CN102344025B

CN102344025B - 防腐型阻燃防爆材料及防爆填料的制作安装方法

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Publication number: CN102344025B
Application number: CN201010245404.9A
Authority: CN
Inventors: 吴银森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: CN102344025A

Abstract

一种防腐型阻燃防爆材料及防爆填料的制作安装方法，由具有防腐性能的铝合金材料制成，合金成份重量百分比为：硅0.60％，铁0.70％，铜0.20％，锰1.0-1.6％，镁10-15％，锌0.10％，钛0.2-0.5％，铬0.35-1.0％，镍0.3-1.0％，锆0.2-0.5％，钽0.20-0.5％，余量为铝。将上述具有防腐性能的铝合金卷材轧制为0.01～0.03MM的箔，切割并扩展为铝合金箔网，形成蜂窝结构的防腐型阻燃防爆填料。将轧制、切割好的多孔蜂窝状结构卷制成卷材，再填充油料储罐罐体的整体内部。

Description

防腐型阻燃防爆材料及防爆填料的制作安装方法

技术领域

本发明涉及一种填充在储存或运输易燃、易爆液体容器内的阻燃防爆材料，还涉及防腐型阻燃防爆填料的制作安装方法。

背景技术

网状金属材料作为一种高效的防火防爆材料最初主要应用于军事领域，随后被逐渐应用在民用领域。网状金属材料可以被切割成任意形状，可作为任意形状的燃油箱和储油罐的填充材料。在应用于车用无铅汽油的存储实践中，由于汽油中硫的存在，对存储容器器壁产生腐蚀，而腐蚀的产物与油料中的硫醇、苯、芳烃、烯烃等相互作用，形成了油料中的实际胶质。国家标准车用无铅汽油检测标准(GB17930-1999)中规定，允许硫(S)的含量为≤0.08％(m/m)；实际胶质不大于5mg/100ml。一般来讲，出厂的油料实际胶质含量仅为0.1～0.2mg/100ml，存储在金属容器中，按照GB 8019(燃料胶质含量的测定喷射蒸发法)做3个月的43℃储存安定性试验(相当于自然存放的三年)后，实际胶质含量会达到0.4mg/100ml。而在油料中加入普通阻燃防爆材料铝合金箔，其铝合金材料的合金成份重量百分比为：硅0.60％，铁0.70％，铜0.20％，锰1.0-1.6％，镁0.05％，锌0.10％，钛0.15％，余量为铝。按照GB 8019(燃料胶质含量的测定喷射蒸发法)仅做半个月的43℃储存安定性试验后，实际胶质含量会达到6mg/100ml，已经超出国家标准，经过3个月的43℃储存安定性试验后，实际胶质含量会达到17mg/100ml，这样的油料已经不能使用了。

出现这样的问题是因为铝的化学活跃程度远超过铁质金属容器，而且铝合金箔的表面积至少是容器内表面的10⁵倍。金属的腐蚀速度与其表面积是成正比的。

铝合金箔的腐蚀带来的另一个问题就是产生出铝屑。从附图4可以看出，附图标记10所示意的为铝合金箔的最薄弱腐蚀点，当这两点处被腐蚀通透后，就会掉下一片铝屑。在用油时铝屑随油料的流动进入加油机，稍大的铝屑会卡住油泵，而细小的铝屑会对汽车的油路和发动机造成损害。这都是已经发生的阻燃防爆填料对油料造成二次污染的问题。

发明内容

本发明针对上述技术问题，对原铝合金材料的合金成分进行改进，在铝合金的冶炼时对元素镁、钛、铝的含量进行调整，并新引入元素铬、镍、锆、钽，形成具有特殊防腐性能的铝合金材料并制作出防腐型阻燃防爆填料。

具有防腐性能的铝合金材料的合金成份重量百分比为：硅0.60％，铁0.70％，铜0.20％，锰1.01.6％，镁10-15％，锌0.10％，钛0.2-0.5％，铬0.35-1.0％，镍0.3-1.0％，锆0.2-0.5％，钽0.20-0.5％，余量为铝。

为了改善材料的防腐性能，本发明选择添加适量的铬和镍元素，铬和镍具有良好的耐腐性能，被普遍应用于不锈钢、不锈铁的冶炼中。镍耐中型和微酸性溶液，包括一些稀释的非氧化性酸、有机酸及有机溶剂的腐蚀。元素铬和镍的引入使合金材料的拉压疲劳极限由20N/MM³升至45N/MM³。这样在油料运输车辆的容器中更能抗颠颇和摇摆，在油料存储容器中更能抗长期的垂直方向的重力。解决了现有技术中因颠颇、摇摆和长期的垂直方向的重力导致蜂窝状的填料产生下沉堆积现象，而造成容器中局部特别是上部出现无填充空隙，失去了阻燃防爆作用的技术问题。

