非金屬結(jié)構(gòu)材料的耐蝕特性PPT課件

1、 非金屬材料有良好耐蝕性和某些特殊性，非金屬材料有良好耐蝕性和某些特殊性，原料來源豐富，價(jià)格低廉。但物理機(jī)械性能差，原料來源豐富，價(jià)格低廉。但物理機(jī)械性能差，施工技術(shù)施工技術(shù)、腐蝕機(jī)理尚不成熟。腐蝕機(jī)理尚不成熟。非金屬材料按性質(zhì)分為非金屬材料按性質(zhì)分為： （1）高分子材料，如塑料、橡膠、膠結(jié)材）高分子材料，如塑料、橡膠、膠結(jié)材料、涂料；料、涂料； （2）無機(jī)材料，如天然耐酸材料（花崗）無機(jī)材料，如天然耐酸材料（花崗巖）巖） 、 工程陶瓷、耐火材料、石墨、硅酸鹽工程陶瓷、耐火材料、石墨、硅酸鹽材料；材料； （3）復(fù)合材料，如玻璃）復(fù)合材料，如玻璃鋼鋼。1第1頁/共73頁課堂互動(dòng)2第2頁/共73頁

2、影響高分子材料老化的因素： 陽光 溫度 濕度 其他作用老化（耐侯性）老化（耐侯性）紫外線紫外線紅外線紅外線水分、雨雪 一、老化 化學(xué)解質(zhì)或在光、熱、應(yīng)力作用下高分子材料重量、體積、強(qiáng)度等性能發(fā)生質(zhì)變喪失使用性能的過程稱為“老化”。35-1 高分子材料腐蝕特性高分子材料腐蝕特性和影響因素和影響因素第3頁/共73頁影響老化的因素 （1 1）溫度：升高溫度，引起熱老化并促進(jìn)化學(xué)老化，增塑劑揮發(fā)等； （2）陽光：陽光下聚合物基團(tuán)吸收與它固有頻率相應(yīng)的紫外光波，使高聚物大分子中的化學(xué)鍵激發(fā)或價(jià)鍵斷裂產(chǎn)生自由基，在氧氣，水等存在下，發(fā)生進(jìn)一步裂解反應(yīng)； （3 3）濕度：大氣中水分子，雨雪使高分子材料發(fā)生溶

3、脹、水解、變形、表面龜裂； （4 4）其它作用：在光、熱作用下，大氣中氧氣、二氧化碳、硫化氫、二氧化硫與高分子材料反應(yīng)、裂解；風(fēng)、雨、雪、塵等對設(shè)備的沖刷作用。4第4頁/共73頁 滲透：高分子材料處于環(huán)境中，腐蝕性介質(zhì)通過材料滲透：高分子材料處于環(huán)境中，腐蝕性介質(zhì)通過材料 表面滲入內(nèi)部，同時(shí)，材料的可溶成分及腐蝕產(chǎn)物逆向擴(kuò)散表面滲入內(nèi)部，同時(shí)，材料的可溶成分及腐蝕產(chǎn)物逆向擴(kuò)散進(jìn)入介質(zhì)。進(jìn)入介質(zhì)。 溶脹溶脹: :相當(dāng)數(shù)量介質(zhì)小分子滲入高聚物內(nèi)部，引起高分相當(dāng)數(shù)量介質(zhì)小分子滲入高聚物內(nèi)部，引起高分子材料宏觀上體積和重量增加的現(xiàn)象稱為溶脹。子材料宏觀上體積和重量增加的現(xiàn)象稱為溶脹。具有交聯(lián)結(jié)具有交聯(lián)

4、結(jié)構(gòu)體型高聚物，只能交聯(lián)鍵伸直，難斷裂，發(fā)生溶脹。構(gòu)體型高聚物，只能交聯(lián)鍵伸直，難斷裂，發(fā)生溶脹。 溶解：溶解：如果大分子間無交聯(lián)鍵，溶脹可以一直進(jìn)行下去，如果大分子間無交聯(lián)鍵，溶脹可以一直進(jìn)行下去，大分子充分溶劑化后緩慢向溶劑擴(kuò)散，形成均勻溶液的過程大分子充分溶劑化后緩慢向溶劑擴(kuò)散，形成均勻溶液的過程稱為溶解稱為溶解。溶解性遵循溶解性遵循極性相似極性相似相溶相溶原則。線性高聚物溶脹原則。線性高聚物溶脹進(jìn)而溶解。進(jìn)而溶解。二、滲透 溶脹 溶解5第5頁/共73頁三、化學(xué)腐蝕氧化與水解 氧和水具有很大滲透能力和反應(yīng)活性氧和水具有很大滲透能力和反應(yīng)活性，反應(yīng)使主鍵斷裂。氧化和水解是高分子材料反應(yīng)使主

