1、 第五章第五章 非金屬結構材料耐蝕特性非金屬結構材料耐蝕特性5-1 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5-2 耐耐腐蝕高分子材料腐蝕高分子材料5-3 耐耐腐蝕無機非金屬材料腐蝕無機非金屬材料5-5 玻璃鋼玻璃鋼5-4 碳碳石墨石墨 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，價格低廉。但物理機械性能差，原料來源豐富，價格低廉。但物理機械性能差，施工技術施工技術、腐蝕機理尚不成熟。腐蝕機理尚不成熟。非金屬材料按性質分為非金屬材料按性質分為： （1）高分子材料，如塑料、橡膠、膠結材）高分子材料，如塑料、橡膠、膠結材料、涂料；料、涂料；

2、 （2）無機材料，如天然耐酸材料（花崗）無機材料，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）復合材料，如玻璃）復合材料，如玻璃鋼鋼。2課堂互動3影響高分子材料老化的因素：影響高分子材料老化的因素： 陽光陽光 溫度溫度 濕度濕度 其他作用其他作用老化（耐侯性）老化（耐侯性）紫外線紫外線紅外線紅外線水分、水分、雨雪雨雪 一、一、老化老化 化學解質或在光、熱、應力作用下高化學解質或在光、熱、應力作用下高分子材料重量分子材料重量、體積、強度等性能發生質體積、強度等性能發生質變喪失使用性能的過程稱為變喪失使用性能的過程稱為“老化

3、老化”。45-1 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影響老化的因素影響老化的因素 （1 1）溫度：）溫度：升高溫度，引起熱老化并促進化學升高溫度，引起熱老化并促進化學老化，增塑劑揮發等；老化，增塑劑揮發等； （2）陽光：）陽光：陽光下聚合物基團吸收與它固有頻陽光下聚合物基團吸收與它固有頻率相應的紫外光波，使高聚物大分子中的化學鍵激率相應的紫外光波，使高聚物大分子中的化學鍵激發或價鍵斷裂產生自由基，在氧氣，水等存在下，發或價鍵斷裂產生自由基，在氧氣，水等存在下，發生進一步裂解反應發生進一步裂解反應； （3 3）濕度：）濕度：大氣中水分子，雨雪使高分子材料發大氣中水分子，雨雪

4、使高分子材料發生溶脹、水解、變形、表面龜裂生溶脹、水解、變形、表面龜裂； （4 4）其它作用：）其它作用：在光、熱作用下，大氣中氧氣、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、二氧化碳、硫化氫、二氧化硫與高分子材料反應、裂解；風裂解；風、雨、雪、塵等對設備的沖刷作用。雨、雪、塵等對設備的沖刷作用。5 滲透：高分子材料處于環境中，腐蝕性介質通過材料滲透：高分子材料處于環境中，腐蝕性介質通過材料 表面滲入內部，同時，材料的可溶成分及腐蝕產物逆向擴散表面滲入內部，同時，材料的可溶成分及腐蝕產物逆向擴散進入介質。進入介質。 溶脹溶脹: :相當數量介質小分子滲入高聚物內部，

5、引起高分相當數量介質小分子滲入高聚物內部，引起高分子材料宏觀上體積和重量增加的現象稱為溶脹。子材料宏觀上體積和重量增加的現象稱為溶脹。具有交聯結具有交聯結構體型高聚物，只能交聯鍵伸直，難斷裂，發生溶脹。構體型高聚物，只能交聯鍵伸直，難斷裂，發生溶脹。 溶解：溶解：如果大分子間無交聯鍵，溶脹可以一直進行下去，如果大分子間無交聯鍵，溶脹可以一直進行下去，大分子充分溶劑化后緩慢向溶劑擴散，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。線性高聚物溶脹進而溶解。進而溶解。二、二、滲透滲透 溶脹

6、溶脹 溶解溶解6三、三、化學腐蝕化學腐蝕氧化與水解氧化與水解 氧和水具有很大滲透能力和反應活性氧和水具有很大滲透能力和反應活性，反應使主鍵斷裂。氧化和水解是高分子材料反應使主鍵斷裂。氧化和水解是高分子材料腐蝕破壞的常見反應。腐蝕破壞的常見反應。尤其溫度高于尤其溫度高于150150200200時。時。 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碳原子的叔碳原子的氫，位碳原子或連有三個碳原子的叔碳原子的氫，結合力弱，易氧化形成氫過氧化物。結合力弱，易氧化形成氫過氧化物。 化學腐蝕化學腐蝕-氧化氧化7 化學腐蝕化學腐蝕-氧化氧化 易氧化程度依次為：聚二烯烴易氧化程

