设备腐蚀与控制技术

设备腐蚀与控制技术(八)耐蚀非金属材料及应用一、耐蚀塑料1.高分子热塑性塑料(1)聚氯乙烯(PVC) 聚氯乙烯塑料是以PVC树脂为主要原料，加入其它添加剂，经过捏和、混炼、加工成型等过程制得。

根据增塑剂的加入量的不同，分硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯两大类。

硬聚氯乙烯具有较高的机械强度和刚度，一般可以用作结构材料。

它具有优良的耐化学腐蚀性，当温度低于50℃时，除强氧化性酸外，耐各种浓度的酸、碱、盐类的侵蚀。

在芳香烃、氯化烃和酮类介质中，硬PVC溶解或溶胀，但不溶于其它有机溶剂。

其耐热性常用马丁耐热温度表示，为65℃。

实际使用中的硬PVC塑料的使用温度常根据其使用条件的不同而不同，如介质腐蚀性越强，使用温度越低。

另外，作为受力构件使用时，应力越高，使用温度下降。

硬PVC 塑料由于其一定的机械性、优良的耐化学腐蚀性，更因为其来源广泛，价格便宜，且比重轻，吊装方便，焊接、成型性能良好，易加工，而成为化工、石油、染料等工业中普遍使用的一种耐腐蚀材料。

硬PVC塑料常用来作塔器、储槽、排气筒、泵、阀门及管道。

由于硬PVC 线膨胀系数较大，较高的温度会造成较大的应力，因而在设计PVC设备、管道及固定安装时，必须考虑这一特点。

软PVC由于加入大量的增塑剂，质地较软，强度低，刚性差，耐热性不如硬PVC，耐化学性与硬PVC近似，主要用于制造密封垫片、密封圈及软管，还适用于大型设备衬里。

(2)聚丙烯(PP) PP树脂根据合成过程中使用催化剂的不同，所得分子结构有所不同。

其耐蚀性、物理机械性及耐热性等与其结晶性有密切的关系。

一般来说，结晶度越高，耐蚀性越好。

它对于无机酸碱盐化合物，除氧化性的介质外，接近100℃无破坏作用。

室温下，PP在大多数有机溶剂中不溶解。

某些氯化烃、芳烃和高沸点脂肪烃能使PP溶解。

且溶胀度因温度升高而升高。

聚丙烯耐热性较高，在熔点以下，材料具有很好的结晶结构。

其使用温度为110℃～120℃，无外力时，可达到150℃。

PP的高度结晶性，使其具有较好的机械强度，常温下，可用作结构材料，但其刚性因温度升高而降低较大，因而在高温下，不宜作结构设备。

与PVC比较，当温度大于80℃时，PVC 已完全失去强度，而PP仍可保持一定的强度，作为耐蚀材料使用。

PP常用于化工管道、储槽、衬里等。

在实际使用安装时，因其热膨胀系数较大，需考虑安装热补偿器，另外，采用无机填料增强PP，可提高其强度、抗蠕变性。

如使用玻纤增强PP 制造保尔环及阶梯环。

若用石墨改性，可制成石墨换热器。

(3)氟塑料含氟原子的塑料总称氟塑料。

由于分子结构中含有氟原子，使聚合物具有极为优良的耐蚀性、耐热性、电性能和自润滑性。

主要品种有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯。

聚四氟乙烯具有高热稳定性，可在200℃下长期使用；有优异的耐化学腐蚀性，除熔融的碱金属或其氨溶液、三氟化氯及元素氟在高温下对它发生作用外，其它任何浓度的强酸、强碱、强氧化剂和溶剂对它都不起作用。