另外在金属材料中添加适量稀土元素可提高材料的强度、耐蚀性和耐蚀膜的导热性，降低表面状态对腐蚀的敏感性，如：钛、锆、钽，所以本发明还在铝合金中引入锆(Zr)和钽(Ta)，调整了钛含量。Ti(钛)和Zr(锆)都是活泼金属元素，室温下生成坚密的氧化膜，这层坚密的氧化膜能够阻止其内部原子继续被腐蚀，对孔蚀也具有良好的抵抗能力，所以具有优良的耐蚀性能。钽(Ta)的耐蚀性非常优良。除氢氟酸、氟、发烟硫酸、碱外，几乎耐一切化学介质的腐蚀。它对沸点的盐酸、硝酸、200℃以下的硫酸都表现出优异的耐蚀性。

为了得到最佳的元素引入量和配比，本发明首先进行了合金材料的防爆性能试验，我们选择了能够降低填充密度的Li、Mg、Be、Ti和具有优良抗腐蚀性的Cr、Ni、Zr、Ta、以及Bi、Ag、Sr、Ce、12种元素分别与原始材料结合制作实验合金材料，添加量分别为0.1％、0.2％、0.35％、0.5％、0.6％、0.7％、1.0％、1.6％、然后进行了自由落锤冲击试验，得到上述元素添加量的引燃率作为添加元素的参考。

铝合金自由落锤高速冲击试验时的引燃率

表1

自由落锤高速冲击试验是将被试样品制成试块固定在30Kg的重锤上提升至3.5m，锈蚀钢板角度调节为45°，爆炸槽内甲烷浓度调整为6.7％(体积比)，松开重锤控制开关，使重锤自由落下，试块冲击到锈蚀钢板上，观察是否引燃可燃气体。每冲击一次需移动钢板，使试样冲击点不致重合，同一化学成分的试样在相同条件下进行32次落锤试验为一组，共进行3组平行试验，然后统计引燃次数。

引燃次数/冲击试验次数×100％＝引燃率

试验结果证明锂、锶、铈、铍的添加量仅为0.35％时，试验用铝合金材料的引燃率已经达到100％，遇到撞击摩擦时会产生火花从而引燃可燃气体，因此不适合作为本发明的防爆抑爆材料添加元素。

基于上述实验，本发明增量引入了具有降低比重的镁元素，解决铝合金的装填密度降低问题，而装填密度的降低也有助于克服颠颇、摇摆和长期的垂直方向的重力使蜂窝状的填料产生下沉堆积现象。通常来讲，镁是一钟极其活跃的金属元素，在老式的照相机上，用镁条在空气中的瞬间燃烧来达到闪光的目的。在本发明中采用惰性气体保护进行混料和熔炼，经过熔炼后的合金中，镁已被铝分割为仅有一个到几个分子的很小的单元，而燃烧所需的三个必要条件：可燃物、温度、氧气在这样情况下已被规避了温度一项，因为仅有几个分子的很小的单元的氧化达不到燃烧所需的温度，而这样的情况下，合金表层的镁、铝的氧化为合金本身提供了一层致密的氧化膜保护层，放止了深层合金的继续氧化。

防爆性能试验取得后，排除掉不可引入元素，再对可引入元素进行不同引入量的耐腐蚀性能试验。在原始铝箔(背景技术中记载的)成分基础上，分别引入不同量的单质元素：铬、镍、钛、锆、钽。每一种元素准备七钟含量，每一含量的铝箔准备五份样品(22.000g)，共计为175组样品，将这些样品浸在600ml的93号汽油中，这时汽油刚好能够没过铝箔，将试样封存并放入同一烘箱，按照GB 8019(燃料胶质含量的测定喷射蒸发法)进行12周43℃储存安定性试验。12周后检验每件试样的实际胶质量，每一种元素每一含量的五份样品取算术平均值，其结果见表2：

表2

从表2中可以看出，铬和镍的含量在超过0.9％之后，其生成的实际胶质量便趋于一个稳定值，同样钛、锆、钽的含量在超过0.5％之后，其生成的实际胶质量便趋于一个稳定值。考虑成本因素，超过以上量的添加就显得得不偿失了。

从表2中还可以看出，当铬和镍的含量为0.9％时，已经达到比较理想的耐腐蚀性能，但从下面的表3中可以看到，铬和镍的原子半径与铝不同，当将这两钟元素等量引入时，其原子半径的算术平均值是小于铝的原子半径这样就造成铝的晶格畸变，影响其延展性能，所以本发明中同时引入同样能够提高耐腐蚀性能，又具有稍大原子半径、能够减小晶格畸变的钛、锆、钽元素，起到一举两得的作用。经过试验检验(见表3及其相关试验)，这样的合金产生的实际胶质含量低于表2中的任何一种元素的单独引入。