7、度依次為：聚二烯烴聚丙烯聚丙烯低密度聚乙烯低密度聚乙烯高密度聚乙烯。高密度聚乙烯。 烯烴大分子引入鹵素，雜鏈大分子抗氧烯烴大分子引入鹵素，雜鏈大分子抗氧化能力改善。化能力改善。8 加聚反應合成的產物的主鏈加聚反應合成的產物的主鏈“CC”CC”共價鍵不易水解共價鍵不易水解； 雜鏈高聚物中雜原子與碳原子形成極性鍵易受到極性雜鏈高聚物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。很大水分子攻擊。雜原子與碳原子鍵的極性越大，越雜原子與碳原子鍵的極性越大，越易水解易水解, ,在酸、堿催化作用下更易進行在酸、堿催化作用下更易進行； 高分子材料的水解基團在酸堿介質中的水解活化能越高分子材料的水解基團在

8、酸堿介質中的水解活化能越高，越不易水解高，越不易水解； 化學腐蝕化學腐蝕-水解水解耐酸性介質水解能力依次為：醚鍵耐酸性介質水解能力依次為：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。耐堿性介質水解能力耐堿性介質水解能力: :酰胺鍵或酰亞胺鍵酰胺鍵或酰亞胺鍵 酯鍵。酯鍵。9n大分子鏈及鏈段沿應力方向移動：大分子鏈及鏈段沿應力方向移動： 拉應力作用下：材料的質量拉應力作用下：材料的質量，機械強度，機械強度 正應力作用下：材料的質量增加趨勢正應力作用下：材料的質量增加趨勢四四、應力腐蝕應力腐蝕 在某些條件下，高分子材料在某些條件下，高分子材料在應力和腐蝕介質共同作用下，在應力和

9、腐蝕介質共同作用下，介質溶入材料內部，應力增大，耐腐蝕性能急劇下降，介質溶入材料內部，應力增大，耐腐蝕性能急劇下降，發生類發生類似金屬應力腐蝕破裂的現象，出現裂紋，并不斷發展直至脆斷。似金屬應力腐蝕破裂的現象，出現裂紋，并不斷發展直至脆斷。其規律：其規律： （1 1）拉應力促進腐蝕拉應力促進腐蝕：材料：材料受受外加負荷或加工過程殘余應力外加負荷或加工過程殘余應力作用時，作用時， 10 （2）蠕變和疲勞：長期靜負荷作用及交變）蠕變和疲勞：長期靜負荷作用及交變應力狀態下，應力狀態下，腐蝕性介質中，腐蝕性介質中，會發生蠕變會發生蠕變和疲勞；和疲勞；蠕變強度蠕變強度、疲勞強度、疲勞強度 （3）環境應力

10、開裂：受多向應力或較大應）環境應力開裂：受多向應力或較大應變作用下變作用下的的高分子材料，高分子材料，在某些環境介質在某些環境介質中中可能可能產生產生銀紋銀紋,發生環境應力開裂發生環境應力開裂。11耐環境應力開裂的能力與材料本性和介質本性有關：耐環境應力開裂的能力與材料本性和介質本性有關： 部分結晶的塑料，晶區有應力集中，在晶區與非部分結晶的塑料，晶區有應力集中，在晶區與非 晶區的交界處產生裂紋的傾向性就大晶區的交界處產生裂紋的傾向性就大； 應力集中部位，環境應力開裂的可能性大應力集中部位，環境應力開裂的可能性大； 分子量小、分布窄的高聚物比大分子量的易發生分子量小、分布窄的高聚物比大分子量的

11、易發生 開裂。開裂。p在具有中等溶脹能力的醇類、蓖麻油等活性介質在具有中等溶脹能力的醇類、蓖麻油等活性介質 中，材料易發生環境應力開裂。中，材料易發生環境應力開裂。 12 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、穩定劑、潤滑劑、顏料劑等經捏合、加入增塑劑、穩定劑、潤滑劑、顏料劑等經捏合、混煉和成型加工過程而制的。混煉和成型加工過程而制的。 按按100100份樹脂加份樹脂加30-7030-70份增塑劑的塑料，質地柔份增塑劑的塑料，質地柔軟，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

12、5份）的稱硬份）的稱硬聚氯乙烯塑料。聚氯乙烯塑料。5-2 耐耐腐蝕高分子材料腐蝕高分子材料一一、 聚氯乙烯聚氯乙烯13 除強氧化劑（如濃度大于除強氧化劑（如濃度大于50%50%硝酸、發煙硫酸），硝酸、發煙硫酸），芳香族、氯代碳氫化合物（如苯、甲苯、氯苯）及酮芳香族、氯代碳氫化合物（如苯、甲苯、氯苯）及酮類外，能耐大部分酸、堿、鹽類、碳氫化合物、有機類外，能耐大部分酸、堿、鹽類、碳氫化合物、有機溶劑等介質腐蝕。溶劑等介質腐蝕。 1.1.耐蝕性能：耐蝕性能： 分子結構中不含有活性較大基團，主鏈全是非極分子結構中不含有活性較大基團，主鏈全是非極性共價鍵性共價鍵C-CC-C聯結而成，故具有良好的聯結而

