第五章 非金属结构材料耐蚀特性

1、1 1、溶胀、溶解与渗透、溶胀、溶解与渗透2 2、化学腐蚀、化学腐蚀1 1）氧化）氧化聚二烯烃聚二烯烃 聚丙烯聚丙烯 低密度聚乙烯低密度聚乙烯 高密度聚乙烯高密度聚乙烯2 2）水解）水解3 3、应力腐蚀开裂、应力腐蚀开裂4 4、老化（耐侯性）、老化（耐侯性）紫外线紫外线红外线红外线水分水分雨雪雨雪1 1）硬聚氯乙烯塑料：）硬聚氯乙烯塑料：nCHnCH2 2 CHCl CHCl CHCH2 2-CHCl-CHCln n材料的溶材料的溶解性和渗解性和渗透性增加透性增加聚合物裂解聚合物裂解交联交联氧化产物降解氧化产物降解交联（老化）交联（老化）p常用耐腐蚀部件和设备：常用耐腐蚀部件和设备：贮槽、塔设

2、备、电除雾器、离心泵、风机、管道、贮槽、塔设备、电除雾器、离心泵、风机、管道、管件及阀门等管件及阀门等p研制开发改性的聚氯乙烯：研制开发改性的聚氯乙烯： FR-PVCFR-PVC C-PVC C-PVC 玻璃钢增强玻璃钢增强PVCPVCPVCPVC使用实例见使用实例见P104P1042 2、硬聚氯乙烯设备结构设计、硬聚氯乙烯设备结构设计特点特点p 根据根据PVCPVC材料的特性和具体使用条件确定材料的特性和具体使用条件确定许用应力许用应力 和和安全系数安全系数。p 以以长期拉伸强度长期拉伸强度作为计算许用应力的依据。作为计算许用应力的依据。p 焊缝系数焊缝系数0.850.850.950.95，

3、一般取，一般取0.60.6。p 采用单面或双面加强焊提高焊缝强度、保护焊缝。采用单面或双面加强焊提高焊缝强度、保护焊缝。p 焊缝尽可能错开（多块板材）。焊缝尽可能错开（多块板材）。p顶盖和筒体结构应采取措施顶盖和筒体结构应采取措施加强刚性加强刚性，防止变形。，防止变形。p 避免避免焊缝本体和焊缝边线的母材焊缝本体和焊缝边线的母材断面的剧烈断面的剧烈变化变化。p 考虑到材料的膨胀系数，金属加强构件与塑考虑到材料的膨胀系数，金属加强构件与塑料设备之间允许相对自由位移；长管道，料设备之间允许相对自由位移；长管道，加膨加膨胀结胀结。p 利用利用PVCPVC的热塑性，管道之间采用的热塑性，管道之间采用热

4、胀承插热胀承插的结构的结构连接。连接。p 因因PVCPVC强度的原因，强度的原因，设备不能承受过大的载设备不能承受过大的载荷。荷。 3 3、其他塑料、其他塑料（1 1）聚丙烯塑料（）聚丙烯塑料（PPPP）p 具有良好的耐蚀性、耐溶剂性、耐热性（具有良好的耐蚀性、耐溶剂性、耐热性（PVCPVC）。）。p 可以采用热塑性塑料的加工方法、可以焊接。可以采用热塑性塑料的加工方法、可以焊接。p 常用于制作化工管道、贮槽、衬里等。常用于制作化工管道、贮槽、衬里等。p 石墨改性石墨改性PPPP，可做，可做PPPP换热器。换热器。p 线膨胀系数线膨胀系数PPPP =3 =3线膨胀系数线膨胀系数PVCPVCp

5、杨氏模量杨氏模量PPPP=1/8 =1/8 杨氏模量杨氏模量PVCPVC热膨胀和热膨胀和刚性问题刚性问题 (2) (2) 氟塑料：氟塑料：p 含含 F F 原子的塑料的总称。原子的塑料的总称。p 具有耐蚀、耐热、自润滑性。具有耐蚀、耐热、自润滑性。 聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFEPTFE，F-4F-4） 聚三氟氯乙烯（聚三氟氯乙烯（PCTFEPCTFE， F3F3） 聚全氟乙丙烯（聚全氟乙丙烯（FEPFEP，F46F46） 聚四氟乙烯聚四氟乙烯（PTFE，F - 4） CF2 - CF2 nl高化学惰性高化学惰性l耐蚀性耐蚀性l耐热性耐热性l耐老化性耐老化性l机械强度、刚性低机械强度、刚性低

