第二章制药设备材料与管路

第一节制药设备常用材料目前一页\总数五十一页\编于六点第一节制药设备常用材料23

一、材料的常用性能

材料的性能可分为两类：工艺性能:工艺性能也称制造性能，反映材料在加工制造过程中所表现出来的特性.使用性能：反映材料在使用过程中所表现出来的特性，包括物理性能、化学性能和力学性能。。目前二页\总数五十一页\编于六点使用性能包括：物理性能：是材料所固有的属性，包括密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性等。例如，熔点低的金属工艺性能好，便于加工；熔点高的金属可用于制造耐高温零件。化学性能：是指材料抵抗各种化学介质作用的能力，包括高温抗氧化性、耐腐蚀性等。对制药设备而言，材料的化学性能，特别是耐腐蚀性，不仅影响设备本身的寿命，而且会影响药品质量。力学性能：指材料在外力作用下所表现出来的性能。第一节制药设备常用材料目前三页\总数五十一页\编于六点力学性能：包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳极限等。强度

强度反映材料抵抗外力作用不失效、不被破坏的能力。这里的破坏对应两种情况：一是发生较大的塑性变形，在外力去除后不能恢复到原来的形状和尺寸；另一种情况是发生断裂。若将断裂看成变形的极限，则强度简称为变形的抵抗能力。不论哪一种情况发生，都将导致零部件不能正常工作。第一节制药设备常用材料目前四页\总数五十一页\编于六点硬度

硬度是反映材料软硬程度的一种性能指标，是材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形的能力。常用的硬度试验指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种，以符号HB、HR、HV表示。一般情况下，硬度高的材料强度高，耐磨性好，但塑性、切削加工性较差。第一节制药设备常用材料目前五页\总数五十一页\编于六点塑性

塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，如果材料能发生较大的塑性变形而不断裂，则称材料的塑性好。材料塑性的好坏，对零件的加工和使用都具有十分重要的意义。韧性

是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，是材料强度和塑性的综合变现。评定材料韧性的指标一般用冲击韧性，冲击韧性值越大，则材料的冲击韧性越好。第一节制药设备常用材料目前六页\总数五十一页\编于六点疲劳极限

在制药机械常用零部件中，如各种轴、齿轮、弹簧、压片机的冲头等，都是在大小、方向随时发生周期性变化的交变载荷作用下工作的。这种交变载荷常常会使材料在应力小于其强度极限，甚至小于其弹性极限的情况下，经一定循环次数后，在无显著的外观变形的情况下，突然发生断裂，这种现象叫做材料的疲劳。第一节制药设备常用材料目前七页\总数五十一页\编于六点刚度

是指金属材料在受外力时抵抗弹性变形的能力。绝大多数机械零件在工作时基本上都处于弹性变形阶段，均会发生一定量的弹性变形，但若弹性变形量过大,则工件就不能正常工作。要说明的是，金属材料可通过热处理改变其组织，使材料的强度、硬度发生很大的变化，但其刚度却不会因热处理而发生明显的变化。第一节制药设备常用材料目前八页\总数五十一页\编于六点二、常用金属材料第一节制药设备常用材料金属材料：由金属元素或以金属元素为主形成的材料称为金属材料；非金属材料：由非金属元素或以非金属元素为主形成的材料称为非金属材料；复合材料：由两种或两种以上不同性质或不同组织的材料组合成的材料称为复合材料；目前九页\总数五十一页\编于六点在制药设备中，金属材料应用最为广泛铁和以铁为基础的合金(黑色金属)，如钢、铸铁和铁合金等；非铁合金(有色金属)，如铜及其合金、铝及其合金、铅及其合金等。第一节制药设备常用材料目前十页\总数五十一页\编于六点金属材料第一节制药设备常用材料一碳钢二铸铁四有色金属三合金钢目前十一页\总数五十一页\编于六点（一）碳钢第一节制药设备常用材料

碳钢是含碳量小于2.11％的铁碳合金。碳钢分为碳素结构钢、优质碳素结构钢等。目前十二页\总数五十一页\编于六点碳素结构钢普通碳素结构钢碳含量较低，一般为0.06%～0.38%，对性能要求及硫、磷和其他残余元素含量的限制较宽。由于价格低廉，又具有良好的强度、塑性、焊接性、切削加工性等，在制药设备制造中应用广泛。第一节制药设备常用材料目前十三页\总数五十一页\编于六点优质碳素结构钢优质碳素结构钢主要用于机械制造，是以其含碳量的多少来区分的。其牌号以钢中平均含碳量的万分数(两位数字)表示。如45表示优质碳素结构钢，平均含碳量为万分之四十五，即0.45％。第一节制药设备常用材料目前十四页\总数五十一页\编于六点优质碳素结构钢有10、15、20、25、30、35、40、45、55、65、70等，常按含碳量不同分为三类。低碳钢:含碳量C≤0.25％，常用钢号有10、15、20、25等。低碳钢强度较低但塑性较好，冷冲压及焊接性能良好，在制药设备中广泛应用。中碳钢:含碳量0.25％＜C≤0.60％，中碳钢的强度与塑性适中，焊接性能较差，不适于制造设备壳体，多用于制造各种机械零件如轴、齿轮、连杆等。常用牌号有30、35、40、45、50、55、60等，在制药机械中以45号钢应用最广泛。高碳钢:含碳量C>0.60％，钢的强度和硬度均较高，塑性差，常用来制造弹簧。常用的牌号有60、65、70号钢。第一节制药设备常用材料目前十五页\总数五十一页\编于六点（二）铸铁

