第二章常用工程材料.docx

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第二章常用工程材料

第二章工程中的常用材料与防腐

2.1工程中的常用材料

2.1.1金属材料

一、铸铁

（一）灰铸铁

性脆，有较大缺口敏感性，在温度≤250℃，D≤3000mm时，可承受内压2.94×105Pa外压7.84×105Pa。

常用HTl5—33和HT20一24作为中低压设备、机、泵、阀门及管材的主要材料，不允许用于剧毒、易燃的介质。

（二）球墨铸铁

具有灰铸铁的特性，其耐磨、减振和抗氧化性比钢和灰铸铁好，抗冲击能力比灰铸铁强。

QT50—5可用于涡轮、受压较大的阀门，QT（40一17、42一l0）可用于各种铸造管路附件和阀门，也可用于P≤1.76×106Pa，t≤350℃，Dg≤100mm的锅炉与化工装置的各种部件。

（三）高硅耐热球墨铸铁

含硅量为5.5％，常用RQTSi一55做t≤950℃的气体中工作的换热水管、管板、炉条等零件。

（四）含铬耐热铸铁

含铬量为0.8％的RTCr一0.8可用于t≤600℃，含铬量为1.5％的RTCr—1.5可用于t≤650℃的炉用零件。

（五）高硅耐蚀铸铁

性脆、缺口敏感性大，耐蚀性能良好，但在氟硅酸、稀硫酸中腐蚀较严重，常用STSil5Xt作耐蚀的低、常压管子、塔器、泵等零部件。

二、型钢

热轧网钢、方钢、六角钢、扁钢、等边角钢、不等边角钢、工字钢、槽钢的规格尺寸及质量换算见表5.1.1～表5.1.6。

2.1.2非金属材料

一、铸石

铸石是一种以辉绿岩为主要原料，配以角闪石、白云石、萤石，铬铁矿等附加料，经熔铸、烧结或浇注等方法成型，结晶、退火制成的新材料，密度为2.9～3.0t／m3，具有较高的硬度和抗压强度，耐磨度比碳钢高5～10倍，耐腐蚀性能和绝缘性能良好，耐酸、碱度可达99％以上，且结构致密，吸水率小。

其制品有各种形状的板材、管材和粉末等。

一般矩形板的尺寸为180mm×ll0mm×20mm，还可根据需要制成梯形板与具有一定曲率半径的弧形板，使用时互相配合用于设备衬里。

管材的管径不大于300mm，长度为500～600mm，与承插管、异形短管等配合，用于管道的内衬防腐。

但铸石的冲击强度和耐急冷急热性能均较差。

不耐300℃以上的氢氟酸磷酸、熔融的碱。

只宜常温使用。

如需高温使用时，必须逐渐升温，且不宜超过200℃，其主要物化性能如表5．1．12所示。

二、耐酸陶瓷

以高硅酸性黏土、长石和石英等天然原料制成的耐酸陶、耐酸耐温陶和硬质瓷，具有良好的耐腐蚀性能，其主要物理机械性能如表5.1.13所示。

在环境工程中可以做成除尘设备与有害气体净化设备等。

用耐酸砖可砌筑大型耐酸池、吸收塔等。

三、环氧树脂

环氧树脂足含有环氧基团的高分子聚合物的统称，在常温下呈流动或半流动状态的高黏度液体，称为低分子量环氧树脂。

主要用作粘合剂，浇注料，浸渍料，或作密封料，制玻璃钢制品、模具等。

在常温下呈固体状的为高分子环氧树脂（或硬树脂）。

主要用于配制涂料或粉末涂层。

其主要技术性能指标如表5.1.14所示。

四、塑料

塑料是以合成树脂为主要成分的有机高分子材料。

有良好耐腐蚀性和电绝缘性的有硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯、聚四氟乙烯、酚醛塑料等多种。

（一）硬聚氯乙烯

硬聚氯乙烯塑料材料是用聚氯乙烯树脂，加入稳定剂、增塑剂、填料、着色剂及润滑剂等，在适合的温度及压力下制成的。

具有优良的耐腐蚀性和电绝缘性，物理机械性能良好，易于二次加工成型。

可用作表面处理车间有腐蚀性气体的管道、风道及其配件等。

其板厚一般为2～40mm，宽为700mm，长为1600mm，密度为1.35～1.60g／cm3。

其主要规格及性能如表5．1．15所示。

硬聚氯乙烯塑料板的拼接，一般用空压机供风，通过电热焊枪，用5603等硬聚氯乙烯焊条（分单焊条，直径为2～3mm，双焊条，直径为4～5mm两种，长均为100mm）焊接，其焊缝形式可分为坡口塔接和加贴条两种。