6、l线膨胀系数大线膨胀系数大l导热性差导热性差l熔点高，成型加工困难熔点高，成型加工困难l难粘结或焊接难粘结或焊接用做摩擦件和密封件，用用做摩擦件和密封件，用在高温或强腐蚀场合在高温或强腐蚀场合 聚三氟氯乙烯聚三氟氯乙烯（PCTFE， F 3） 聚全氟乙丙烯聚全氟乙丙烯（FEP，F 46） CF2 - CF nCl-CF2-CF2- x - CF-CF2-y-n FEP 熔点熔点 PTFE熔点熔点加工成型加工成型性优于聚性优于聚四氟乙烯四氟乙烯加工成型加工成型性优于聚性优于聚四氟乙烯四氟乙烯（3 3 ）氯化聚醚塑料）氯化聚醚塑料p 结晶结晶p 大分子结构中存在醚键大分子结构中存在醚键p 具有较高

7、的耐蚀性。具有较高的耐蚀性。p 热塑性塑料加工成型热塑性塑料加工成型p 用做涂层和衬里用做涂层和衬里 （4 4）聚苯硫醚塑料）聚苯硫醚塑料PPSPPSp耐热耐热p机械性能高机械性能高p热塑性塑料加工成型热塑性塑料加工成型p用做耐蚀和耐热的阀用做耐蚀和耐热的阀门、泵、密封环门、泵、密封环p主要用于防腐涂层主要用于防腐涂层5. 3. 1 5. 3. 1 陶瓷陶瓷（一）陶瓷的耐蚀性的影响因素：（一）陶瓷的耐蚀性的影响因素： 材料的化学成分材料的化学成分 矿物学组成矿物学组成 孔隙孔隙 结构类型结构类型 高温下材料性质的变异高温下材料性质的变异 腐蚀介质的性质腐蚀介质的性质与与酸的种类酸的种类无关；无

8、关； 主要取决于酸的主要取决于酸的电离度电离度和和粘度粘度： 电离度电离度、粘度、粘度，腐蚀作用，腐蚀作用SiCSiC及及SiSi3 3N N4 4 也会被也会被HFHF和和H H3 3POPO4 4腐蚀。腐蚀。（二）陶瓷材料的特性指标：（二）陶瓷材料的特性指标： 一般通过一般通过实验直接实验直接测定测定 接触强腐蚀介质的：塔器；贮槽；泵；风机；接触强腐蚀介质的：塔器；贮槽；泵；风机； 悬塞；管道；管件悬塞；管道；管件n 容器的壳体：圆筒形或球形，器壁厚度：容器的壳体：圆筒形或球形，器壁厚度：n 设备的底：可设计成蝶形、半球形、设备的底：可设计成蝶形、半球形、平底平底平底的厚度；平底的厚度；内

9、外转角的内外转角的半径半径n 设备的顶盖：一般采用蝶形、椭圆形、半球形设备的顶盖：一般采用蝶形、椭圆形、半球形n 设备的支座：尽可能设计成裙式支座，四周开设设备的支座：尽可能设计成裙式支座，四周开设 透气孔透气孔n 滤板：设计成拱形滤板：设计成拱形n 连接结构：承插结构、活套法兰连接（内压设备）连接结构：承插结构、活套法兰连接（内压设备）n 输送热介质的管道：设置补偿装置输送热介质的管道：设置补偿装置 教材教材 P111 P111 石英玻璃石英玻璃 主要用于制作实验室仪器、高纯物料提纯设备主要用于制作实验室仪器、高纯物料提纯设备 高硅氧玻璃：是石英玻璃的替代品高硅氧玻璃：是石英玻璃的替代品:

10、95% SiO2 硼硅酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃: 79% SiO2+ 124% B2O3 实验室玻璃仪器、蒸馏塔、吸收塔、泵、换热器、实验室玻璃仪器、蒸馏塔、吸收塔、泵、换热器、 管道、法兰、阀门等管道、法兰、阀门等( (7075% SiO2+ 15% Al2O3+ 10%(K2O、Na2O)用于修筑：盐酸、硝酸的处理槽、贮槽、吸收塔、用于修筑：盐酸、硝酸的处理槽、贮槽、吸收塔、 电解池电解池制造碘、溴的装置制造碘、溴的装置砌做耐酸的地坪、沟槽和基底等砌做耐酸的地坪、沟槽和基底等使用范围与花岗岩类似，衬砌施工比花岗岩方便使用范围与花岗岩类似，衬砌施工比花岗岩方便是用玄武岩、辉绿岩及某些工业渣进行配