表3

通过上述试验并兼顾成本、性能等因素得到了具有特殊防腐性能的铝合金材料成份。

由于在原铝合金材料的基础上，提高了镁、钛的含量，又引入耐腐性能很好的铬、镍、锆和钽，使铝合金的装填密度降低、耐蚀性、抗拉强度、机械性能等得到充分提高，而且提高了阻燃防爆填料硬度。装填密度为15Kg/M³，比美国专利356256(52.4Kg/M³)和中国专利92102437.1(30～63Kg/M³)低很多。拉压疲劳极限由20N/MM³升至45N/MM³。随后申请人进行了耐蚀性试验。

申请人按照GB 8019(燃料胶质含量的测定喷射蒸发法)，将上述防腐型阻燃防爆填料进行12周43℃储存安定性试验，试验是先检测原始油样实际胶质(93#汽油)，随后将油样分为三份，分别装在三个金属油桶中，其中一桶原样封存，另外一桶加入防腐型铝合金箔封存，第三只桶加入普通型铝合金箔封存，铝箔片加入量均为22.000g，油样加入量均为600ml，刚刚能没过铝箔片，将三桶放入同一烘箱，开始试验。经过12周43℃储存安定性试验后，分别检测三组油样的实际胶质、铝箔片余留量、铝箔片碎片。其中铝箔片余留量和铝箔片碎片虽然不是GB 8019(燃料胶质含量的测定喷射蒸发法)的标准要求，但它们对燃料的使用性能有着极大的影响。试验结果见下表：

铝箔材料对93号车用汽油性能影响试验数据

表4

从表4中可见，原始空白油样的实际胶质含量为0.1mg/100mL，经过12周的43℃储存安定性试验，没有放入阻燃防爆填料的对比油样的实际胶质含量为0.4mg/100mL，放入防腐型阻燃防爆填料油样的实际胶质含量为0.8mg/100mL，而放入普通阻燃防爆填料油样的实际胶质含量达到了17mg/100mL。

本发明将上述具有防腐性能的铝合金卷材轧制为0.01～0.03MM的箔，切割并扩展为铝合金箔网，形成蜂窝结构的防腐型阻燃防爆填料。

防腐型阻燃防爆填料的制作及安装方法如下：

1、检验防腐型阻燃防爆材料卷材的材质；

2、在轧制和切割设备上对防腐型阻燃防爆材料的卷材进行轧制和切割，轧制厚度为0.01～0.03MM；按照间距为2MM，每个切口的宽度为6～10MM，切口与切口间距2.5MM的比例切割，隔行的切口相对应，然后拉伸形成多孔蜂窝状结构；

3、对油料储罐罐体的整体内表面进行防腐处理；

4、将轧制、切割好的多孔蜂窝状结构卷制成卷材，再填充油料储罐罐体的整体内部。

本发明与原(普通)铝合金阻燃防爆填料相比具有如下优点：

1、使阻燃防爆填料的耐腐蚀性能得到提高。这样就保证了：

a、燃料油在储存过程中不受残留硫(S)的腐蚀，经过三年的储存，燃料油的实际胶质含量仍符合国家标准；

b、阻燃防爆填料不会因腐蚀而掉屑。避免了对加油机、发动机的损坏。

2、使阻燃防爆填料的装填密度降低。装填密度的降低克服了燃料在运输和储存过程中颠颇、摇摆和长期的垂直方向的重力使蜂窝状的填料产生下沉堆积现象。

附图说明

附图1为装有蜂窝状阻燃防爆填料的油料储罐剖视图，1为罐体；2为蜂窝状铝合金箔阻燃防爆填料。

附图2为已切割的铝合金箔，4为铝合金箔，宽度为550MM，长度为几千米；5为A组切口；6为B组切口。A-B的间距为2MM，每个切口的宽度为10MM，同组中切口与切口间距5MM。

附图3是一个立方体延展成箔其有效面积增加的示意图。

附图4为铝合金箔最薄弱腐蚀点示意图，10为最薄弱腐蚀点。

具体实施方式

实施例1，一种具有防腐、阻燃防爆材料，由切缝并扩展后的铝合金箔网制成，具有蜂窝状的多孔结构，铝合金的化学成分重量百分比为：硅0.60％，铁0.70％，铜0.20％，锰1.0-1.6％，镁10-15％，锌0.10％，钛0.2-0.5％，铬0.35-1.0％，镍0.3-1.0％，锆0.2-0.5％，钽0.20-0.5％，余量为铝。