铸铁含碳量(质量分数)一般在2.11％以上，并含有S、P、Si、Mn等杂质。铸铁是脆性材料，成本低廉。铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、高硅铸铁等。灰铸铁:制造承受压应力及要求消振、耐磨的零件，如支架、阀体、泵体(机座、管路附件等)。球墨铸铁:球墨铸铁在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。在过去用碳钢和合金钢制造的重要零件(如曲轴、连杆、主轴、中压阀门等)，目前不少已改用球墨铸铁。第一节制药设备常用材料目前十六页\总数五十一页\编于六点（三）合金钢合金钢:是指在碳钢基础上有目的地加入某些元素所形成的钢种。合金钢按其含合金元素量的多少可分为低合金钢(含合金元素总量小于2.5％)、中合金钢(含合金元素总量（5％～10％）和高合金钢(含合金元素总量大于10％)。按用途分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。特殊性能钢分为不锈钢和耐热钢等。目前在合金钢中常用的合金元素有铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。第一节制药设备常用材料目前十七页\总数五十一页\编于六点铬提高耐腐蚀性能和抗氧化性能，提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。锰提高强度和提高低温冲击韧性。镍提高淬透性，有很高的强度，而又保持良好的塑性和韧性。提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。硅提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。铝强脱氧剂,显著细化晶粒,提高冲击韧性，降低冷脆性。钛强脱氧剂，在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀，提高耐热性。稀土元素提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。第一节制药设备常用材料目前十八页\总数五十一页\编于六点合金结构钢合金结构钢主要用于制造各种机械零件，大多须经热处理后才能使用。（1）合金调质钢:是制药机械零件用钢的主体,广泛用于制造轴、齿轮、连杆、螺栓、螺母等。（2）合金渗碳钢:渗碳钢通常经渗碳并淬火、低温回火后使用，具有外硬内韧的性能，主要用于制造承受强烈冲击载荷和摩擦磨损的机械零件，如变速齿轮，凸轮轴等。（3）滚动轴承钢:滚动轴承钢主要用于制造滚动轴承。第一节制药设备常用材料目前十九页\总数五十一页\编于六点合金工具钢用于制造刃、模、量具等工具，要求高硬度和耐磨性，并有一定韧性和较小的变形。分为刃具钢、模具钢和量具钢三类。第一节制药设备常用材料目前二十页\总数五十一页\编于六点特殊性能钢

指对某些特殊的物理、化学性能和力学性能具有较高指标的钢，主要有不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢，主要介绍不锈钢。不锈钢:一般把能够抵抗空气、蒸汽和水等弱腐蚀性介质腐蚀的钢称为不锈钢。能够抵抗酸、碱、盐等强腐蚀性介质腐蚀的钢称为耐酸钢。在日常习惯上把不锈钢和耐酸钢统称为不锈钢.不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢铬镍不锈钢（更具耐蚀性）第一节制药设备常用材料目前二十一页\总数五十一页\编于六点第一节制药设备常用材料不锈钢在制药设备中的应用目前二十二页\总数五十一页\编于六点第一节制药设备常用材料(四)有色金属

1.铝及其合金

耐腐蚀性好，导热性能好，不污染物品和不改变物品颜色，并可代替不锈钢做有关设备。目前二十三页\总数五十一页\编于六点2.铜及其合金

铜合金按主要合金元素的种类分为黄铜、青铜等。黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金；青铜是以锌以外的其他元素为主要合金元素的铜合金。第一节制药设备常用材料目前二十四页\总数五十一页\编于六点

工业纯铜和黄铜具有极好的导热性，优越的低温力学性能和耐腐蚀性能深度冷冻设备和换热器。

青铜具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，主要用来制造轴瓦、蜗轮等机械零件和泵壳、阀门等制药设备。第一节制药设备常用材料目前二十五页\总数五十一页\编于六点三、非金属材料非金属材料:由非金属元素或以非金属元素为主形成的材料。非金属材料主要有各类高分子材料(简称高聚物，如塑料、橡胶、合成纤维及部分胶粘剂等)、陶瓷材料(各种陶器、耐火材料、玻璃、水泥及近代无机非金属材料等)和各种复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。目前，制药机械材料仍将以金属材料为主，但随着高科技的发展，高分子材料及陶瓷材料将会越来越多的为制药机械所应用。第一节制药设备常用材料目前二十六页\总数五十一页\编于六点（一）常用工程塑料1.热塑性塑料这类塑料的特点是加热时软化，可塑造成形，冷却后则变硬；此过程具有可逆性，可反复进行。