11、料熔化、是用玄武岩、辉绿岩及某些工业渣进行配料熔化、铸造成型的人工石材铸造成型的人工石材（一）碳（一）碳-石墨制品的制造石墨制品的制造填塞孔隙填塞孔隙合成树脂、水玻合成树脂、水玻璃、低熔点金属璃、低熔点金属无烟煤、焦无烟煤、焦炭、石油焦炭、石油焦浇铸石墨浇铸石墨压制石墨压制石墨（二）碳（二）碳-石墨的性能与应用石墨的性能与应用 碳碳-石墨制品大多为无石墨制品大多为无 定型碳和石墨晶体之间定型碳和石墨晶体之间 的介晶体碳的介晶体碳 碳碳-石墨制品的性质随石墨制品的性质随 石墨化的程度不同，性石墨化的程度不同，性 能差异较大能差异较大 除强氧化性酸外，具有除强氧化性酸外，具有 很高的化学稳定性很高

12、的化学稳定性（二）碳（二）碳-石墨的性能与应用石墨的性能与应用 高导热性和低热膨胀系数高导热性和低热膨胀系数 石墨具有优良的自润滑特性石墨具有优良的自润滑特性 导电性导电性 除强氧化性酸外，具有很高除强氧化性酸外，具有很高 的化学稳定性的化学稳定性（二）碳（二）碳-石墨的性能与应用石墨的性能与应用 浸渍石墨的机械强度显著提浸渍石墨的机械强度显著提 高，导热性和热膨高，导热性和热膨 系数变系数变 化不大化不大压制和浇注石墨导热性下降，压制和浇注石墨导热性下降， 热膨胀系数提高热膨胀系数提高（二）碳（二）碳-石墨的性能与应用石墨的性能与应用不透性石墨：盐酸、氯碱、次氯酸钠、磷酸、醋酸不透性石墨：盐

13、酸、氯碱、次氯酸钠、磷酸、醋酸 以及农药的生产中以及农药的生产中n 热交换器（列管式、喷淋式、块孔式、板室式）热交换器（列管式、喷淋式、块孔式、板室式）n 吸收塔吸收塔n 盐酸合成炉盐酸合成炉n 离心泵离心泵n 管子、管件管子、管件n 旋塞等旋塞等n 密封环和滑动轴承密封环和滑动轴承（三）新型碳素材料（三）新型碳素材料（1）膨胀石墨）膨胀石墨(柔性石墨、可挠性石墨）：柔性石墨、可挠性石墨）：n 优良的热稳定性优良的热稳定性n 高导热率（各向异性）高导热率（各向异性）n 耐蚀耐蚀n 可压缩性可压缩性n 回弹性回弹性 特别适用于陶瓷、玻璃特别适用于陶瓷、玻璃 设备或接管法兰面的密封设备或接管法兰面

14、的密封 广泛用做阀门、泵、压广泛用做阀门、泵、压 力容器、热交换器的密封力容器、热交换器的密封（三）新型碳素材料（三）新型碳素材料（2）碳纤维及其复合材料）碳纤维及其复合材料n 弥补了普通弥补了普通C素材料的弱点（脆性），具有很高素材料的弱点（脆性），具有很高 的比强度、比刚度；的比强度、比刚度；n C纤维导热性低，用做感应炉或电阻炉的热屏蔽纤维导热性低，用做感应炉或电阻炉的热屏蔽 材料；材料；n 石墨化纤维导热率较高，可做为发热元件（真石墨化纤维导热率较高，可做为发热元件（真空、空、 惰性气体中：惰性气体中：2500）；）；（三）新型碳素材料（三）新型碳素材料（2）碳纤维及其复合材料）碳纤维

15、及其复合材料n 石墨纱经四氟乙烯浸渍，作为输送腐蚀介质的石墨纱经四氟乙烯浸渍，作为输送腐蚀介质的化化 工泵的填料密封，密封性好，使用寿命长工泵的填料密封，密封性好，使用寿命长n 碳纤维复合材料：碳纤维碳纤维复合材料：碳纤维/树脂、碳纤维树脂、碳纤维/金属、金属、 碳纤维碳纤维/碳碳n 高比强度、高比钢度、耐蚀高比强度、高比钢度、耐蚀n 碳纤维碳纤维/树脂应用最多树脂应用最多（三）新型碳素材料（三）新型碳素材料（3）热解碳）热解碳n 是一种具有特殊结构和性能的气相沉积碳是一种具有特殊结构和性能的气相沉积碳n CH4、C3H8、C2H2、液化石油气在灼热基体、液化石油气在灼热基体 表面热分解制得表