13、成，故具有良好的化學穩定性化學穩定性。影響耐蝕性能因素：影響耐蝕性能因素：溫度、應力、介質溫度、應力、介質。溫度、內應力越高腐蝕速率越快。溫度、內應力越高腐蝕速率越快。14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交聯氧化產物降解氧化產物降解交聯（老化）交聯（老化）15 與與強氧化性介質接觸，會被氧化，在光、熱強氧化性介質接觸，會被氧化，在光、熱或機械作用下易發生脫氯化氫反應，導致降或機械作用下易發生脫氯化氫反應，導致降解和交聯、變硬、變脆亦發生解和交聯、變硬、變脆亦發生“老化老化”。2.2.應用：應用： 良好耐蝕性，一定機械強度，成型加工良好耐蝕性，一定機械強度

14、，成型加工和和焊接方焊接方便，所以應用廣泛。可制作貯槽、塔設備、電除霧器、便，所以應用廣泛。可制作貯槽、塔設備、電除霧器、離心泵、風機、管道、管件、閥門等。制成纖維布耐離心泵、風機、管道、管件、閥門等。制成纖維布耐酸、耐堿、低價作濾布。酸、耐堿、低價作濾布。P134P134表表5-45-416n 根據根據PVC材料的特性和具體使用條件確定許用應力材料的特性和具體使用條件確定許用應力 和安全系數和安全系數。n 以長期拉伸強度作為計算許用應力的依據以長期拉伸強度作為計算許用應力的依據。n 焊縫系數焊縫系數0.850.95， 一般取一般取0.6 。3.3.設備結構設計特點：設備結構設計特點：n 剛性

15、較小，防止變形，頂蓋，筒體結構應采用加強性措施；剛性較小，防止變形，頂蓋，筒體結構應采用加強性措施； 17n 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；n 采用雙面或單面對接加強焊提高焊縫強度、保護采用雙面或單面對接加強焊提高焊縫強度、保護焊縫；焊縫盡可能錯開（多塊板材焊縫；焊縫盡可能錯開（多塊板材 ） ；18n 利用利用PVC的熱塑性，管道之間采用熱脹承插的結構的熱塑性，管道之間采用熱脹承插的結構連接連接。n 考慮到材料的膨脹系數，金屬加強構件與塑料設備考慮到材料的膨脹系數，金屬加強構件與塑料設備 之間允許相對自由位移；之間允許相對自由位移；膨脹系

16、數大，膨脹系數大，長管道，長管道，注意加膨注意加膨脹節脹節；19n 強度低不能承受過大附加載荷；強度低不能承受過大附加載荷； 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。 線膨脹系數線膨脹系數PP =3 線膨脹系數線膨脹系數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二二、其它塑料其它塑料但注意熱膨脹和剛性問題。但注意熱

17、膨脹和剛性問題。201. 聚丙烯塑料聚丙烯塑料（PP） ： 聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE，F - 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 46） 2. 氟塑料：氟塑料： 氟塑料是含氟原子的塑料總稱。具有氟塑料是含氟原子的塑料總稱。具有優良的腐蝕性、耐熱性、自潤滑性和電性優良的腐蝕性、耐熱性、自潤滑性和電性能。能。21 聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE，F - 4） CF2 - CF2 n高化學惰性高化學惰性耐蝕性耐蝕性耐熱性耐熱性耐老化性耐老化性l機械強度、剛性低機械強度、剛性低l線膨脹系數大線膨脹系數大l導熱性差導熱性差l熔點高，

18、成型加工困難熔點高，成型加工困難l難粘結或焊接難粘結或焊接用做摩擦件和密封件，用在高溫或強腐蝕場合用做摩擦件和密封件，用在高溫或強腐蝕場合(1)聚四氟乙烯聚四氟乙烯(F-4)：穩定性好、耐老化：穩定性好、耐老化“塑料王塑料王”但注意機械強度低于其他塑料，剛性也比較低。但注意機械強度低于其他塑料，剛性也比較低。22 聚全氟乙丙烯（聚全氟乙丙烯（FEP，F 46）-CF2-CF2- x - CF-CF2-y-n FEP 熔點熔點 PTFE熔點熔點; 加工成型性優于加工成型性優于PTFE (3) (3)聚全氟乙丙烯聚全氟乙丙烯(F-46)(F-46)：突出優點是熔：突出優點是熔點低加工成型性優。點低

19、加工成型性優。 (2) (2)聚三聚三氟氟乙乙烯烯(F-3)(F-3)：較好耐蝕性，加工：較好耐蝕性，加工成型性優。成型性優。 聚三氟氯乙烯（聚三氟氯乙烯（PCTFE， F 3） CF2 - CF nCl加工成型性優加工成型性優于聚四氟乙烯于聚四氟乙烯23 熱塑性塑料加工成型熱塑性塑料加工成型性優性優 ,用做涂層和襯里用做涂層和襯里 。 3.3.氯化聚醚塑料：氯化聚醚塑料： 結晶和大分子結構中存在醚鍵，耐蝕性、結晶和大分子結構中存在醚鍵，耐蝕性、耐溶劑性好，但對強氧化劑不耐，也不耐氯、耐溶劑性好，但對強氧化劑不耐，也不耐氯、氟、溴腐蝕。氟、溴腐蝕。24熱塑性塑料加工成型熱塑性塑料加工成型優優,

20、用做耐蝕和耐熱的閥門、泵、用做耐蝕和耐熱的閥門、泵、密封環主要用于防腐涂層密封環主要用于防腐涂層 4.4.聚苯硫醚塑料聚苯硫醚塑料(PPS)(PPS)： 耐熱性好，機械性能好，但耐蝕性差。耐熱性好，機械性能好，但耐蝕性差。5-3 耐耐腐蝕無機非金屬材料腐蝕無機非金屬材料（1 1）陶瓷的基本概念：）陶瓷的基本概念：陶瓷：陶瓷：（廣義）指金屬氧化物、碳化物、氮化（廣義）指金屬氧化物、碳化物、氮化物、硼化物，即所有固態無機材料統稱陶瓷。物、硼化物，即所有固態無機材料統稱陶瓷。 （狹義）指一切金屬氧化物。以（狹義）指一切金屬氧化物。以SiOSiO2 2為主體為主體的陶瓷，統稱硅酸鹽陶瓷。的陶瓷，統稱硅

21、酸鹽陶瓷。 特點：溶點高、耐高溫、強度特點：溶點高、耐高溫、強度 硬度高、硬度高、耐氧化、耐腐蝕耐氧化、耐腐蝕、高化學穩定性。高化學穩定性。1.1.陶瓷的特性陶瓷的特性一一、 陶瓷陶瓷25陶瓷的耐蝕性的影響因素：陶瓷的耐蝕性的影響因素： 材料的化學成分材料的化學成分 礦物學組成礦物學組成 孔隙孔隙 結構類型結構類型 高溫下材料性質的變異高溫下材料性質的變異 腐蝕介質的性質腐蝕介質的性質SiO2, Al2O3耐酸耐酸CaO, MgO 耐耐堿堿陶瓷的化學陶瓷的化學組分為各類組分為各類硅酸鹽硅酸鹽26 （2）陶瓷材料的特性指標：陶瓷材料的特性指標： 27吸水率：材料吸水前后重量之差與原重量之比。吸水

22、率：材料吸水前后重量之差與原重量之比。100100%GGWGW W：吸水率；：吸水率； G G0 0：干燥件重量；：干燥件重量； G G1 1：試件被水飽和后的重量。：試件被水飽和后的重量。不滲透性不滲透性 是材料抵抗液體或氣體滲透的性能。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，施以一用水或腐蝕性溶液注滿壓力空間，施以一定壓力，在一定時間內如果試件大氣側無明顯定壓力，在一定時間內如果試件大氣側無明顯漏泄或液滴則可以認為不滲透。漏泄或液滴則可以認為不滲透。孔隙率：材料中空隙體積與材料總體積之比。孔隙率：材料中空隙體積與材料總體積之比。空隙率和吸空隙率和吸水水率率 28 耐

23、熱沖擊性能耐熱沖擊性能 是反是反映映材料承受溫度劇變能力的指標。材料承受溫度劇變能力的指標。 耐酸度耐酸度 表示腐蝕性。表示腐蝕性。21100%gKgK K：耐酸度；：耐酸度；g g1 1：試驗前材料重量；：試驗前材料重量；g g2 2：試驗后材料重量。：試驗后材料重量。 29 （3 3）化工陶瓷的應用：）化工陶瓷的應用： 主要成分主要成分60%-70%SiO60%-70%SiO2 2和和20%-30%Al20%-30%Al2 2O O3 3少量少量K K2 2O O和和NaNa2 2O O等，具有優良耐腐蝕性，能耐除氫氟等，具有優良耐腐蝕性，能耐除氫氟酸、硅氟酸、熱磷酸及濃堿外任何化工介質。

24、酸、硅氟酸、熱磷酸及濃堿外任何化工介質。 可作塔器、貯槽、泵、風機、可作塔器、貯槽、泵、風機、懸塞、懸塞、管、管、管件、管件、襯里材料。襯里材料。30 2.2.設備結構設計特點設備結構設計特點 化工陶瓷強度低，適于制作常壓、低壓設備。化工陶瓷強度低，適于制作常壓、低壓設備。為保證坯體干燥，燒成過程中能自由伸縮，容器殼為保證坯體干燥，燒成過程中能自由伸縮，容器殼體設計成圓筒形、球形，器壁不能過薄，直徑不大體設計成圓筒形、球形，器壁不能過薄，直徑不大于于1.2m1.2m，高度不超過，高度不超過1.5m1.5m。 設備的底設備的底 蓋：蓋：為介質易排凈，底設計成蝶形為介質易排凈，底設計成蝶形、半球形