也可用粘结剂粘接拼缝的冷粘法进行加工制造。

常用的粘结剂有如下几种。

①FN一303胶结剂为乳黄色胶状液体，主要由氯丁橡胶和101树脂溶解在乙酸乙酯与汽油的混合剂中制成，具有较高的粘结力和韧性。

但使用时环境温度应保持在15℃以上。

②氯丁橡胶粘结剂为浅黄色黏稠液体，主要由氯丁橡胶、碳酸钙和氧化锌、氧化镁等材料加人乙酸乙脂与汽油的混合剂中制成，其粘结强度随时问增长而提高，28天可达51.3kPa.

⑧沥青橡胶玛碲脂粘结剂主要由60％的石油沥青，12％的填料（滑石粉、高岭士等），27t编的汽油，0.9％的生橡胶，0.1％的硫磺粉（质量比）配合而成，也可现场自配。

保存期可达半年。

黏结强度为29.4kPa。

一般用量为0.5～1.2kg／m3。

④过氯乙烯粘结剂是一种良好的塑料面层粘结剂，其粘结强度大于98kPa，用量为0.2～0.3kg／m2，其配比及主要技术指标见表5.1.16。

（二）软聚氯乙烯

软聚氯乙烯强度低，伸长率大，通常用作薄膜，密封件等。

厚度为0.25～10mm

（三）聚四氟乙烯

聚四氟乙烯的性能优于其他工程塑料，可在-180～+250℃的温度范围内长期使用，且表面光滑，润滑性能好，长年在大气中使用能保持状态不变，能耐强酸、强碱、强氧化剂等腐蚀介质的腐蚀，其性能数据见表5.1.17；棒、板和薄膜制品的规格见表5.1.18。

（四）酚醛塑料

酚醛塑料有良好的耐热、绝缘、化学稳定与尺寸稳定性，．配以耐酸石棉作填料，经捏合、滚压和辗光可制成软板，经热固化处理后可制成硬板，其性能数据与产品规格如表5.1.19所示。

五、涂料

涂料的品种繁多，以成膜物质为基础，分成18类，其中第18类的辅助材料，又按其用途分为X—稀释剂，F一防潮剂，G一催干剂，T一脱漆剂，H一固化剂等几类。

主要成膜物质分类如表5.1.20所示。

涂料的型号分成三个部分，第一部分是成膜物质代号（见表5.1.20），第二部分是基本名称编号，用00～99两位数字表示，其中00～09表基础品种，10—19表美术漆，20～29表轻工用漆，30～39表绝缘漆，40～49表船舶漆，50～59表防腐蚀漆，60以上表其他涂料，常用涂料如表5.1.21所示。

2.2常用的防腐蚀措施

环境工程的防腐蚀措施应以采用防腐涂料，硬聚氯乙烯塑料、玻璃钢或塑料复合钢板为主，在特殊情况下，可采用有色金属、钢板喷镀、化学处理、橡胶或铸石衬里等方法。

2.2.1涂刷防腐蚀涂料

防腐蚀涂料的涂刷，按其用途可分为内壁和外壁涂刷防腐蚀涂料两大类。

内壁涂刷防腐蚀涂料主要是隔离设备内的腐蚀介质起到防腐蚀作用；外壁涂刷涂料，除隔离设备所在环境中的腐蚀介质起到防腐蚀作用外，还要起到装饰的作用。

一、防腐蚀涂料的选择

涂料必须根据不同品种的不同耐腐蚀性能与不同的使用目的进行选择j才能达到良好的使用效果。

选择时应注意满足以下要求：

①具有良好的耐腐蚀性能由于不同品种涂料具有不同耐腐蚀性能的特点，如环氧树脂涂料具有良好的耐碱性，酚醛树脂的耐酸性能良好却不耐碱等性质。

应选择对所接触介质具有较高耐腐蚀程度的涂料，如表5.1.2l，表5.2.2所示。

②具有良好的附着力有些涂料虽然具有良好的耐腐蚀性能，但与防腐表而的粘附力很差，涂层易与表面裂开，渗入腐蚀介质，破坏基体材料，如呋喃类、乙烯类涂料与金属表面的粘附力都很差，必须与指定的底漆配套，才能起到较好的防护效果。

