第五章非金属结构材料的耐蚀特性ppt课件

1、第五章 非金属结构材料的耐蚀特性5.1 高分子材料的腐蚀性和影响因素5.2 耐腐蚀高分子材料5.3 耐腐蚀无机非金属材料5.4 碳石墨5.5 树脂基复合材料玻璃钢的耐蚀性5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素渗透高分子材料处于环境中，腐蚀性介质通过材料 表面渗入内部，同时，材料的可溶成分及腐蚀 产物逆向扩散进入介质。溶胀相当数量的介质小分子渗入高聚物内部，引起 高分子材料宏观上的体积和重量的增加溶解如果大分子间无交联键，溶胀可以一直进行下 去，大分子充分溶剂化后会缓慢的向溶剂中扩 散，形成均一的溶液1、溶胀、溶解与渗透压制和浇注石墨导热性下降，常用耐腐蚀部件和设备：合成树脂、水玻璃、低熔点金

2、属表面渗入内部，同时，材料的可溶成分及腐蚀具有耐蚀、耐热、自润滑性具有高强度、耐腐蚀、成型加工性好等特点。聚三氟氯乙烯（PCTFE， F 3）可在酸碱交替的环境中使用散，形成均一的溶液具有耐蚀、耐热、自润滑性（1）聚丙烯塑料（PP）合成树脂、水玻璃、低熔点金属具有较大的收缩率和气孔率（五）其他硅酸盐材料花岗石1 高分子材料的腐蚀性和影响因素5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素2、化学腐蚀-氧化聚二烯烃 聚丙烯 低密度聚乙烯 高密度聚乙烯5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素加聚反应合成的产物的主链“CC”共价键不易水解杂链高聚物易水解，杂原子与碳原子键的极性越大， 越易水解高分子材料的水

3、解基团在酸碱介质中的水解活化能越高， 越不易水解 耐酸性介质水解的能力 醚键 酰胺键或酰亚胺键 酯键 硅氧键 耐碱性介质水解的能力 酰胺键或酰亚胺键 酯键2、化学腐蚀-水解5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素 在某些条件下，高分子材料在应力和腐蚀性质共同作用下，发生类似金属应力腐蚀破裂的现象，出现裂纹，并不断发展直至脆断。3、应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂的规律大分子链及链段沿应力方向移动 拉应力作用下材料的质量，机械强度 正应力作用下材料的质量增加趋势在长期静负荷及交变应力作用下，腐蚀性介质中，蠕变强度、疲劳强度受多向应力作用或存在较大应变的高分子材料，可能发生环境应力开裂耐环境应力开裂的能力

4、与材料本性和介质本性有关 部分结晶的塑料，晶区有应力集中，在晶区与非 晶区的交界处产生裂纹的倾向性就大 应力集中部位，环境应力开裂的可能性大 分子量小、分布窄的高聚物比大分子量的易发生 开裂在具有中等溶胀能力的醇类、蓖麻油等活性介质 中，材料易发生环境应力开裂 5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素影响高分子材料老化的因素 阳光 温度 湿度 其他作用4、老化（耐侯性）紫外线红外线水分、雨雪5. 2 耐腐蚀的高分子材料1、硬聚氯乙烯塑料：nCH2CHClCH2CHCln材料的溶解性和渗透性增加聚合物裂解交联氧化产物降解交联（老化）5. 2 耐腐蚀的高分子材料1、硬聚氯乙烯塑料：nCH2CHCl

5、CH2CHCln常用耐腐蚀部件和设备：贮槽、塔设备、电除雾器、离心泵、风机、管道、管件及阀门等研制开发改性的聚氯乙烯： FR-PVC C-PVC 玻璃钢增强PVCPVC使用实例见P1045. 2 耐腐蚀的高分子材料2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 根据PVC材料的特性和具体使用条件确定许用应力 和安全系数 以长期拉伸强度作为计算许用应力的依据 焊缝系数0.850.95， 一般取0.6 采用单面或双面加强焊提高焊缝强度、保护焊缝； 焊缝尽可能错开（多块板材）5. 2 耐腐蚀的高分子材料2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 顶盖和筒体结构应采取措施加强刚性，防止变形5. 2 耐腐蚀的高分子材料2、硬聚氯乙