25、半球形、平底，底與筒體連接內外轉角半徑大于壁平底，底與筒體連接內外轉角半徑大于壁厚的厚的1/31/3，頂蓋采用蝶形、橢圓形或半球形。，頂蓋采用蝶形、橢圓形或半球形。31 設備的支座：盡可能設計成裙式支座，四設備的支座：盡可能設計成裙式支座，四周開設透氣孔，還可用凸圈式支承。周開設透氣孔，還可用凸圈式支承。 濾板：抗壓強度遠大濾板：抗壓強度遠大于抗拉強度，濾板設計成于抗拉強度，濾板設計成拱形。拱形。32 連接結構：設備接管、管道、塔節間連連接結構：設備接管、管道、塔節間連接采用承插結構或金屬活套法蘭連接（內壓接采用承插結構或金屬活套法蘭連接（內壓設備）設備） 。33 輸送熱介質的管道：設置補償裝

26、置。輸送熱介質的管道：設置補償裝置。34二二、其他硅酸鹽材料其他硅酸鹽材料 1. 1.玻璃玻璃 普通玻璃：主要成分是普通玻璃：主要成分是SiOSiO2 2和堿金屬氧化物（和堿金屬氧化物（K K2 2O O，NaNa2 2O O），化學穩定性和熱穩定性較差。），化學穩定性和熱穩定性較差。 石英玻璃：主要成分是高純石英玻璃：主要成分是高純SiOSiO2 2，線膨脹系數極小，線膨脹系數極小，耐熱性極高，具有良好耐蝕性，但熔制困難，成本高。耐熱性極高，具有良好耐蝕性，但熔制困難，成本高。主主要用于制作實驗室儀器、高純物料提純設備。要用于制作實驗室儀器、高純物料提純設備。 高硅氧玻璃：含有高硅氧玻璃：含

27、有95% SiO95% SiO2 2，線性膨脹系數小，耐熱，線性膨脹系數小，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。石英玻璃。是石英玻璃的替代品。是石英玻璃的替代品。 硼硅酸鹽玻璃：含有硼硅酸鹽玻璃：含有79% SiO79% SiO2 2，12%-14%B12%-14%B2 2O O3 3, ,少量少量AlAl2 2O O3 3和和NaNa2 2O O，耐熱、硬質、耐蝕、制作工藝性能好。，耐熱、硬質、耐蝕、制作工藝性能好。用于制作用于制作實驗室玻璃儀器、蒸餾塔、吸收塔、泵、換熱器、管道、實驗室玻璃儀器、蒸餾塔、吸收塔、泵

28、、換熱器、管道、法蘭、閥門等。法蘭、閥門等。35( (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、溝槽和基底等產地不同產地不同的花崗巖，的花崗巖，性能差異性能差異較大較大 2. 2.花崗巖花崗巖 是天然石材，含是天然石材，含70%-75% SiO70%-75% SiO2 2，15%15%左右左右 AlAl2 2O O3 3和和10%10%左右堿金屬氧化物（左右堿金屬氧化物（K K2 2O O

29、，NaNa2 2O O）。主）。主要礦相是長石和石英，少量礦相是云母和磁鐵礦，要礦相是長石和石英，少量礦相是云母和磁鐵礦，質地致密，耐蝕。質地致密，耐蝕。36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 3. 3.鑄石鑄石 是玄武巖、輝綠巖及工業渣配料溶化，鑄成是玄武巖、輝綠巖及工業渣配料溶化，鑄成人工石材，含約人工石材，含約50% SiO50% SiO2 2，15%15%左右左右 AlAl2 2O O3 3，其余，其余是堿金屬和鐵氧化物。耐酸、耐堿、耐磨、施工是堿金屬和鐵氧化物。耐酸、耐堿、耐磨、施工方便。方便。

30、37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稱為碳墨的成品統稱為碳素材料素材料具有一系列優良的物理，化學性具有一系列優良的物理，化學性能，能，工業部門。工業部門。5-4 碳碳石墨石墨38一一、碳碳石墨制品制造石墨制品制造 1. 1.天然石墨：是由含有大量有機質的沉積天然石墨：是由含有大量有機質的沉積碳或煤層碳或煤層含含碳碳氣體，在地殼中受高溫、高壓氣體，在地殼中受高溫、高壓作用，逐漸經熱力變質而成的，是一種非金屬作用，逐漸經熱力變質而成的，是一種非金屬礦物，呈黑色或剛灰色，形狀呈鱗片或葉片狀，礦物，呈黑色或剛灰色，形狀呈鱗片或葉片狀，純純度度低，組織松散發滑。

