material under different irradiation dose in 4 parts of the foaming agent

如果发泡剂的质量含量增加到14，发泡剂中的空气量将迅速增加，气泡孔的体积将增加，气泡体壁变薄。图 4(c)，在加工过程中，随着外部压力的减少，许多发泡剂会释放大量热能，引起局部过热，所以气泡孔会连接起来，孔、孔、破裂和坍塌等一系列现象都会出现。所以必须得到适当的剂量的发泡剂,图4(b)中,发泡剂的质量内容是8图, 发泡材料紧凑和均匀的泡沫大小的洞,闭孔泡沫产品的密度小,在现代技术条件下, 是一个最好的发泡材料。

图4 不同含量发泡剂时 PP发泡材料的扫描电镜图Fig.4 Scanning electron micrograph of PP foam material when different content foaming agent

4 结果分析

正交实验方法是这个实验的主要方法,是制备聚丙烯发泡材料的辐照交联密度是0.22 g/cm3, 实验材料的用量是 0.96%的敏化剂的内容质量, 质量的发泡剂含量5%,12 kGy的辐射剂量。通过测试样品，可以得出这样的结论∶泡沫材料的表面密度是0.28 g/ cm3，抗拉强度为6.19 MPa。

在实验过程中，各阶段相结合，辐射敏化剂含量、发泡剂含量、辐照剂量接触材料交联度都是定性的，聚丙烯熔体强度会受到干扰，气泡孔隙结构形式会发生较大变化。

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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

王涛（1980-），男，陕西富平人，高级工程师，硕士，研究方向：主要从事冶金设备安装相关技术研究。