6、烯设备结构设计特点 避免焊缝本体和焊缝边线的母材断面的剧烈变化5. 2 耐腐蚀的高分子材料2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 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，加膨胀结 利用PVC的热塑性，管道之间采用热胀承插的结构 连接 PVC的强度的原因，设 备不能承受过大的载荷砌做耐酸的地坪、沟槽和基底等（五）其他硅酸盐材料铸石在某些条件下，高分子材料在应力和腐蚀性质共同作用下，发生类似金属应力腐蚀破裂的现象，出现裂纹，并不断发展直至脆断。不透性石墨：盐酸、氯碱、次氯酸钠、磷酸、醋酸高，导热性和热膨 系数变力容器、热交换器的密封输送热介质的管道：设置补偿装置 教材

7、P111热塑性塑料加工成型合成树脂、水玻璃、低熔点金属（2）玻璃钢的刚性比较差，弹性模量只有普通碳钢的1/51/10，因此，必须注意有良好的钢性设计浸渍石墨的机械强度显著提晶体结构既不属于石墨也不属于无定型C环氧固化物的马丁耐热度105130（二）碳-石墨的性能与应用硼硅酸盐玻璃: 79% SiO2+ 124% B2O35. 2 耐腐蚀的高分子材料 3、其他塑料（1）聚丙烯塑料（PP） 具有良好的耐蚀性、耐溶剂性、耐热性（PVC） 可以采用热塑性塑料的加工方法、可以焊接 常用于制作化工管道、贮槽、衬里等 石墨改性PP，可做PP换热器 线膨胀系数PP =3 线膨胀系数PVC 杨氏模量PP=1/8

8、 杨氏模量PVC热膨胀和刚性问题5. 2 耐腐蚀的高分子材料 3、其他塑料 (2) 氟塑料：含 F 原子的塑料的总称。 具有耐蚀、耐热、自润滑性 聚四氟乙烯（PTFE，F - 4） 聚三氟氯乙烯（PCTFE， F 3） 聚全氟乙丙烯（FEP，F 46）5. 2 耐腐蚀的高分子材料 3、其他塑料 聚四氟乙烯（PTFE，F - 4） CF2-CF2n高化学惰性耐蚀性耐热性耐老化性机械强度、刚性低线膨胀系数大导热性差熔点高，成型加工困难难粘结或焊接用做摩擦件和密封件，用在高温或强腐蚀场合5 树脂基复合材料玻璃钢的耐蚀性2 耐腐蚀的高分子材料硼硅酸盐玻璃: 79% SiO2+ 124% B2O3第五章

9、 非金属结构材料的耐蚀特性高硅氧玻璃：是石英玻璃的替代品: 95% SiO2合成树脂、水玻璃、低熔点金属性能与玻璃纤维及树脂的种类、组成相的比例、组成相之间的结合强度有关（二）碳-石墨的性能与应用2 耐腐蚀的高分子材料多层板胶结时，胶结缝要错开（60）；来的质量之比耐热冲击性反映材料承受温度剧变能力的指标。5. 2 耐腐蚀的高分子材料 （2）氟塑料 聚三氟氯乙烯（PCTFE， F 3） 聚全氟乙丙烯（FEP，F 46）CF2-CFnCl-CF2-CF2- x - CF-CF2-y-n FEP 熔点 酰胺键或酰亚胺键 酯键 硅氧键5 树脂基复合材料玻璃钢的耐蚀性5. 3 耐腐蚀的无机非金属材料5

10、. 3. 1 陶瓷（四）陶瓷设备结构设计特点 设备的顶盖：一般采用蝶形、椭圆形、半球形 设备的支座：尽可能设计成裙式支座，四周开设 透气孔 滤板：设计成拱形 连接结构：承插结构、活套法兰连接（内压设备） 输送热介质的管道：设置补偿装置 教材 P111 5. 3 耐腐蚀的无机非金属材料（五）其他硅酸盐材料玻璃 石英玻璃 主要用于制作实验室仪器、高纯物料提纯设备 高硅氧玻璃：是石英玻璃的替代品: 95% SiO2 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、 管道、法兰、阀门等5. 3 耐腐蚀的无机非金属材料（五）其他硅酸盐材料花岗石(707