5、鍵斷裂。氧化和水解是高分子材料腐蝕破壞的常見反應(yīng)。腐蝕破壞的常見反應(yīng)。尤其溫度高于尤其溫度高于150150200200時(shí)。時(shí)。 烯烴類聚合物大分子鏈中，在雙鍵烯烴類聚合物大分子鏈中，在雙鍵位碳原子或連有三個(gè)碳原子的叔碳原子的氫，位碳原子或連有三個(gè)碳原子的叔碳原子的氫，結(jié)合力弱，易氧化形成氫過氧化物。結(jié)合力弱，易氧化形成氫過氧化物。 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕-氧化氧化6第6頁/共73頁 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕-氧化氧化 易氧化程度依次為：聚二烯烴聚丙烯低密度聚乙烯高密度聚乙烯。 烯烴大分子引入鹵素，雜鏈大分子抗氧化能力改善。7第7頁/共73頁 加聚反應(yīng)合成的產(chǎn)物的主鏈“CC”CC”共價(jià)鍵不易水解； 雜鏈高聚物

6、中雜原子與碳原子形成極性鍵易受到極性很大水分子攻擊。雜原子與碳原子鍵的極性越大，越易水解, ,在酸、堿催化作用下更易進(jìn)行； 高分子材料的水解基團(tuán)在酸堿介質(zhì)中的水解活化能越高，越不易水解； 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕-水解水解耐酸性介質(zhì)水解能力依次為：醚鍵耐酸性介質(zhì)水解能力依次為：醚鍵 酰胺鍵或酰酰胺鍵或酰亞胺鍵亞胺鍵 酯鍵酯鍵 硅氧鍵。硅氧鍵。耐堿性介質(zhì)水解能力耐堿性介質(zhì)水解能力: :酰胺鍵或酰亞胺鍵酰胺鍵或酰亞胺鍵 酯鍵。酯鍵。8第8頁/共73頁 大分子鏈及鏈段沿應(yīng)力方向移動(dòng)： 拉應(yīng)力作用下：材料的質(zhì)量，機(jī)械強(qiáng)度 正應(yīng)力作用下：材料的質(zhì)量增加趨勢四、應(yīng)力腐蝕 在某些條件下，高分子材料在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共

7、同作用下，介質(zhì)溶入材料內(nèi)部，應(yīng)力增大，耐腐蝕性能急劇下降，發(fā)生類似金屬應(yīng)力腐蝕破裂的現(xiàn)象，出現(xiàn)裂紋，并不斷發(fā)展直至脆斷。其規(guī)律： （1 1）拉應(yīng)力促進(jìn)腐蝕：材料受外加負(fù)荷或加工過程殘余應(yīng)力作用時(shí)， 9第9頁/共73頁 （2）蠕變和疲勞：長期靜負(fù)荷作用及交變應(yīng)力狀態(tài)下，腐蝕性介質(zhì)中，會(huì)發(fā)生蠕變和疲勞；蠕變強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度 （3）環(huán)境應(yīng)力開裂：受多向應(yīng)力或較大應(yīng)變作用下的高分子材料，在某些環(huán)境介質(zhì)中可能產(chǎn)生銀紋,發(fā)生環(huán)境應(yīng)力開裂。10第10頁/共73頁耐環(huán)境應(yīng)力開裂的能力與材料本性和介質(zhì)本性有關(guān)： 部分結(jié)晶的塑料，晶區(qū)有應(yīng)力集中，在晶區(qū)與非 晶區(qū)的交界處產(chǎn)生裂紋的傾向性就大； 應(yīng)力集中部位，環(huán)境應(yīng)力

8、開裂的可能性大； 分子量小、分布窄的高聚物比大分子量的易發(fā)生 開裂。p在具有中等溶脹能力的醇類、蓖麻油等活性介質(zhì) 中，材料易發(fā)生環(huán)境應(yīng)力開裂。 11第11頁/共73頁 聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯樹脂為主要原料，聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯樹脂為主要原料，加入增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、顏料劑等經(jīng)捏合、加入增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、顏料劑等經(jīng)捏合、混煉和成型加工過程而制的?；鞜捄统尚图庸み^程而制的。 按按100100份樹脂加份樹脂加30-7030-70份增塑劑的塑料，質(zhì)地柔份增塑劑的塑料，質(zhì)地柔軟，稱軟聚氯乙烯塑料。軟，稱軟聚氯乙烯塑料。 通常不加或加少量增塑劑（不超過通常不加或加少量增塑劑（不超過5 5份