具有良好的机械强度涂层固化后应具有良好的韧性和抗冲击性能，以防涂层在使用过程中受外力冲击而过早损坏。

④在高温下使用的涂料具有一定的耐温性，以满足使用温度的需要，如酚醛树脂可在120℃的温度条件下使用，酚醛改性环氧树脂涂料则可用到150℃的高温情况。

外壁防腐蚀涂料，除具有上述特性外，还应具有防水、防潮、防工业大气腐蚀的性能与一定的色绰，以达到防腐蚀与装饰的双重作用，且涂层能在室温下固化。

二、防腐蚀涂料的施工

防腐蚀涂料的施工质量，直接影响到基体的使用寿命。

涂层完整、严实，与基体附着良好，腐蚀介质不能破坏基体，则基体使用寿命长。

否则，涂层起不到保护基体的作用。

因此防腐蚀涂料施工时应注意如下几点。

①涂料涂刷前必须做好金属表面的处理工作，并保持彻底干燥。

同时需在3小时以内涂刷第一层底漆，、以防处理合格后的金属表面再生锈或沾染油污。

②对于返修的风道和设备等基体表面，在涂刷前必须采用喷砂法、喷灯烤烧法与化学脱漆法等将旧层彻底清除，并重新除锈清理表面。

常用的脱漆剂配方很多，一般清除油基漆、调和漆和清漆时用碱性脱漆剂，常用的重量配方有：

1）碳酸钠（7％）+碳酸钙（13％）+水（80％）；2）碳酸钠（7％）+碳酸钙（6％）+生石灰（35％）+水（52％）；3）碳酸钠（8％）+生石灰（12%）十水（80％）；4）碳酸钠（14%）+生石灰（16％）+碳酸钙（20％）+水（50％）；5）氢氧化钠（28％）+面粉糊精（34％）+水玻璃（10％）+水（28％）。

清除合成树脂漆类用溶剂脱漆剂，其具体配制方法如下：

1）先用甲苯10～12份、二甲苯20份、苯8～10份分别溶解石蜡8～l0份，然后加入四氯化碳10～12份，放置24小时，加糠醛40～50份混匀后使用，可用于脱一般合成树脂漆类，不适于脱过氯乙烯漆。

请注意，使用时勿用铜刷，以免石蜡吸附在铜表面；2）用苯46份溶解石蜡4份后，再加人丙酮46份、改性乙醇25份后便可使用，使用前用热水浴加热至透明。

适用于脱合成树脂漆；3）苯30份、丙酮30份、改性乙醇30份、乙酸乙酯30份配合后用于脱除合成树脂漆，使用时用毛刷涂2～3次，约5～8分钟后漆皮起皱，然后用铲子刮去；4）用苯、二甲苯、芳香族溶剂、松香水可脱除沥青漆类，使用时可用蘸溶剂的棉球或毛刷擦之。

③对于热固型涂料，须加热处理才能达到完全固化的程度。

不经热处理虽也能表干，但分子结构未转化成体型结构，不具备应有的耐腐蚀性能。

没计选用时，必须考虑到热处理条件，在不具备热处理条件时，不得选用该类材料。

固体粉末涂料必须用指定的施工方法（如沸腾床法等）施工。

⑤涂层应密实无孔，并具有良好的物理机械强度，一般采取增加涂复层次或改性等方法使涂层密实无孔，如过氯乙烯涂料，在没备内壁涂复时，多采用8层以上的结构，以减少孔隙率。

⑥对于附着力不良的涂料，必须与指定的底漆配套，才能起列较好的防护效果。

2.2.2非金属材料衬里

一、橡胶衬里

橡胶具有较高的化学稳定性，在-50～150℃温度下有优越的弹性，良好的扯断强度和耐疲劳性，不透水性、耐酸碱性和电绝缘性等，在各部门中得到了广泛的应用。

（一）橡胶的种类与特性

橡胶按其来源分为天然橡胶和合成橡胶两种。

前者是由橡胶植物所得胶乳经加工而成；后者是以石油、天然气和煤为主要原料，用人工合成方法加工而成。

按其含硫量的不同，又可分为软橡胶，半硬橡胶和硬橡胶几种。

目前大都以合成橡胶代替天然橡胶使用，下面介绍几种常用合成橡胶的主要特性。

1.丁基橡胶

丁基橡胶是异丁烯与少量异戊二烯的弹性共聚物，其透气性小，耐臭氧老化性、电绝缘性、耐候性、耐热性（极限200℃）都好，能耐无机强酸（如硫酸、硝酸等），但不耐烃类溶剂，黏结性和耐油性不好。