31、低，組織松散發滑。39 2. 2.人工石墨：以無煙煤、焦炭、石油焦、人工石墨：以無煙煤、焦炭、石油焦、瀝青瀝青等為主要原料，經粉碎、篩分、成型、煅等為主要原料，經粉碎、篩分、成型、煅燒及石墨化等工藝過程制的產品。生產流程：燒及石墨化等工藝過程制的產品。生產流程：無煙煤、焦無煙煤、焦炭、石油焦炭、石油焦填塞孔隙填塞孔隙合成樹脂、水玻璃、合成樹脂、水玻璃、低熔點金屬低熔點金屬40 浸漬石墨的機械強度顯著提浸漬石墨的機械強度顯著提 高，導熱性和熱膨系數變高，導熱性和熱膨系數變 化不大化不大 3. 不透性石墨：不透性石墨：碳碳石墨經浸漬劑石墨經浸漬劑(合成合成樹脂、水玻璃或低熔點金屬樹脂、水玻璃或低熔

32、點金屬)浸漬填塞孔隙制浸漬填塞孔隙制成不透性石墨。成不透性石墨。41 1. 性能性能 （1）優良的化學穩定性能：對大部分酸、）優良的化學穩定性能：對大部分酸、堿、鹽、有機化合物介質都是穩定的，在強氧堿、鹽、有機化合物介質都是穩定的，在強氧化劑中發生膨脹軟化而破壞化劑中發生膨脹軟化而破壞; （2）優良的導熱性能：石墨化程度越高，）優良的導熱性能：石墨化程度越高，其傳熱性能越強其傳熱性能越強; （3）熱膨脹系數小）熱膨脹系數小,優良耐熱沖擊性能：操優良耐熱沖擊性能：操作時溫度波動不會炸裂；作時溫度波動不會炸裂； 壓制和澆注石墨導熱性下降，熱膨脹系數提高壓制和澆注石墨導熱性下降，熱膨脹系數提高 （4

33、）優良的自潤滑特性：作減磨材料。）優良的自潤滑特性：作減磨材料。二二、 碳碳石墨性能與應用石墨性能與應用42 制備熱交換器、膜式吸收塔、鹽酸合成爐、制備熱交換器、膜式吸收塔、鹽酸合成爐、塔設備（板式塔、填料塔）及流體輸送設備塔設備（板式塔、填料塔）及流體輸送設備（離心泵、管子、旋塞）。化工機械上作密（離心泵、管子、旋塞）。化工機械上作密封環、滑動軸承。封環、滑動軸承。2. 應用：主要利用石墨耐腐蝕性，耐磨性。應用：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 以及農藥的生產中以及農藥的生產中作作n 熱交換器（列管式、

34、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 密封環和滑動軸承密封環和滑動軸承43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高優良的熱穩定性高優良的熱穩定性n導熱率（各向異性）導熱率（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 設備或接管法蘭面的密封設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

35、材料。三三、新型碳素材料新型碳素材料 1. 膨脹石墨：天然鱗片石墨，凈化，酸洗，水洗，膨脹石墨：天然鱗片石墨，凈化，酸洗，水洗，加熱爐中在加熱爐中在1000左右下分解，氣化，模壓，輥壓，左右下分解，氣化，模壓，輥壓，沖壓成制品。沖壓成制品。 制品質地柔軟，高熱穩定性，熱導性好，耐蝕，制品質地柔軟，高熱穩定性，熱導性好，耐蝕，可壓縮性、回彈性好。可壓縮性、回彈性好。44 2. 碳纖維及復合材料碳纖維及復合材料 碳纖維：天然或人造纖維在一定條件下經過加碳纖維：天然或人造纖維在一定條件下經過加工和碳化而成。工和碳化而成。 耐熱、耐腐蝕、低耐熱、耐腐蝕、低導導熱性，常將碳纖維織成碳熱性，常將碳纖維織成

36、碳布、碳氈用作感應爐、電阻爐的熱屏蔽材料。布、碳氈用作感應爐、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。具有良好密封性，壽命長，常作密封填料。 碳纖維復合材料：碳纖維碳纖維復合材料：碳纖維/樹脂、碳纖維樹脂、碳纖維/金屬、金屬、碳纖維碳纖維/碳，碳，碳纖維碳纖維/樹脂應用最多。樹脂應用最多。高比強度、高比高比強度、高比剛度、耐蝕。用作化工機械高速回轉件，如離心機剛度、耐蝕。用作化工機械高速回轉件，如離心機轉鼓、泵的葉輪。轉鼓、泵的葉輪。45n 彌補了普通彌補了普通C素材料的弱點（脆性），具有很高素材料的弱點（脆性），具有很高 的比強度、比剛度；的比強度、比剛度；n C纖維導熱