9、）的稱硬份）的稱硬聚氯乙烯塑料。聚氯乙烯塑料。5-2 耐腐蝕高分子材料一、 聚氯乙烯12第12頁/共73頁 除強(qiáng)氧化劑（如濃度大于50%50%硝酸、發(fā)煙硫酸），芳香族、氯代碳?xì)浠衔铮ㄈ绫?、甲苯、氯苯）及酮類外，能耐大部分酸、堿、鹽類、碳?xì)浠衔铩⒂袡C(jī)溶劑等介質(zhì)腐蝕。 1.1.耐蝕性能： 分子結(jié)構(gòu)中不含有活性較大基團(tuán)，主鏈全是非極性共價(jià)鍵C-CC-C聯(lián)結(jié)而成，故具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。影響耐蝕性能因素：溫度、應(yīng)力、介質(zhì)。溫度、內(nèi)應(yīng)力越高腐蝕速率越快。13第13頁/共73頁材料的溶材料的溶解性和滲解性和滲透性增加透性增加聚合物裂解聚合物裂解交聯(lián)交聯(lián)氧化產(chǎn)物降解氧化產(chǎn)物降解交聯(lián)（老化）交聯(lián)（老化）1

10、4 與強(qiáng)氧化性介質(zhì)接觸，會(huì)被氧化，在光、熱或機(jī)械作用下易發(fā)生脫氯化氫反應(yīng)，導(dǎo)致降解和交聯(lián)、變硬、變脆亦發(fā)生“老化”。第14頁/共73頁2.2.應(yīng)用： 良好耐蝕性，一定機(jī)械強(qiáng)度，成型加工和焊接方便，所以應(yīng)用廣泛。可制作貯槽、塔設(shè)備、電除霧器、離心泵、風(fēng)機(jī)、管道、管件、閥門等。制成纖維布耐酸、耐堿、低價(jià)作濾布。P134P134表5-45-415n 根據(jù)根據(jù)PVC材料的特性和具體使用條件確定許用應(yīng)力材料的特性和具體使用條件確定許用應(yīng)力 和安全系數(shù)和安全系數(shù)。n 以長期拉伸強(qiáng)度作為計(jì)算許用應(yīng)力的依據(jù)以長期拉伸強(qiáng)度作為計(jì)算許用應(yīng)力的依據(jù)。n 焊縫系數(shù)焊縫系數(shù)0.850.95， 一般取一般取0.6 。3.

11、3.設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：第15頁/共73頁n 剛性較小，防止變形，頂蓋，筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用加強(qiáng)性措施； 16n 避免焊縫本體和焊縫邊線的母材斷面的劇烈變化避免焊縫本體和焊縫邊線的母材斷面的劇烈變化；第16頁/共73頁n 采用雙面或單面對接加強(qiáng)焊提高焊縫強(qiáng)度、保護(hù)焊縫；焊縫盡可能錯(cuò)開（多塊板材 ） ；17n 利用利用PVC的熱塑性，管道之間采用熱脹承插的結(jié)構(gòu)的熱塑性，管道之間采用熱脹承插的結(jié)構(gòu)連接連接。第17頁/共73頁n 考慮到材料的膨脹系數(shù)，金屬加強(qiáng)構(gòu)件與塑料設(shè)備考慮到材料的膨脹系數(shù)，金屬加強(qiáng)構(gòu)件與塑料設(shè)備 之間允許相對自由位移；之間允許相對自由位移；膨脹系數(shù)大，膨脹系數(shù)大，長管道，長管道，注意加

12、膨注意加膨脹節(jié)脹節(jié)；18n強(qiáng)度低不能承受過大附加載荷；第18頁/共73頁 具有具有良好的耐蝕性、耐溶劑性、耐熱性（良好的耐蝕性、耐溶劑性、耐熱性（PVC）可以采用熱塑性塑料的加工方法、可以焊接可以采用熱塑性塑料的加工方法、可以焊接 常用于制作化工管道、貯槽、襯里等常用于制作化工管道、貯槽、襯里等,石墨改性石墨改性PP，可做，可做PP換熱器換熱器。 線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)PP =3 線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)PVC 楊氏模量楊氏模量PP=1/8 楊氏模量楊氏模量PVC熱膨脹和熱膨脹和剛性問題剛性問題二、其它塑料但注意熱膨脹和剛性問題。191. 聚丙烯塑料（PP） ：第19頁/共73頁 聚四氟乙烯（聚四氟

13、乙烯（PTFE，F(xiàn) - 4） 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(xiàn) 46） 2. 氟塑料： 氟塑料是含氟原子的塑料總稱。具有優(yōu)良的腐蝕性、耐熱性、自潤滑性和電性能。20第20頁/共73頁 聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE，F(xiàn) - 4） CF2 - CF2 n高化學(xué)惰性高化學(xué)惰性耐蝕性耐蝕性耐熱性耐熱性耐老化性耐老化性l機(jī)械強(qiáng)度、剛性低機(jī)械強(qiáng)度、剛性低l線膨脹系數(shù)大線膨脹系數(shù)大l導(dǎo)熱性差導(dǎo)熱性差l熔點(diǎn)高，成型加工困難熔點(diǎn)高，成型加工困難l難粘結(jié)或焊接難粘結(jié)或焊接用做摩擦件和密封件，用在高溫或強(qiáng)腐蝕場合用做摩擦件和密封件，用在高溫或強(qiáng)腐蝕場合(