2．氯丁橡胶

该橡胶是氯丁二烯的弹性高聚物。

耐臭氧、耐热、耐老化性、粘结性良好，能耐油、耐溶剂、耐化学腐蚀、耐一般的无机酸和碱，且不透气性比天然橡胶大5～6倍，仅次于丁基橡胶，但不耐浓硫酸和浓硝酸。

其原料来源广泛。

3．丁腈橡胶

该橡胶是丁二烯和丙烯腈的弹性共聚物，是一种很好的耐油橡胶，耐热、耐老化、耐磨、耐腐蚀性能都优于天然橡胶，且抗水性良好，但耐寒性，耐酸性差，电绝缘性是各种橡胶中最差者，抗拉性能较低。

4．乙丙橡胶

该橡胶是乙烯和丙烯的共聚体，原料易得价格便宜，且耐热耐老化性超过丁基橡胶，耐臭氧性优于丁基和氯丁橡胶，耐寒性、耐化学腐蚀和电绝缘性较好，但耐候性极差、耐油性不好、粘结性差。

5．硅橡胶

该橡胶是分子链中含有硅氧结构的合成橡胶，耐热性好，在-90℃也不失去其弹性，能在300℃的高温中使用，还具有良好的耐候性，且耐臭氧，并有高度电绝缘性。

6．氟橡胶

该橡胶是含氟的高分子弹性体。

具有优良的耐高温、耐油和耐酸碱腐蚀性能，为现有橡胶中耐腐蚀性能最好的一种。

7．氯醇橡胶

该橡胶是环氧丙烷均聚或环氧氯丙烷与环氧乙烷共聚体。

具有良好的耐热、耐油、耐臭氧、耐酸碱和耐溶剂性能，且原料易得，价格低廉。

（二）衬里要求

设备橡胶衬里的层数与厚度应根据使片使用条件不同而异，一般按以下条件采用：

①储槽、储罐：

一层，2～4mrn厚橡胶；

②泵、风机：

二层，4～6mm厚橡胶；

③用于腐蚀介质中含有固体微粒时：

二层，先用1.5～2.0mm硬橡胶打底，再复以3.0mm软橡胶。

④用于表面受有冲击力时：

二层，先用1.5～2.0mm软橡胶打底，再复以3.0mm硬橡胶。

⑤用于较严重腐蚀介质时：

三层，先用1.5～2.0mm软橡胶打底，中间复以3.0mm的硬橡胶，外复1.5～2.0mm的软橡胶。

（三）衬里的维修

衬里被损坏的地方，先将损坏处挖掉，除锈，用苯擦洗干净，再涂以软胶膏，而后用热烙铁烙干即可。

二、铸石，耐酸陶瓷、花岗岩衬里

由于该类材料具有良好的耐磨、耐腐蚀性能，用粘结剂将这些材料依次砌于设备内壁衬里，可防止设备基体的磨损与腐蚀、在环境工程中常有使用，但由于该类材料的耐急冷、急热性能均较差，一般仅宜在200℃温度以下的情况下使用。

在耐酸耐温情况下用耐酸陶瓷衬里时，一般使用两层，与介质接触的用面砖，紧贴设备壁面的用背砖，该砖的主要物理机械性能如表5.1.13所示。

2.2.3使用复合材料

一、玻璃钢

玻璃钢是一种用玻璃纤维制品为增强材料，用树脂作粘结剂，经过一定的成型工艺制作而成的复合材料，质量轻，强度高，耐热和耐化学腐蚀性能优良，在航空、造船、化工、冶金、石油等行业中广泛应用，是一种很有发展前途的耐腐蚀材料。

常用的有环氧、酚醛、呋喃、聚酯玻璃钢等，其耐腐蚀性能与相应的树脂相似，详见表5.2.2。

其种类、用料及特点如表5.3.2所示。

二、塑料复合钢板

塑料复合钢板是在A2、A3钢板上复以厚为0.2～0.4mm的软质或半硬质聚氯乙烯塑料膜，并分为单面复层和双面复层两种，可耐酸、碱、油及醇类的侵蚀，耐水、绝缘、耐磨性能也好，并具有一般碳钢板的机加工性能。

塑料膜与钢板问的剥离强度≥196kPa，当冷弯1800、杯突试验深度大于6.5mm时，复合层不会发生剥离现象，但价格比普通碳素钢板贵50％，仅能适于10～60℃常温情况下使用，且生产厂家不多。