37、性低，用做感應爐或電阻爐的熱屏蔽纖維導熱性低，用做感應爐或電阻爐的熱屏蔽 材料；材料；n 石墨化纖維導熱率較高，可做為發熱元件（真石墨化纖維導熱率較高，可做為發熱元件（真空、空、 惰性氣體中：惰性氣體中：2500）；）；n 石墨紗經四氟乙烯浸漬，作為輸送腐蝕介質的石墨紗經四氟乙烯浸漬，作為輸送腐蝕介質的化化 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。碳纖維及復合材料碳纖維及復合材料46n 石墨材料不能焊接、易石墨材料不能焊接、易機械加工，多采用膠結機械加工，多采用膠結組合組合n 大多采用平板、塊、管、大多采用平板、塊、管、條等進行粘結組合；條等進行粘結組合； n

38、 多層板膠結時，膠結縫多層板膠結時，膠結縫要錯開（要錯開（60）；）；4. 石墨設備結構特點石墨設備結構特點47n 接管與筒體的接管與筒體的連接通常也用連接通常也用膠結的方法；膠結的方法； n 有時采用螺紋有時采用螺紋（螺紋牙）與（螺紋牙）與膠粘劑并用的膠粘劑并用的連接結構；連接結構；48n 筒體與筒體的連接通筒體與筒體的連接通常也用膠結的方法；常也用膠結的方法；n 管子與管板連接管子與管板連接采用錐形膠粘結構；采用錐形膠粘結構；49n 設備或管道彼此間采用凸緣活套法蘭、設備或管道彼此間采用凸緣活套法蘭、頂蓋采用頂蓋采用 平面法蘭；平面法蘭；50石墨與金屬材料石墨與金屬材料組合設備，要考組合設

39、備，要考慮熱膨脹系數的慮熱膨脹系數的影響影響浮頭式列管換熱浮頭式列管換熱器的熱補償結構器的熱補償結構n 與金屬組合制造設備，應考慮其不同的熱膨脹與金屬組合制造設備，應考慮其不同的熱膨脹系數的影響，采用熱補償結構。系數的影響，采用熱補償結構。515-5 樹脂基復合材料-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合材料稱為玻璃纖維熱固性增強塑料，俗稱樹脂基復合材料稱為玻璃纖維熱固性增強塑料，俗稱玻璃鋼。玻璃鋼。52輕質高強，耐蝕性優，耐熱輕質高強，耐蝕性優，耐熱性好，線膨脹系數小，性好，線膨脹系數小，成型成型加工性好

40、加工性好等特點等特點，應用廣泛。，應用廣泛。性能與玻璃纖維及樹脂的種性能與玻璃纖維及樹脂的種類、組成相的比例、組成相類、組成相的比例、組成相之間的結合強度有關之間的結合強度有關玻璃鋼玻璃鋼制品制品53一一、組成組成 1. 玻璃纖維：玻璃鋼的骨架。是將玻璃玻璃纖維：玻璃鋼的骨架。是將玻璃球球置于電熱白金坩堝中，高溫加熱至熔融，通過置于電熱白金坩堝中，高溫加熱至熔融，通過坩堝底部許多小孔流出，經坩堝底部許多小孔流出，經高速高速機械拉引而成機械拉引而成直徑小于直徑小于10的纖維。纖維束經浸潤劑粘接成的纖維。纖維束經浸潤劑粘接成原紗，再根據需要制成捻紗或無原紗，再根據需要制成捻紗或無捻紗制品。捻紗制品

41、。玻璃纖維分兩類：玻璃纖維分兩類： （1）無堿玻璃纖維）無堿玻璃纖維 低堿硼硅玻璃：含堿低低堿硼硅玻璃：含堿低于于0.5%，強度高，作增補材料；，強度高，作增補材料； （2）有堿玻璃纖維：含堿量為）有堿玻璃纖維：含堿量為8-15%鈉鈣玻鈉鈣玻璃，耐火、耐風、電絕緣及機械強度差，但成璃，耐火、耐風、電絕緣及機械強度差，但成本低。本低。54環氧基環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）環氧樹脂）環氧樹脂 凡分子結構中含有環氧基凡分子結構中含有環氧基團的高分子化合物統稱為環團的高分子化合物統稱為環氧樹脂。氧樹脂。 2. 合成樹脂：影響玻璃鋼物理、化學性能。常用合成樹脂：影響玻璃鋼

42、物理、化學性能。常用的熱固樹脂有環氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚的熱固樹脂有環氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚酯樹脂，其作用是將玻璃纖維粘接為一個整體，起酯樹脂，其作用是將玻璃纖維粘接為一個整體，起傳遞載荷和防滲透作用，賦予玻璃鋼各種優良綜合傳遞載荷和防滲透作用，賦予玻璃鋼各種優良綜合性能性能，如如良好耐腐性，電絕緣性，施工工藝性等。良好耐腐性，電絕緣性，施工工藝性等。55 粘接性能優異粘接性能優異；環氧固化物具有優良的化學穩定性環氧固化物具有優良的化學穩定性； 固化收縮率小（一般固化收縮率小（一般2環氧樹脂和環氧樹脂和聚酯樹脂，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