14、1)聚四氟乙烯(F-4)：穩(wěn)定性好、耐老化“塑料王”但注意機(jī)械強(qiáng)度低于其他塑料，剛性也比較低。21第21頁/共73頁 聚全氟乙丙烯（聚全氟乙丙烯（FEP，F(xiàn) 46）-CF2-CF2- x - CF-CF2-y-n FEP 熔點(diǎn)熔點(diǎn) PTFE熔點(diǎn)熔點(diǎn); 加工成型性優(yōu)于加工成型性優(yōu)于PTFE (3) (3)聚全氟乙丙烯(F-46)(F-46)：突出優(yōu)點(diǎn)是熔點(diǎn)低加工成型性優(yōu)。 (2) (2)聚三氟乙烯(F-3)(F-3)：較好耐蝕性，加工成型性優(yōu)。 聚三氟氯乙烯（聚三氟氯乙烯（PCTFE， F 3） CF2 - CF nCl加工成型性優(yōu)于聚四氟乙烯22第22頁/共73頁 熱塑性塑料加工成型熱塑性塑料

15、加工成型性優(yōu)性優(yōu) ,用做涂層和襯里用做涂層和襯里 。 3.3.氯化聚醚塑料： 結(jié)晶和大分子結(jié)構(gòu)中存在醚鍵，耐蝕性、耐溶劑性好，但對強(qiáng)氧化劑不耐，也不耐氯、氟、溴腐蝕。23熱塑性塑料加工成型熱塑性塑料加工成型優(yōu)優(yōu),用做耐蝕和耐熱的閥門、泵、用做耐蝕和耐熱的閥門、泵、密封環(huán)主要用于防腐涂層密封環(huán)主要用于防腐涂層 4.4.聚苯硫醚塑料(PPS)(PPS)： 耐熱性好，機(jī)械性能好，但耐蝕性差。第23頁/共73頁5-3 耐腐蝕無機(jī)非金屬材料（1 1）陶瓷的基本概念：陶瓷：（廣義）指金屬氧化物、碳化物、氮化物、硼化物，即所有固態(tài)無機(jī)材料統(tǒng)稱陶瓷。 （狹義）指一切金屬氧化物。以SiOSiO2 2為主體的陶瓷

16、，統(tǒng)稱硅酸鹽陶瓷。 特點(diǎn)：溶點(diǎn)高、耐高溫、強(qiáng)度 硬度高、耐氧化、耐腐蝕、高化學(xué)穩(wěn)定性。1.1.陶瓷的特性一、 陶瓷24第24頁/共73頁陶瓷的耐蝕性的影響因素：陶瓷的耐蝕性的影響因素： 材料的化學(xué)成分材料的化學(xué)成分 礦物學(xué)組成礦物學(xué)組成 孔隙孔隙 結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型 高溫下材料性質(zhì)的變異高溫下材料性質(zhì)的變異 腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)SiO2, Al2O3耐酸耐酸CaO, MgO 耐耐堿堿陶瓷的化學(xué)陶瓷的化學(xué)組分為各類組分為各類硅酸鹽硅酸鹽25第25頁/共73頁 （2）陶瓷材料的特性指標(biāo)：陶瓷材料的特性指標(biāo)： 26第26頁/共73頁吸水率：材料吸水前后重量之差與原重量之比。100100%GGW

17、GW W：吸水率； G G0 0：干燥件重量； G G1 1：試件被水飽和后的重量。不滲透性 是材料抵抗液體或氣體滲透的性能。 用水或腐蝕性溶液注滿壓力空間，施以一定壓力，在一定時(shí)間內(nèi)如果試件大氣側(cè)無明顯漏泄或液滴則可以認(rèn)為不滲透。孔隙率：材料中空隙體積與材料總體積之比?？障堵屎臀?27第27頁/共73頁 耐熱沖擊性能 是反映材料承受溫度劇變能力的指標(biāo)。 耐酸度 表示腐蝕性。21100%gKgK K：耐酸度；g g1 1：試驗(yàn)前材料重量；g g2 2：試驗(yàn)后材料重量。 28第28頁/共73頁 （3 3）化工陶瓷的應(yīng)用： 主要成分60%-70%SiO60%-70%SiO2 2和20%-30%

18、Al20%-30%Al2 2O O3 3少量K K2 2O O和NaNa2 2O O等，具有優(yōu)良耐腐蝕性，能耐除氫氟酸、硅氟酸、熱磷酸及濃堿外任何化工介質(zhì)。 可作塔器、貯槽、泵、風(fēng)機(jī)、懸塞、管、管件、襯里材料。29第29頁/共73頁 2.2.設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 化工陶瓷強(qiáng)度低，適于制作常壓、低壓設(shè)備。為保證坯體干燥，燒成過程中能自由伸縮，容器殼體設(shè)計(jì)成圓筒形、球形，器壁不能過薄，直徑不大于1.2m1.2m，高度不超過1.5m1.5m。 設(shè)備的底 蓋：為介質(zhì)易排凈，底設(shè)計(jì)成蝶形、半球形、平底，底與筒體連接內(nèi)外轉(zhuǎn)角半徑大于壁厚的1/31/3，頂蓋采用蝶形、橢圓形或半球形。30第30頁/共73頁 設(shè)備