16、面热分解制得n 晶体结构既不属于石墨也不属于无定型晶体结构既不属于石墨也不属于无定型Cn 制品具有很大的各向异性制品具有很大的各向异性（三）新型碳素材料（三）新型碳素材料（3 3）热解碳）热解碳制品择优取向度的程度与沉积温度、碳氢化合物浓度制品择优取向度的程度与沉积温度、碳氢化合物浓度等有关等有关 3000：石墨晶体；：石墨晶体； 20002200：各向异性大，制品密度高；：各向异性大，制品密度高； 15001700：趋于各向同性，制品密度小；：趋于各向同性，制品密度小； 环氧树脂环氧树脂和聚酯树脂，不耐碱腐蚀和聚酯树脂，不耐碱腐蚀马丁耐热度为马丁耐热度为120，最高为，最高为 150 （不受

17、力）（不受力）具有较大的收缩率和气孔率具有较大的收缩率和气孔率环氧环氧-酚醛树脂酚醛树脂使材料的耐酸、碱，耐热以及收缩率、使材料的耐酸、碱，耐热以及收缩率、粘结性等性能得到综合提高粘结性等性能得到综合提高分子中含有呋喃环的高聚物称为呋喃树脂分子中含有呋喃环的高聚物称为呋喃树脂 具有良好的耐酸、耐碱性能具有良好的耐酸、耐碱性能 可在酸碱交替的环境中使用可在酸碱交替的环境中使用 不耐氧化性酸和其他氧化性介质的腐蚀不耐氧化性酸和其他氧化性介质的腐蚀耐溶剂性和耐热性较好耐溶剂性和耐热性较好 塑性差易脆裂塑性差易脆裂 与金属的粘结能力差与金属的粘结能力差聚酯：多元醇与多元酸形成的缩聚物的总称聚酯：多元醇

18、与多元酸形成的缩聚物的总称 不耐氧化性介质、易老化不耐氧化性介质、易老化 在碱和热酸的作用下，发生水解在碱和热酸的作用下，发生水解成型工艺性能良好成型工艺性能良好制品致密性好制品致密性好制造玻璃钢主要用不饱和聚酯制造玻璃钢主要用不饱和聚酯(二二) 玻璃钢的耐蚀特性玻璃钢的耐蚀特性（1）玻璃钢的强度和使用温度）玻璃钢的强度和使用温度 力学性能的最大特点：比强度高力学性能的最大特点：比强度高 相对密度是碳钢的相对密度是碳钢的1/31/31/41/4， 比强度是碳钢的比强度是碳钢的2 23 3倍倍 玻璃钢的导热系数仅为钢的玻璃钢的导热系数仅为钢的1/1002/1000 不适合做传热设备不适合做传热设

19、备热膨胀系数较树脂大为减小热膨胀系数较树脂大为减小 固化成型后尺寸比较稳定，不会因温度变化发生较固化成型后尺寸比较稳定，不会因温度变化发生较 大的形变大的形变 (二二) 玻璃钢的耐蚀特性玻璃钢的耐蚀特性 （2）玻璃钢的耐化学腐蚀特性）玻璃钢的耐化学腐蚀特性 玻璃钢的耐蚀性主要取决于树脂玻璃钢的耐蚀性主要取决于树脂 腐蚀过程是腐蚀介质或溶剂的渗透引起树脂溶胀、腐蚀过程是腐蚀介质或溶剂的渗透引起树脂溶胀、溶解、水解、或受热氧化降解及热分解作用而导致的溶解、水解、或受热氧化降解及热分解作用而导致的树脂结构的破坏树脂结构的破坏（3）玻璃钢的耐老化性能）玻璃钢的耐老化性能酚醛树脂老化最严重；酚醛树脂老化最严重；防腐用的玻璃钢在自然环境中可使用防腐用的玻璃钢在自然环境中可使用5-75-7年年老化对机械强度影响较小，弹性模量缓慢降低老化对机械强度影响较小，弹性模量缓慢降低(三三) 玻璃钢设备的结构设计特点玻璃钢设备的结构设计特点（1）层间结构：）层间结构：内层内层: 耐腐蚀层耐腐蚀层 厚度：厚度：0.50.51.5mm1.5mm；树脂：；树脂：90%90%过渡层过渡层: 中间防渗层中间防渗层 厚度：厚度：2 22.5mm2.5mm；胶量：；胶量：505070%70%增强层增强层: