5 非金属结构材料的耐蚀性

过程装备腐蚀与防护

第5章 非金属结构材料的耐蚀性5.1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素 5.2 耐蚀高分子材料

5.3 耐蚀无机非金属材料5.4 碳-石墨 5.5 树脂基复合材料-玻璃钢的耐蚀性

非金属结构材料的耐蚀性概述非金属材料与金属材料的比较

某些条件下必须使用非金属材料

a. 合成盐酸、氯化和溴化过程、合成酒精等生产系统，只有采用大 量非金属材料才能实现大规模工业化； b. 1100℃的烧嘴、气-气相高温换热器等必须使用非金属材料； c. 高纯度的特殊产品(如医药、化学试剂、食品等)的生产设备，必 须采用陶瓷、玻璃、搪瓷之类的非金属材料。

非金属结构材料的耐蚀性5.1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素 1. 渗透 5.1.1 渗透、溶胀与溶解

1) 酚醛树脂(交联结构)对水的渗透性很小； 2) 氟塑料是晶态的且表面惰性高，对水的渗透性小； 3) 无定形的聚氯乙烯渗透性较强； 4) 聚苯乙烯渗水能力更大。 渗透性取决于介质与材料的亲和力，介质与材料的亲和力和二者 的极性有关，亲和力增强，渗透性增大。介质与材料的极性接近，亲 和力也大。

非金属结构材料的耐蚀性5.1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素 2. 溶胀与溶解 溶胀：一定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现象。 溶解：溶胀一直进行，无交联键的大分子充分溶剂化，缓慢地向溶剂 中扩散而形成均一溶液的过程, 完成溶解过程。 溶解性遵循极性相似原则： 极性大的溶质易溶于极性大的溶剂；极性小的溶质易溶于极性小 的溶剂。 5.1.1 渗透、溶胀与溶解

非金属结构材料的耐蚀性5.1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素 5.1.2 化学腐蚀(氧化与水解) 高分子材料中的大分子，如果含有易与环境介质作用的官能团， 会发生氧化、水解、取代、卤化以及交联等化学反应。氧和水具有很 大的渗透能力和反应活性，高分子材料的氧化和水解是最常见的两种 腐蚀破坏反应。例如烯烃类聚合物的氧化过程：

辐射与紫外光等物理因素促使弱键进一步裂解。

非金属结构材料的耐蚀性5.1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素 5.1.2 化学腐蚀(氧化与水解) 根据与碳原子相连或与双键α-位碳原子相连的C-H键能的强弱， 碳链高聚物的易氧化程度依次为： 聚二烯烃>聚丙烯>低密度聚乙烯>高密度聚乙烯

杂链大分子较碳链难于氧化。 高分子材料耐水、酸、碱的能力，主要与其水解基团在相应的酸、 碱介质中的水解活化能有关，活化能高，耐水解性就好。很多高分子材料如环氧树脂、聚氨酯、氯化聚醚、聚酰亚胺以及 有机硅树脂等，都有各种能水解的基

团，如酯键、酰胺键、醚键等等。 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

非金属结构材料的耐蚀性5.1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素 5.1.3 应力腐蚀开裂 高分子材料在应力和腐蚀性介质共同作用下，其质量变化率较无 负荷时更大，使耐蚀性能急剧下降，但不一定都发生裂纹。只是在某 些条件下有类似金属应力腐蚀破裂的现象，会出现裂纹，并不断发展 直至脆断。 高分子材料的应力腐蚀机理很不成熟，大致规律如下： a. b. c. 材料受外加负荷或加工过程产生的残余应力作用时，大分子 链及链段会顺作用力力向移动。 高分子材料受长期静负荷的作用以及交变应力状态下，与金 属一样也会发生蠕变和疲劳。 受多向应力作用或存在较大应变的高分子材料，在某些环境 介质中往往会产生银纹。

裂纹的不断发展可能导致脆性破坏，而在相应的应力与应变状态 下，如果没有介质的作用，裂纹不一定会发生。这即为高分子材料的 环境应力开裂，耐环境应力开裂的能力与材料的本性和介质性质有关。

非金属结构材料的耐蚀性5.1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素 5.1.4 老化 大气条件对高分子材料的寿命有影响。 “耐候性”----高分子材料在室外条件的耐受能力。 高分子材料的耐老化能力： 聚丙烯<聚乙烯<聚甲醛和尼龙<硬聚氯乙烯和聚丙烯酸酯<氟塑料 影响高分子材料老化的主要因素：