19、的支座：盡可能設(shè)計(jì)成裙式支座，四周開設(shè)透氣孔，還可用凸圈式支承。 濾板：抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，濾板設(shè)計(jì)成拱形。31第31頁/共73頁 連接結(jié)構(gòu)：設(shè)備接管、管道、塔節(jié)間連接采用承插結(jié)構(gòu)或金屬活套法蘭連接（內(nèi)壓設(shè)備） 。32第32頁/共73頁 輸送熱介質(zhì)的管道：設(shè)置補(bǔ)償裝置。33第33頁/共73頁二、其他硅酸鹽材料 1. 1.玻璃 普通玻璃：主要成分是SiOSiO2 2和堿金屬氧化物（K K2 2O O，NaNa2 2O O），化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差。 石英玻璃：主要成分是高純SiOSiO2 2，線膨脹系數(shù)極小，耐熱性極高，具有良好耐蝕性，但熔制困難，成本高。主要用于制作實(shí)驗(yàn)室儀器、高純物料提

20、純設(shè)備。 高硅氧玻璃：含有95% SiO95% SiO2 2，線性膨脹系數(shù)小，耐熱性高，良好耐蝕性，制作工藝和成本高于普通玻璃，低于石英玻璃。是石英玻璃的替代品。 硼硅酸鹽玻璃：含有79% SiO79% SiO2 2，12%-14%B12%-14%B2 2O O3 3, ,少量AlAl2 2O O3 3和NaNa2 2O O，耐熱、硬質(zhì)、耐蝕、制作工藝性能好。用于制作實(shí)驗(yàn)室玻璃儀器、蒸餾塔、吸收塔、泵、換熱器、管道、法蘭、閥門等。34第34頁/共73頁( (7075% SiO2+ 15% Al2O3+ 10%(K2O、Na2O)用于修筑：鹽酸、硝酸的處理槽、貯槽、吸收塔、用于修筑：鹽酸、硝酸的

21、處理槽、貯槽、吸收塔、 電解池電解池制造碘、溴的裝置制造碘、溴的裝置砌做耐酸的地坪、溝槽和基底等砌做耐酸的地坪、溝槽和基底等產(chǎn)地不同產(chǎn)地不同的花崗巖，的花崗巖，性能差異性能差異較大較大 2. 2.花崗巖 是天然石材，含70%-75% SiO70%-75% SiO2 2，15%15%左右 AlAl2 2O O3 3和10%10%左右堿金屬氧化物（K K2 2O O，NaNa2 2O O）。主要礦相是長石和石英，少量礦相是云母和磁鐵礦，質(zhì)地致密，耐蝕。35第35頁/共73頁使用范圍與花崗巖類似，襯砌施工比花崗巖方便使用范圍與花崗巖類似，襯砌施工比花崗巖方便鑄石具有鑄石具有極高的耐極高的耐磨性磨性

22、3. 3.鑄石 是玄武巖、輝綠巖及工業(yè)渣配料溶化，鑄成人工石材，含約50% SiO50% SiO2 2，15%15%左右 AlAl2 2O O3 3，其余是堿金屬和鐵氧化物。耐酸、耐堿、耐磨、施工方便。36第36頁/共73頁在碳的同素異形體在碳的同素異形體中，無定形碳和石中，無定形碳和石墨的成品統(tǒng)稱為碳墨的成品統(tǒng)稱為碳素材料素材料具有一系列優(yōu)良的物理，化學(xué)性能，工業(yè)部門。5-4 碳石墨37第37頁/共73頁一、碳石墨制品制造 1. 1.天然石墨：是由含有大量有機(jī)質(zhì)的沉積碳或煤層含碳?xì)怏w，在地殼中受高溫、高壓作用，逐漸經(jīng)熱力變質(zhì)而成的，是一種非金屬礦物，呈黑色或剛灰色，形狀呈鱗片或葉片狀，純度低

23、，組織松散發(fā)滑。38第38頁/共73頁 2. 2.人工石墨：以無煙煤、焦炭、石油焦、瀝青等為主要原料，經(jīng)粉碎、篩分、成型、煅燒及石墨化等工藝過程制的產(chǎn)品。生產(chǎn)流程：無煙煤、焦炭、石油焦填塞孔隙合成樹脂、水玻璃、低熔點(diǎn)金屬39第39頁/共73頁 浸漬石墨的機(jī)械強(qiáng)度顯著提浸漬石墨的機(jī)械強(qiáng)度顯著提 高，導(dǎo)熱性和熱膨系數(shù)變高，導(dǎo)熱性和熱膨系數(shù)變 化不大化不大 3. 不透性石墨：不透性石墨：碳碳石墨經(jīng)浸漬劑石墨經(jīng)浸漬劑(合成樹脂、水玻璃或低熔點(diǎn)金屬合成樹脂、水玻璃或低熔點(diǎn)金屬)浸漬填塞浸漬填塞孔隙制成不透性石墨?？紫吨瞥刹煌感允?0第40頁/共73頁 1. 性能 （1）優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性能：對大部分酸