优点:加工成形简便，具有较高的机械性能；

缺点:是耐热性和刚性较差。典型品种有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯、聚苯乙烯等。第一节制药设备常用材料目前二十七页\总数五十一页\编于六点2.热固性塑料特点是加入添加剂后在一定条件下发生化学反应而固化，但固化后再加热将不再软化，也不溶于溶剂。

优点:耐热性高，受压不易变形；

缺点:机械性能不好。热固性塑料的典型品种有酚醛塑料、环氧树脂、氨基塑料以及近年来新研制开发的聚苯二甲酸二丙烯树脂制成的热固性塑料。

第一节制药设备常用材料目前二十八页\总数五十一页\编于六点（二）工业陶瓷常用的工业陶瓷主要有传统工业陶瓷、特种陶瓷及金属陶瓷3大类。传统的工业陶瓷:主要是指绝缘瓷、化工瓷和多孔过滤陶瓷特种陶瓷:也叫新型陶瓷，具有极强的耐高温而又不被氧化的优点，是很好的高温耐火结构材料。金属陶瓷:是指由金属与陶瓷组成的非均质复合材料,兼具金属和陶瓷的优点。

第一节制药设备常用材料目前二十九页\总数五十一页\编于六点（三）复合材料玻璃钢:又叫玻璃纤维增强塑料。玻璃钢按其成形性能不同，可分为热塑性玻璃钢与热固性玻璃钢两个大类。涂料:是一种高分子胶体的混合物溶液，涂在物体表面，然后固化形成薄涂层，用来保护物体免遭大气腐蚀及酸、碱等介质的腐蚀。大多数情况下用于涂刷设备、管道的外表面，也可用于设备内壁的防腐涂层。不透性石墨:是由各种树脂浸渍石墨消除孔隙后制成。具有较高的化学稳定性和良好的导热性，热膨胀系数小，耐温度急变性好；不污染介质，能保证产品纯度；加工性能良好，相对密度小。它的缺点是机械强度较低，韧性较差。.第一节制药设备常用材料目前三十页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道一、制药工业中常用管子的种类（一）金属管1.钢管钢管的优点是耐高压、韧性好，管段长而接口少；缺点是价格高、易腐蚀，故使用寿命较短。钢管按制造方式分为有缝钢管和无缝钢管。(1)有缝钢管又称焊接钢管或水煤气管，是指用钢带或钢板弯曲变形为圆形、方形等形状后再焊接成的、表面有接缝的钢管。

(2)无缝钢管分为普通无缝钢管和不锈钢无缝钢管目前三十一页\总数五十一页\编于六点2.有色金属管生产中常用的有色金属管有铅管、铝管、铜管等铅管:具有良好的可焊性和耐腐蚀性铝:具有良好的导电性和导热性铜:具有良好的导热、导电性能，但可焊性较差。第二节制药工业管道目前三十二页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道（二）非金属管1.塑料管优点:耐蚀性能好、质量轻、成型方便、加工容易；缺点:强度较低，耐热性差。主要有：(1)硬聚氯乙烯管（UPVC）(2)聚丙烯管（PP）(3)酚醛塑料管（PF）目前三十三页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道2.玻璃钢管又称玻璃纤维增强塑料管，是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以合成树脂为粘结剂，经过一定的成型工艺制作而成。3.陶瓷管

陶瓷管的耐腐蚀性能很好，结构致密，表面光滑平整，硬度较高。4.橡胶管橡胶管是用天然橡胶或合成橡胶制成。

目前三十四页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道二、管件和阀门（一）管件1.弯头

目前三十五页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道2.三通、四通及异径管异径管三通四通目前三十六页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道目前三十七页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道（二）阀门1.截止阀

工作原理:通过转动手轮，带动阀杆和阀芯作轴线方向的升降，改变阀芯与阀座之间距离，从而改变流体通道面积的大小，使得流体的流量改变或截断通道。目前三十八页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道截止阀目前三十九页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道

2.闸阀

1-手轮；2-填料压盖；3-填料；

4-阀杆；5-阀体；6-闸板；7-密封面工作原理:相当于在管道中插入一块闸板,闸板与管内流体流动方向垂直，闸板密封面与阀座密封面高度光洁、平整且相互贴合，阻止介质流过。目前四十页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道闸阀目前四十一页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道3.蝶阀手动蝶阀1-阀体；2-阀门蝶阀工作时，是利用一可绕轴旋转的圆盘来控制管路的启闭，转角大小反映阀门的开启程度.常用作截断阀，不能用于高温高压场合，适用于大口径水、蒸汽、空气等管路。

目前四十二页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道4.旋塞阀旋塞阀俗称考克，其阀芯是一带孔的锥形塞绕中心线旋转来控制阀门的启闭、分配和改向。目前四十三页\总数五十一页\编于六点第二节制药工业管道5.球阀球阀由旋塞阀演变而来，都是靠旋转阀芯使阀门畅通或闭塞。不同之处是以一个中间开孔的球体作为阀芯，通过旋转球体实现阀门的启闭。

目前四十四页\总数五十一页\编于六点第二节制药