11、5% SiO2+ 15% Al2O3+ 10%(K2O、Na2O)用于修筑：盐酸、硝酸的处理槽、贮槽、吸收塔、 电解池制造碘、溴的装置砌做耐酸的地坪、沟槽和基底等产地不同的花岗岩，性能差异较大5. 3 耐腐蚀的无机非金属材料（五）其他硅酸盐材料铸石(50% SiO2+ 15% Al2O3+ 35%(碱金属和铁氧化物)使用范围与花岗岩类似，衬砌施工比花岗岩方便铸石具有极高的耐磨性是用玄武岩、辉绿岩及某些工业渣进行配料熔化、铸造成型的人工石材无定形碳和石墨的成品统称为碳素材料5. 4 碳 石墨碳素材料是一种重要的工程材料耐磨、耐蚀的特点；应用：冶金、机电、化工、原子能和航空等5. 4 碳 石墨（一

12、）碳-石墨制品的制造填塞孔隙合成树脂、水玻璃、低熔点金属无烟煤、焦炭、石油焦浇铸石墨压制石墨5. 4 碳 石墨（二）碳-石墨的性能与应用 碳-石墨制品大多为无 定型碳和石墨晶体之间 的介晶体碳 碳-石墨制品的性质随 石墨化的程度不同，性 能差异较大 除强氧化性酸外，具有 很高的化学稳定性5. 4 碳 石墨（二）碳-石墨的性能与应用 高导热性和低热膨胀系数 石墨具有优良的自润滑特性 导电性 除强氧化性酸外，具有很高 的化学稳定性5. 4 碳 石墨（二）碳-石墨的性能与应用 浸渍石墨的机械强度显著提 高，导热性和热膨 系数变 化不大压制和浇注石墨导热性下降， 热膨胀系数提高5. 4 碳 石墨（二）

13、碳-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 以及农药的生产中 热交换器（列管式、喷淋式、块孔式、板室式） 吸收塔 盐酸合成炉 离心泵 管子、管件 旋塞等 密封环和滑动轴承5. 4 碳 石墨（三）新型碳素材料（1）膨胀石墨(柔性石墨、可挠性石墨）： 优良的热稳定性 高导热率（各向异性） 耐蚀 可压缩性 回弹性 特别适用于陶瓷、玻璃 设备或接管法兰面的密封 广泛用做阀门、泵、压 力容器、热交换器的密封5. 4 碳 石墨（三）新型碳素材料（2）碳纤维及其复合材料 弥补了普通C素材料的弱点（脆性），具有很高 的比强度、比刚度； C纤维导热性低，用做感应炉或电阻炉的热屏蔽 材料；

14、石墨化纤维导热率较高，可做为发热元件（真空、 惰性气体中：2500）；是一种具有特殊结构和性能的气相沉积碳渗透高分子材料处于环境中，腐蚀性介质通过材料研制开发改性的聚氯乙烯：（二）陶瓷材料的特性指标：FR-PVC1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素石墨具有优良的自润滑特性石墨化的程度不同，性聚二烯烃 聚丙烯 低密度聚乙烯 高密度聚乙烯1400: 制品结构接近石墨，热解石墨1、硬聚氯乙烯塑料：nCH2CHClCH2CHCln聚三氟氯乙烯（PCTFE， F 3）5. 4 碳 石墨（三）新型碳素材料（2）碳纤维及其复合材料 石墨纱经四氟乙烯浸渍，作为输送腐蚀介质的化 工泵的填料密封，密封性好，使用寿命