24、、堿、鹽、有機(jī)化合物介質(zhì)都是穩(wěn)定的，在強(qiáng)氧化劑中發(fā)生膨脹軟化而破壞; （2）優(yōu)良的導(dǎo)熱性能：石墨化程度越高，其傳熱性能越強(qiáng); （3）熱膨脹系數(shù)小,優(yōu)良耐熱沖擊性能：操作時(shí)溫度波動(dòng)不會(huì)炸裂； 壓制和澆注石墨導(dǎo)熱性下降，熱膨脹系數(shù)提高 （4）優(yōu)良的自潤滑特性：作減磨材料。二、 碳石墨性能與應(yīng)用41第41頁/共73頁 制備熱交換器、膜式吸收塔、鹽酸合成爐、塔設(shè)備（板式塔、填料塔）及流體輸送設(shè)備（離心泵、管子、旋塞）?；C(jī)械上作密封環(huán)、滑動(dòng)軸承。2. 應(yīng)用：主要利用石墨耐腐蝕性，耐磨性。不透性石墨：不透性石墨：在在鹽酸、氯堿、次氯酸鈉、磷酸、醋酸鹽酸、氯堿、次氯酸鈉、磷酸、醋酸 以及農(nóng)藥的生產(chǎn)中以及

25、農(nóng)藥的生產(chǎn)中作作n 熱交換器（列管式、噴淋式、塊孔式、板室式）熱交換器（列管式、噴淋式、塊孔式、板室式）n 吸收塔吸收塔n 鹽酸合成爐鹽酸合成爐n 離心泵離心泵n 管子、管件管子、管件n 旋塞等旋塞等n 密封環(huán)和滑動(dòng)軸承密封環(huán)和滑動(dòng)軸承42第42頁/共73頁膨脹石墨膨脹石墨(柔性石墨、可撓性石墨）：柔性石墨、可撓性石墨）：n高優(yōu)良的熱穩(wěn)定性高優(yōu)良的熱穩(wěn)定性n導(dǎo)熱率（各向異性）導(dǎo)熱率（各向異性）n 耐蝕耐蝕n 可壓縮性可壓縮性n 回彈性回彈性 特別適用于陶瓷、玻璃特別適用于陶瓷、玻璃 設(shè)備或接管法蘭面的密封設(shè)備或接管法蘭面的密封 廣泛用做閥門、泵、壓廣泛用做閥門、泵、壓 力容器、熱交換器的密封力

26、容器、熱交換器的密封材料材料 及隔熱保溫材料。及隔熱保溫材料。三、新型碳素材料 1. 膨脹石墨：天然鱗片石墨，凈化，酸洗，水洗，加熱爐中在1000左右下分解，氣化，模壓，輥壓，沖壓成制品。 制品質(zhì)地柔軟，高熱穩(wěn)定性，熱導(dǎo)性好，耐蝕，可壓縮性、回彈性好。43第43頁/共73頁 2. 碳纖維及復(fù)合材料 碳纖維：天然或人造纖維在一定條件下經(jīng)過加工和碳化而成。 耐熱、耐腐蝕、低導(dǎo)熱性，常將碳纖維織成碳布、碳?xì)钟米鞲袘?yīng)爐、電阻爐的熱屏蔽材料。 具有良好密封性，壽命長，常作密封填料。 碳纖維復(fù)合材料：碳纖維/樹脂、碳纖維/金屬、碳纖維/碳，碳纖維/樹脂應(yīng)用最多。高比強(qiáng)度、高比剛度、耐蝕。用作化工機(jī)械高速回

27、轉(zhuǎn)件，如離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓、泵的葉輪。44第44頁/共73頁n 彌補(bǔ)了普通彌補(bǔ)了普通C素材料的弱點(diǎn)（脆性），具有很高素材料的弱點(diǎn)（脆性），具有很高 的比強(qiáng)度、比剛度；的比強(qiáng)度、比剛度；n C纖維導(dǎo)熱性低，用做感應(yīng)爐或電阻爐的熱屏蔽纖維導(dǎo)熱性低，用做感應(yīng)爐或電阻爐的熱屏蔽 材料；材料；n 石墨化纖維導(dǎo)熱率較高，可做為發(fā)熱元件（真石墨化纖維導(dǎo)熱率較高，可做為發(fā)熱元件（真空、空、 惰性氣體中：惰性氣體中：2500）；）；n 石墨紗經(jīng)四氟乙烯浸漬，作為輸送腐蝕介質(zhì)的石墨紗經(jīng)四氟乙烯浸漬，作為輸送腐蝕介質(zhì)的化化 工泵的填料密封，密封性好，使用壽命長工泵的填料密封，密封性好，使用壽命長。碳纖維及復(fù)合材料45第45