另外，聚四氟乙烯的另一大特点是由于聚四氟乙烯分子间作用力小，表面能低，具有高度的不粘性，很好的润滑性，常用于轴承、活塞环等润滑部件。

聚四氟乙烯的机械强度一般，其优点体现在高低温下的机械强度。

但蠕变现象严重，刚性低，不易作刚性材料。

聚四氟乙烯的主要缺点是其成型加工困难，不能用一般热塑性塑料的成型加工方法来加工，只可采用类似粉末冶金的方法把聚四氟乙烯粉末预压成型，再烧结成型。

聚四氟乙烯主要用于衬里材料，其不粘性使其衬里工艺较困难，可采用深层或板衬形式。

一般用于管道、管件、阀门、泵、容器、塔等设备衬里防腐。

其它氟塑料由于分子结构上不全为氟原子组成，因而其耐蚀性、耐热性比聚四氟乙烯稍差。

但其加工性要优于聚四氟乙烯，可用一般塑料加工方法加工，用于制作泵、阀、棒、管等，还可用于设备的防腐涂层。

(4)氯化聚醚氯化聚醚是一种线型高结晶度热塑性塑料，具有较高的耐热性及耐蚀性。

耐蚀性仅次于聚四氟乙烯，除强氧化剂及酯、酮、苯胺等极性大的溶剂外，能耐大部分酸、碱和烃、醇类溶剂以及油类的作用。

其耐磨性好，尺寸稳定性好。

其抗拉强度与其特性粘度η有关。

［η］≥1.2，可用作结构材料；［η］在0.8～1.2之间，用作涂层。

其加工方法可用一般的加工方法，注射、挤出、模压、焊接、喷涂都可。

氯化聚醚在化工中除了可以加工成管、板、棒及相应的零件外，还常用于涂层和衬里。

(5)聚苯硫醚聚苯硫醚是一种较好的耐高温、耐蚀工程塑料，其耐热性可与聚四氟乙烯、聚酰亚胺媲美，250℃下可长期使用。

线形聚苯硫醚加热或化学交联后，可在290℃下使用，其机械强度高于氯化聚醚，特别是高温机械强度好，抗蠕变性优良。

175℃以下，不溶于所有溶剂，250℃～300℃不溶于烃、酮、醇等，耐酸、碱作用，但不耐强氧化剂的酸，也不耐氟、氯、溴介质的腐蚀。

聚苯硫醚的主要加工方法有注射、压制、喷涂等，可压制成棒材、板，再制成相应的零件。

另外，还可用热压的方法制作金属泵、阀等的衬里。

目前，国内多采用它作防腐材料。

2.热固性增强塑料热固性增强塑料是一种以合成树脂为基体，以纤维质为骨架的复合材料。

由于它具有重量轻、强度高、耐腐蚀、成形性好、适用性强等优异性能，已成为化工防腐工程中不可缺少的材料之一。

热固性增强塑料的强度主要由骨架材料纤维质承受，合成树脂粘附于纤维骨架，是传递力的介质。

增强塑料的性质不仅取决于骨架纤维材料、合成树脂，还与树脂与纤维的粘结性有关。

增强塑料的树脂与纤维界面间粘结性决定了其物理化学性能，纤维表面因为拉丝的需要，沾有石蜡等浸润剂，会严重影响玻纤与合成树脂的粘结力。

因此，玻纤表面的处理是改善纤维与树脂间粘结性的关键。

工程中常采用偶联剂对玻璃纤维进行表面处理，目的是使增强塑料界面粘合从物理结合变为化学结合，以提高纤维与树脂的粘结力，从而使复合材料具有较高的刚性及强度。

(1)增强塑料常用合成树脂①酚醛树脂酚醛树脂是酚类化合物与醛类化合物在催化剂的作用下，缩合而成的一类化合物的总称。

其特点是耐化学性好，在非氧化性的酸中稳定。

但不耐碱及氧化性酸。

耐热性较好，其马丁耐热温度为120℃。

为了克服酚醛树脂耐碱性差的缺点，可引入α，γ-二氯丙醇。

另外，根据施工的需要，还常引入稀释剂如苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇等来调节树脂粘度。

②呋喃树脂呋喃树脂种类较多，一般分为以糠醇为基础单体合成的糠醇系呋喃树脂、以糠醛为基础单体合成的糠醛系呋喃树脂及改性呋喃树脂三大类。

呋喃树脂具有良好的耐酸、耐碱性，可在酸、碱交替的介质中使用，但对强氧化性酸如浓H2SO4、HNO3及其它氧化性介质不耐蚀。

呋喃树脂由于固化程度较高因而具备良好的耐溶剂性及耐热性，其耐热温度可达180℃～190℃。

呋喃树脂性脆，可通过加入增塑剂如苯二甲酸二丁酯，或其它树脂如环氧树脂来加以改性。

呋喃树脂的另一个特点就是对光滑无孔的基材粘结性差，而对多孔表面材料有好的浸渍渗透和粘结性。

③环氧树脂环氧树脂是含有环氧基的高聚物的统称。

环氧树脂种类很多，但在防腐工程中使用最广泛的是环氧氯丙烷与双酚A。

环氧树脂化学性质稳定，耐稀酸、碱，但在浓碱及加热情况下易为碱所分解。

其机械强度主要体现为抗弯强度较高，具有柔韧性。

另外，由于环氧树脂含有许多强极性基，因而具有很强的粘结力，可粘结金属、非金属与多种材料，因而广泛用于玻璃钢、粘结剂、涂料等。

环氧树脂的耐热温度(马丁耐热温度)为105℃～130℃，使用温度应根据实际应用条件而确定，如在酸碱浓度较高的环境下，其使用温度大大下降，只可在常温下使用，在非腐蚀性条件下，固化物使用温度大于100℃。