15、长 碳纤维复合材料：碳纤维/树脂、碳纤维/金属、 碳纤维/碳 高比强度、高比钢度、耐蚀 碳纤维/树脂应用最多5. 4 碳 石墨（三）新型碳素材料（3）热解碳 是一种具有特殊结构和性能的气相沉积碳 CH4、C3H8、C2H2、液化石油气在灼热基体 表面热分解制得 晶体结构既不属于石墨也不属于无定型C 制品具有很大的各向异性5. 4 碳 石墨（三）新型碳素材料（3）热解碳制品择优取向度的程度与沉积温度、碳氢化合物浓度等有关 3000：石墨晶体； 20002200：各向异性大，制品密度高； 15001700：趋于各向同性，制品密度小； 1400: 制品结构接近石墨，热解石墨主要在特殊领域应用5. 4

16、 碳 石墨（四）不透性石墨设备结构特点 结构大多采用平板、块、管、条等进行粘结组合 多层板胶结时，胶结缝要错开（60）； 接管与筒体的连接通常也用胶结的方法； 有时采用螺纹（螺纹牙）与胶粘剂并用的连接结构 采用锥形胶粘结构 设备或管道彼此见采用凸缘活套法兰、顶盖采用 平面法兰石墨材料不能焊接、易机械加工石墨与金属材料组合设备，要考虑热膨胀系数的影响浮头式列管换热器的热补偿结构5. 5 树脂基复合材料玻璃钢的耐蚀性玻璃钢： 玻璃纤维（或玻璃纤维布）与热固性树脂组成的树脂基复合材料称为玻璃纤维热固性增强塑料，俗称玻璃钢。具有高强度、耐腐蚀、成型加工性好等特点。 性能与玻璃纤维及树脂的种类、组成相的

17、比例、组成相之间的结合强度有关玻璃钢制品环氧基5. 5 树脂基复合材料玻璃钢的耐蚀性(一) 化工玻璃钢常用树脂的耐蚀特性（1）环氧树脂 凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。 （1）环氧树脂 粘接性能优异环氧固化物具有优良的化学稳定性 固化收缩率小（一般环氧树脂和聚酯树脂，不耐碱腐蚀马丁耐热度为120，最高为 150 （不受力）具有较大的收缩率和气孔率环氧-酚醛树脂使材料的耐酸、碱，耐热以及收缩率、粘结性等性能得到综合提高（3）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 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 耐溶剂性和耐热性较

18、好 塑性差易脆裂 与金属的粘结能力差高分子材料宏观上的体积和重量的增加2 耐腐蚀的高分子材料(2) 氟塑料：含 F 原子的塑料的总称。具有较大的收缩率和气孔率性能与玻璃纤维及树脂的种类、组成相的比例、组成相之间的结合强度有关多层板胶结时，胶结缝要错开（60）；高温下材料性质的变异用做耐蚀和耐热的阀门、泵、密封环管道、法兰、阀门等应力集中部位，环境应力开裂的可能性大玻璃钢的导热系数仅为钢的1/1002/1000除强氧化性酸外，具有（4）聚酯树脂聚酯：多元醇与多元酸形成的缩聚物的总称 不耐氧化性介质、易老化 在碱和热酸的作用下，发生水解成型工艺性能良好制品致密性好制造玻璃钢主要用不饱和聚酯(二)

19、玻璃钢的耐蚀特性（1）玻璃钢的强度和使用温度 力学性能的最大特点：比强度高 相对密度是碳钢的1/31/4， 比强度是碳钢的23倍 玻璃钢的导热系数仅为钢的1/1002/1000 不适合做传热设备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 大的形变 (二) 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、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（3）玻璃钢的耐老化性能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5-7年老化对机械强度影响较小，弹性模量缓慢降低5. 5 树脂基复合材料玻璃钢的耐蚀性(三) 玻璃钢设备的结构设计特点（1）层间结构：内层: 耐腐蚀层 厚度：0.51.5mm；树脂：90%过渡层: 中间防渗层 厚度：22.5mm；胶量：5070%增强层: 承载设备负荷， 厚度 依设计强度；玻纤维：70%外层：提高防老化性能，外表美观 厚度12mm；含胶量：8090%5. 5 树脂基复合材料玻璃钢的耐蚀性(三) 玻璃钢设备的结构设计特点（2）玻璃钢的刚性比较差，弹性模量只