28、頁/共73頁n石墨材料不能焊接、易機(jī)械加工，多采用膠結(jié)組合n大多采用平板、塊、管、條等進(jìn)行粘結(jié)組合； n多層板膠結(jié)時(shí)，膠結(jié)縫要錯(cuò)開（60）；4. 石墨設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)46第46頁/共73頁n接管與筒體的連接通常也用膠結(jié)的方法； n有時(shí)采用螺紋（螺紋牙）與膠粘劑并用的連接結(jié)構(gòu)；47第47頁/共73頁n筒體與筒體的連接通常也用膠結(jié)的方法；n 管子與管板連接采用錐形膠粘結(jié)構(gòu)；48第48頁/共73頁n設(shè)備或管道彼此間采用凸緣活套法蘭、頂蓋采用 平面法蘭；49第49頁/共73頁石墨與金屬材料組合設(shè)備，要考慮熱膨脹系數(shù)的影響浮頭式列管換熱浮頭式列管換熱器的熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)器的熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)n 與金屬組合制造設(shè)備，應(yīng)考慮

29、其不同的熱膨脹系數(shù)的影響，采用熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。50第50頁/共73頁5-5 樹脂基復(fù)合材料-玻璃鋼的耐蝕性玻璃鋼：玻璃鋼： 玻璃纖維（或玻璃纖維布）與熱固性樹脂組成的玻璃纖維（或玻璃纖維布）與熱固性樹脂組成的樹脂基復(fù)合材料稱為玻璃纖維熱固性增強(qiáng)塑料，俗稱樹脂基復(fù)合材料稱為玻璃纖維熱固性增強(qiáng)塑料，俗稱玻璃鋼。玻璃鋼。51第51頁/共73頁輕質(zhì)高強(qiáng)，耐蝕性優(yōu)，耐熱性好，線膨脹系數(shù)小，成型加工性好等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。性能與玻璃纖維及樹脂的種類、組成相的比例、組成相之間的結(jié)合強(qiáng)度有關(guān)玻璃鋼制品52第52頁/共73頁一、組成 1. 玻璃纖維：玻璃鋼的骨架。是將玻璃球置于電熱白金坩堝中，高溫加熱至熔融，通過坩堝

30、底部許多小孔流出，經(jīng)高速機(jī)械拉引而成直徑小于10的纖維。纖維束經(jīng)浸潤劑粘接成原紗，再根據(jù)需要制成捻紗或無捻紗制品。玻璃纖維分兩類： （1）無堿玻璃纖維 低堿硼硅玻璃：含堿低于0.5%，強(qiáng)度高，作增補(bǔ)材料； （2）有堿玻璃纖維：含堿量為8-15%鈉鈣玻璃，耐火、耐風(fēng)、電絕緣及機(jī)械強(qiáng)度差，但成本低。53第53頁/共73頁環(huán)氧基玻璃鋼常用樹脂的耐蝕特性玻璃鋼常用樹脂的耐蝕特性（1）環(huán)氧樹脂）環(huán)氧樹脂 凡分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基凡分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物統(tǒng)稱為環(huán)團(tuán)的高分子化合物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。氧樹脂。 2. 合成樹脂：影響玻璃鋼物理、化學(xué)性能。常用的熱固樹脂有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚酯

31、樹脂，其作用是將玻璃纖維粘接為一個(gè)整體，起傳遞載荷和防滲透作用，賦予玻璃鋼各種優(yōu)良綜合性能，如良好耐腐性，電絕緣性，施工工藝性等。54第54頁/共73頁 粘接性能優(yōu)異；環(huán)氧固化物具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性； 固化收縮率?。ㄒ话?環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂，不耐堿腐蝕聚酯樹脂，不耐堿腐蝕；馬丁耐熱度為馬丁耐熱度為120，最高為，最高為 150 （不受力）（不受力） ；具有較大的收縮率和氣孔率具有較大的收縮率和氣孔率；環(huán)氧環(huán)氧-酚醛樹脂酚醛樹脂使材料的耐酸、堿，耐熱以及收縮率、使材料的耐酸、堿，耐熱以及收縮率、粘結(jié)性等性能得到綜合提高粘結(jié)性等性能得到綜合提高。57第57頁/共73頁（3）呋喃樹脂分子中