④不饱和聚酯不饱和聚酯是聚酯树脂的一类。

它是由不饱和二元酸及其酸酐或饱和多元酸及其酸酐与二元醇经缩聚而成的合成树脂。

不饱和聚酯的最大优点就是成型工艺优良，固化后的综合性能良好。

其力学性能介于环氧与酚醛之间。

不饱和聚酯不耐氧化性介质，耐碱、耐溶剂性能差，耐温性较差，且随温度的上升，老化加速，这些缺点可通过在树脂结构中引入其它单体加以改进。

(2)增强塑料成型工艺①手糊法在基体或表面上以手工辅衬玻璃纤维制品并同时涂刷树脂而迭合成型的。

这种方法操作简易，无需复杂的专用设备，且不受制品尺寸限制，因而在防腐工程上应用广泛。

常用在非标准大型玻璃钢化工容器的制备。

缺点是制品机械强度低，质量不稳定，生产效率低。

②缠绕法将玻璃布或玻璃纤维浸润树脂后，在常温或加温的条件下，用手工或机械的方法将其缠绕在模具或被衬物的表面上经固化而成。

润湿后的玻璃纤维制品可趁湿缠绕，也可经烘干再缠绕。

这种方法生产的制品比强度高，质量稳定，易于实现机械化施工，适宜于制备如管道、容器、氧气瓶等圆筒形制品。

缺点是需要专业的缠绕设备，且施工局限性大，不易制作形状复杂的零部件。

③模压法在金属模具内，将已预先处理好的浸有树脂并经烘干的玻璃纤维制品叠合，或浸有树脂的玻璃纤维叠合，然后经加温加压成型。

此法制得的产品机械强度高，尺寸准确，质量稳定，且可制作较复杂结构。

适用于压制法兰、管件等小型零件，也可用来制作泵、阀等。

但难以制作大型的玻璃钢制品。

④喷射法利用喷枪将树脂和固化剂喷射成细粒，并与由喷射器上的切割装置喷射出来的短纤维混合，随即喷涂于模具上，再经滚压而成。

此法制得的制品质量稳定，生产效率高，但需特殊的喷射装置，树脂耗量大，劳动条件差，产品的机械强度也较低，目前应用较少。

无论采用上述哪种工艺，都要求玻璃纤维要均匀分布；树脂要适量且均匀，树脂含量过多，则强度降低，树脂含量过低，玻纤暴露，耐蚀性下降。

二、不透性石墨不透性石墨材料是非金属材料中唯一具有优良导电、导热性能的材料，其线膨胀系数较其它材料小，化学稳定性高，且具有良好的机械加工性能，因此不透性石墨常用来制作传热、传质设备，反应设备及流体输送设备。

用不透性石墨制成的传热设备，由于传热效率高，耐蚀性好，使用最为广泛。

石墨板未浸渍前较疏松，机械强度低，加工易破坏，且不易保证加工精度，经不透性处理后，不透性石墨的强度都较石墨本身高。

不透性石墨可进行各种机械加工，如车、刨、锯、钻、铣等。

不透性石墨的耐蚀性与耐热性由合成树脂和石墨共同确定。

石墨本身在450℃以下对大多数腐蚀介质具有很高的稳定性，但在空气中，温度高于450℃～500℃时，开始氧化。

1.浸渍石墨浸渍石墨是由人造石墨经合成树脂或其它组分浸渍制取的。

人造石墨在成型烧结过程和石墨化过程中会挥发出低沸点组分，从而产生密布的微孔，经合成树脂浸渍将微孔填塞，所得浸渍石墨具有不透性。

浸渍石墨常用的浸渍剂有酚醛树脂、呋喃树脂、水玻璃、氟树脂等，其中以酚醛浸渍石墨最常用。

酚醛浸渍石墨具有良好的耐酸、耐溶剂性。

耐碱和氧化性酸较差，可加入1，3-二氯丙醇改进其耐碱性。

若经高温处理，树脂开始焦化，其耐酸、耐碱性提高，但机械强度下降。