实施例2，一种具有防腐、阻燃防爆材料，由切缝并扩展后的铝合金箔网制成，具有蜂窝状的多孔结构，铝合金的化学成分重量百分比为：硅0.60％，铁0.70％，铜0.20％，锰1.0-1.6％，镁12％，锌0.10％，钛0.2-0.5％，铬0.5-1.0％，镍0.8％，锆0.35％，钽0.35％，余量为铝。

实施例3，一种具有防腐、阻燃防爆材料，由切缝并扩展后的铝合金箔网制成，具有蜂窝状的多孔结构，铝合金的化学成分重量百分比为：硅0.60％，铁0.70％，铜0.20％，锰1.0-1.6％，镁15％，锌0.10％，钛0.2-0.5％，铬0.35-1.0％，镍0.3-1.0％，锆0.2-0.5％，钽0.20-0.5％，余量为铝。

下面结合附图对制作和安装进行详细说明。

附图1为装有蜂窝状阻燃防爆填料的油料储罐剖视图，1为油料储罐的罐体，2为蜂窝状铝合金箔阻燃防爆填料。在本发明实施过程中，先对已放空的油料储罐的罐体进行彻底的清污，然后对油料储罐罐体的整体内表面进行防腐处理，其优选的方法是在罐体的整体内表面涂刷耐油浸树脂。

附图2为已切割的铝合金箔，4为铝合金箔，宽度为550MM，长度为几千米；5为A组切口；6为B组切口。A-B的间距为2MM，每个切口的宽度为10MM，同组中切口与切口间距5MM。每一组有36个切口，在100MM的长度上有50组切口，也就是说在100MM的长度上有50×36＝1800个切口。每一个切口增加了两个有效截面，1800个切口就增加了3600个有效截面。设想将0.01MM的箔摞为100MM高，那么就是10⁴张，增加的有效截面就是36×10⁶个。

本发明对防腐型阻燃防爆材料卷材进行再轧制和切割的设备非常的紧凑小巧，所以实施过程通常采用车载设备，现场制作。轧制厚度为0.01～0.03MM。

经过轧制和切割的铝合金箔在同一台设备上同时完成拉制和卷制，卷制后的铝合金箔呈蓬松的蜂窝状，比重仅为15Kg/M³，将卷制后的铝合金箔有序的装入整个油料储罐。

附图3是一个立方体延展成箔其有效面积增加的示意图。如果我们设定这个立方体的边长a为100MM，那么它的一个表面7的面积就是a²，总面积为6a²。如果我们将其从中间一分为二，那么就增加了8、9两个外表面，为2a²。如果我们将其分为0.01MM的箔，其外表面就增加了2×10⁴a²。

结合附图2的说明，就会明白我们前面提到过的铝合金箔的表面积至少是容器内表面的10⁵倍。

经过如上述工艺，一个装有防腐型阻燃防爆填料的油料储罐改造工作完成。

这里所述油料储罐可以是车载罐、加油站的地面或地下罐，也可以是石油液化气的地面储罐。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种防腐型阻燃防爆材料，由切缝并扩展后的铝合金箔网制成，具有蜂窝状的多孔结构，其特征在于：铝合金箔的化学成分重量百分比为：硅0.6％，铁0.7％，铜0.2％，锰1.0-1.6％，镁10-15％，锌0.1％，钛0.2-0.5％，铬0.35-1.0％，镍0.35-1.0％，锆0.2-0.5％，钽0.2-0.5％，铝为余量。

2.根据权利要求1所述的防腐型阻燃防爆材料，其特征在于：铝合金箔的化学成分重量百分比为：硅0.60％，铁0.70％，铜0.20％，锰1.0-1.6％，镁12％，锌0.10％，钛0.2-0.5％，铬0.5-1.0％，镍0.8％，锆0.35％，钽0.35％，余量为铝。

3.一种由权利要求1或2所述的防腐型阻燃防爆材料制作的防爆填料的制作及安装方法，其特征在于：

(1)、检验防腐型阻燃防爆材料卷材的材质；

(2)、在轧制和切割设备上对防腐型阻燃防爆材料的卷材进行轧制和切割，轧制厚度为0.01～0.03MM；按照间距为2MM，每个切口的宽度为6～10MM，切口与切口间距2.5MM的比例切割，隔行的切口相对应，然后拉伸形成多孔蜂窝状结构；

(3)、对油料储罐罐体的整体内表面进行防腐处理；

(4)、将轧制、切割好的多孔蜂窝状结构卷制成卷材，再填充油料储罐罐体的整体内部。