32、含有呋喃環(huán)的高聚物稱為呋喃樹脂分子中含有呋喃環(huán)的高聚物稱為呋喃樹脂。 具有良好的耐酸、耐堿性能具有良好的耐酸、耐堿性能 可在酸堿交替的環(huán)境中使用 不耐氧化性酸和其他氧化性介質(zhì)的腐蝕；耐溶劑性和耐熱性較好耐溶劑性和耐熱性較好； 塑性差易脆裂塑性差易脆裂； 與金屬的粘結(jié)能力差與金屬的粘結(jié)能力差。58第58頁/共73頁（4）聚酯樹脂聚酯：多元醇與多元酸形成的縮聚物的總稱聚酯：多元醇與多元酸形成的縮聚物的總稱。 不耐氧化性介質(zhì)、易老化不耐氧化性介質(zhì)、易老化 在堿和熱酸的作用下，發(fā)生水解；成型工藝性能良好成型工藝性能良好；制品致密性好制品致密性好。制造玻璃鋼主要用不飽和聚酯制造玻璃鋼主要用不飽和聚酯。5

33、9第59頁/共73頁 3. 輔助材料： （1）固化劑：促進(jìn)或參與樹脂固化反應(yīng)的物質(zhì)。不同樹脂有相應(yīng)固化劑。環(huán)氧樹脂常用胺類和酸酐，酚醛樹脂常用硫酸乙酯和對苯磺酰氯，不飽和聚酯用含有雙鍵化合物，呋喃樹脂以酸作固化劑。 （2）增塑劑：提高韌性，減少開裂，增加可塑性。環(huán)氧玻璃鋼常用聚酰胺和聚硫橡膠，呋喃玻璃鋼常用鄰苯甲酸二乙酯和亞磷酸二苯酯。60第60頁/共73頁 （3）填料：改善玻璃鋼性能，減少樹脂用量。酸性介質(zhì)常用石英粉、石墨粉。堿性介質(zhì)選用石墨粉、輝緣巖粉。 （4）稀釋劑：增加膠流流動(dòng)性，提高滲透和浸潤能力，利于施工。環(huán)氧酚醛，呋喃樹脂常用非活性稀釋劑，如無水乙醇、丙酮、甲苯及混合稀釋劑（甲苯

34、/乙醇 1:1）。61第61頁/共73頁二二、玻璃鋼的耐蝕特性玻璃鋼的耐蝕特性 具有玻璃纖維與粘結(jié)劑性能的綜合特性具有玻璃纖維與粘結(jié)劑性能的綜合特性。 1. 玻璃鋼的強(qiáng)度和使用溫度玻璃鋼的強(qiáng)度和使用溫度 力學(xué)性能的最大特點(diǎn)：比強(qiáng)度高力學(xué)性能的最大特點(diǎn)：比強(qiáng)度高 相對密度是碳鋼的相對密度是碳鋼的1/31/31/41/4， 比強(qiáng)度是碳鋼的比強(qiáng)度是碳鋼的2 23 3倍倍，過高，過高溫度會(huì)使強(qiáng)度降低溫度會(huì)使強(qiáng)度降低； 玻璃鋼的導(dǎo)熱系數(shù)僅為鋼的玻璃鋼的導(dǎo)熱系數(shù)僅為鋼的1/1002/1000 不適合做傳熱設(shè)備不適合做傳熱設(shè)備；熱膨脹系數(shù)較樹脂大為減小熱膨脹系數(shù)較樹脂大為減小 固化成型后尺寸比較穩(wěn)定，不會(huì)因

35、溫度變化發(fā)生較固化成型后尺寸比較穩(wěn)定，不會(huì)因溫度變化發(fā)生較 大的形變大的形變。62第62頁/共73頁 2. 耐化學(xué)腐蝕特性：耐蝕性取決于樹脂，腐蝕過程是腐蝕介質(zhì)或溶劑的滲透引起樹脂溶脹、溶解、水解、或受熱氧化降解及熱分解作用而導(dǎo)致的樹脂結(jié)構(gòu)的破壞。63第63頁/共73頁 3. 耐老化性能：在大氣中暴曬，因?qū)ψ贤饩€敏感而老化產(chǎn)生裂紋，失去光澤，發(fā)黑，但對機(jī)械強(qiáng)度、抗彎、抗拉、抗壓、沖擊性影響小，彈性模量緩慢降低。酚醛樹脂老化最嚴(yán)重；酚醛樹脂老化最嚴(yán)重；防腐用的玻璃鋼在自然環(huán)境中可使用防腐用的玻璃鋼在自然環(huán)境中可使用5-75-7年年。64第64頁/共73頁三、 玻璃鋼設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1. 層間結(jié)構(gòu)： 為保證有足夠的力學(xué)性能和良好耐蝕性能，應(yīng)發(fā)揮玻璃纖維和樹脂功能，使玻璃鋼沿?cái)嗝婢哂胁煌Y(jié)構(gòu)層。內(nèi)層內(nèi)層: 耐腐蝕層耐腐蝕層 厚度：厚度：0.50.51.5mm1.5mm；樹脂：；樹脂：90%90%過渡層過渡