1) 2) 3) 4)

阳光(主要是其中的紫外线和红外线，可使化学键激发或断裂) 温度 湿度(溶胀、水解和变形) 其他作用: 氧气、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫等，风、雨、雪、 尘等

非金属结构材料的耐蚀性5.2 耐蚀高分子材料

此部分作为自学内容。

非金属结构材料的耐蚀性5.2 耐蚀高分子材料

1.耐腐蚀塑料 (1)聚氯乙烯塑料分类；影响其耐蚀性能的因素；塑料 “老化”的定义及特点。 (2)聚丙烯的特点。 (3)氟塑料的种类，特点及作用。 2.耐腐蚀橡胶 氟橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶的特点。 3.硬聚氯乙烯设备的结构设计特点 高分子材料机械强度低，刚度不如钢材，耐热能力较差， 作为结构材料受到一些限制。 聚氯乙烯材料作为较重要设备一般采用单面或双面加强焊； 多块板材拼焊起来的设备，焊缝尽可能等距离错开；接管孔 位置要避开焊缝。

非金属结构材料的耐蚀性5.3 耐蚀无机非金属材料 1. 陶瓷的耐蚀性 (1)化工陶瓷的分类和组成 5.3.1 陶瓷的耐蚀性和特性指标

(2)化工陶瓷的耐蚀性 陶瓷材料有良好的耐蚀性。陶瓷的耐蚀性与材料的化学成分、矿

物学组成、孔隙、结构类型(无定型或结晶型),高温下材料性质的变 异以及腐蚀介质的性质等有关。

非金属结构材料的耐蚀性5.3 耐蚀无机非金属材料 (2)化工陶瓷的耐蚀性 a. 一般SiO2的含量越大，其耐蚀性越高； b. 硅酸盐材料耐大多数无机盐酸腐蚀，但不耐氢氟酸、300℃以上磷酸 和苛性碱溶液的腐蚀； c. 结晶的SiO2 (石英)有较好的抗碱能力； d. Al2O3为游离态或与SiO2 结合的某些化合物态时，易被无机酸和碱溶 解，但高温烧结后的结晶型Al2O3能抗较高温度下的酸或碱的腐蚀； e. 孔隙使材料耐蚀性降低； f. 除氢氟酸和高温磷酸外，硅酸盐材料在酸中的腐蚀速率几乎与酸的 种类无关，而主要取决与酸的电离度和黏度； g. 工程陶瓷SiC及Si3N4对HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4等酸性介质有良 好的耐蚀性，但也会被HF和NaOH腐蚀。 5.3.1 陶瓷的耐蚀性和特性指标

非金属结构材料的耐蚀性5.3 耐蚀无机非金属材料 5.3.1 陶瓷的耐蚀性和特性指标 2. 陶瓷材料的特性指标 机械强度、物理性能、孔隙率、化学稳定性等，其中与金属材料 有较大差异的有： a. 孔隙率和吸水率； b. 不渗透性 c. 耐热冲击性能； d. 耐酸度或耐碱度 3. 化工陶瓷的应用 化工陶瓷耐除有优良的耐蚀性，除氢氟酸、硅氟酸、热的磷酸和 浓碱外，几乎耐任何化工介质，包括热浓硝酸、硫酸、盐酸、王水、 盐溶液和有机溶剂等。 常用于制造塔器、贮槽、泵、风机和旋塞、管道管件等等，使用 中常作为防腐衬里材料。

非金属结构材料的耐蚀性5.3 耐蚀无机非金属材料 1. 玻璃 5.3.2 其他硅酸盐材料

非金属结构材料的耐蚀性5.3 耐蚀无机非金属材料 2. 花岗岩和铸石 5.3.2 其他硅酸盐材料

非金属结构材料的耐蚀性5.4 碳-石墨 碳的同素异构有无定型碳、石墨和金刚石，前两者称为碳素制品， 其制造方法类似陶瓷。 碳-石墨制品有优良的物理化学性能，广泛用于冶金、机电、化工、 原子能和航空等部门。 如：利用不透性石墨的高导热性和耐蚀性制作化工设备，利用碳素材 料的耐磨性和耐蚀性制作化工机械零件。 近年来，新型碳素材料、碳纤维及其复合材料的开发和应用取得 了可喜的成果。 2004年国家科学技术奖励 “高性能炭/炭航空制动 …… 此处隐藏：2510字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……