43、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；環氧環氧-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、粘結性等性能得到綜合提高粘結性等性能得到綜合提高。58（3）呋喃樹脂分子中含有呋喃環的高聚物稱為呋喃樹脂分子中含有呋喃環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 可在酸堿交替的環境中使用可在酸堿交替的環境中使用 不耐氧化性酸和其他氧化性介質的腐蝕不耐氧化性酸和其他氧化性介質的腐蝕；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； 與金屬的粘結能力差與金屬

44、的粘結能力差。59（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、易老化不耐氧化性介質、易老化 在堿和熱酸的作用下，發生水解在堿和熱酸的作用下，發生水解；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。60 3. 輔助材料：輔助材料： （1）固化劑：促進或參與樹脂固化反應的）固化劑：促進或參與樹脂固化反應的物質。不同樹脂有相應固化劑。環氧樹脂常用物質。不同樹脂有相應固化劑。環氧樹脂常用胺類和酸酐，酚醛樹脂常用硫酸乙酯胺類和酸酐，酚醛樹脂常用硫酸乙酯和和對苯磺對苯磺酰氯

45、，不飽和聚酯用含有雙鍵化合物，呋喃樹酰氯，不飽和聚酯用含有雙鍵化合物，呋喃樹脂以酸作固化劑。脂以酸作固化劑。 （2）增塑劑：提高韌性，減少開裂，增加）增塑劑：提高韌性，減少開裂，增加可塑性。環氧玻璃鋼常用聚酰胺可塑性。環氧玻璃鋼常用聚酰胺和和聚硫橡膠，聚硫橡膠，呋喃玻璃鋼常用鄰苯甲酸二乙酯呋喃玻璃鋼常用鄰苯甲酸二乙酯和和亞磷酸二苯亞磷酸二苯酯。酯。61 （3）填料：改善玻璃鋼性能，減少樹脂用）填料：改善玻璃鋼性能，減少樹脂用量。酸性介質常用石英粉、石墨粉。堿性介質量。酸性介質常用石英粉、石墨粉。堿性介質選用石墨粉、輝緣巖粉。選用石墨粉、輝緣巖粉。 （4）稀釋劑：增加）稀釋劑：增加膠膠流流動性，

46、提高滲透流流動性，提高滲透和浸潤能力，利于施工。環氧酚醛，呋喃樹脂和浸潤能力，利于施工。環氧酚醛，呋喃樹脂常用非活性稀釋劑，如無水乙醇、丙酮、甲苯常用非活性稀釋劑，如無水乙醇、丙酮、甲苯及混合稀釋劑（甲苯及混合稀釋劑（甲苯/乙醇乙醇 1:1）。）。62二二、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劑性能的綜合特性具有玻璃纖維與粘結劑性能的綜合特性。 1. 玻璃鋼的強度和使用溫度玻璃鋼的強度和使用溫度 力學性能的最大特點：比強度高力學性能的最大特點：比強度高 相對密度是碳鋼的相對密度是碳鋼的1/31/31/41/4， 比強度是碳鋼的比強度是碳鋼的2 23 3倍倍，過高，過高溫度會使強

47、度降低溫度會使強度降低； 玻璃鋼的導熱系數僅為鋼的玻璃鋼的導熱系數僅為鋼的1/1002/1000 不適合做傳熱設備不適合做傳熱設備；熱膨脹系數較樹脂大為減小熱膨脹系數較樹脂大為減小 固化成型后尺寸比較穩定，不會因溫度變化發生較固化成型后尺寸比較穩定，不會因溫度變化發生較 大的形變大的形變。63 2. 耐化學腐蝕特性：耐蝕耐化學腐蝕特性：耐蝕性性取決于樹脂，取決于樹脂，腐蝕過腐蝕過程是腐蝕介質或溶劑的滲透引起樹脂溶脹、溶解、水程是腐蝕介質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致的樹脂結構解、或受熱氧化降解及熱分解作用而導致的樹脂結構的破壞的破壞。64 3. 耐老化性能：在大氣中暴曬，因耐老化性能：在大氣中暴曬，因對對紫紫外線敏感而老化產生裂紋，失去光澤，發外線敏感而老化產生裂紋，失去光澤，發黑，但對機械強度、抗彎、抗拉、抗壓、黑，但對機械強度、抗彎、抗拉、抗壓、沖擊性影響小，彈性沖擊性影響小，彈性模量緩慢模量緩慢降低。降低。酚醛樹脂老化最嚴重；酚醛樹脂老