Неметаллические конструкционные и обкладочные материалы

Неорганические неметаллические материалы (ННМ)

Неорганические неметаллические коррозионно-устойчивые материалы широко используются в химической промышленности, успешно заменяя во многих случаях дорогостоящие дефицитные легированные стали и сплавы.

Специфические свойства ННМ:

1) низкая механическая прочность на растяжение и высокая на сжатие;

2) низкая теплопроводность;

3) меньший по сравнению с металлами коэффициент линейного расширения;

4) высокая теплостойкость.

Андезит и бештаунит – горные породы вулканического происхождения. Применяют для футеровки аппаратуры, работающей в тяжелых условиях, а также как конструкционные материалы при изготовлении корпусов башен, электрических фильтров. Применяются также в виде щебня и муки в качестве наполнителей кислотоупорных бетонов. Недостаток – как и большинство силикатов, неустойчивы к плавиковой кислоте.

Асбест – тонковолокнистый материал, состоящий, в основном, из гидросиликатов магния (41–58% Si; 29–40% MgO; 2–10% FeO и Fe₂O₃, 1,7–12,5% Н₂О). Обладает низкой теплопроводностью, может применяться в качестве теплоизоляторов и прокладок при температурах до 600–800°С. Используется в виде листов толщиной 2–12 мм, шнуров, ваты, огнестойкой ткани, а также в качестве наполнителя различных коррозионно-устойчивых композиций на основе органических смол.

Диабаз и базальт – горные породы. Применяют для изготовления различных деталей путем литья при температуре 1400–1500°С. Отличаются высокой прочностью на сжатие и изгиб, износостойкостью, кислотостойкостью во всех кислотах, кроме плавиковой. Используются в виде футеровочной плитки, труб диаметром 200–400 мм, фасонных деталей трубопроводов (штуцеров, тройников), а также в виде порошка в кислотоупорных замазках.

Керамика состоит из 50–75% кремнезема и 20–30% глинозема. Изделия из керамики получают формовкой и обжигом специально подобранной глины с добавкой кремнезема и полевого шпата. Керамика обладает высокой прочностью, газопроницаемостью, в связи с чем изделия из керамики покрывают глазурью), а также стойкостью к большинству минеральных и органических кислот; неустойчива к плавиковой кислоте, щелочам, горячей фосфорной кислоте. Применяется в виде кирпича, плитки, труб, арматуры, насадочных тел для адсорбционных колонн (кольца Рашига). К недостаткам керамики относятся хрупкость и низкая механическая прочность.

Вяжущие материалы – служат для плотного и прочного соединения (склеивания) защищаемой поверхности со штучными или листовыми материалами защитного покрытия (пояснить механизм действия).

Органические неметаллические материалы (ОНМ)

ОНМ – это органические материалы на основе полимеризационных смол, битумов, кеков, резины (пластмассы, лаки, клей и т. д.). Механические свойства и коррозионная устойчивость их изменяется в широких пределах. Особенность – низкая теплопроводность и малая устойчивость в среде сильных окислителей.

Ведущее место среди ОНМ занимают графитовые материалы (ГМ).

Графит инертен ко многим агрессивным средам, термостоек и теплопроводен (используется, например, для изготовления выносных теплообменников упарки фосфорной кислоты). Для изготовления химической аппаратуры применяют специальный графит марок ЗХП или АРВ.

Графитопласты (антегмиты) – коррозионно-стойкие, теплопроводные материалы, полученные прессованием графитового порошка с фенолформальдегидной смолой с последующей термообработкой. Их используют для изготовления труб, плитки. Антегмиты различаются марками. Так, марка АТМ–10 стойка ко всем кислым и щелочным средам, не разрушается под действием сильных окислителей.

Фаолит относится к термореактивным пластмассам, представляет собой композицию на основе фенолформальдегидной смолы и кислотостойкого наполнителя (графита, асбеста). Он устойчив к растворам соляной кислоты любых концентраций, серной кислоте, фосфорной кислоте с концентрацией до 80% при температуре до 70°С, к растворам многих солей. Не рекомендован для растворов щелочей и азотной кислоты. Хотя известна специальная композиция кислотощелочестойкого фаолита – фуралит, который стоек к раствору NaOH с концентрацией до 40%, к соляной кислоте и серной кислоте с концентрацией до 28,7% при температуре 120°С.

Винипласт (поливинилхлорид) представляет собой термопластичный конструкционный материал на основе поливинилхлорида с различными добавками. Из него делают листы шириной 2–20 мм, трубы диаметром 6–16- мм, стержни диаметром 5–22 мм. Винипласт обладает высокой химической стойкостью, удовлетворительной прочностью, легко перерабатывается в изделие прессованием. Однако он обладает низкой ударной вязкостью, вследствие чего не может использоваться в условиях вибрации, а также малой теплостойкостью и высоким коэффициентом линейного расширения (в 6 раз больше, чем у стали). Из винипласта изготавливают также и аппараты диаметром 250–1400 мм. При температуре 40°С он устойчив к азотной кислоте, имеющей концентрацию свыше 50%, серной кислоте, NaOH, 40%-й плавиковой и 32%-й гексафторкремниевой кислотам, но при повышении температуры до 60–70°С теряет устойчивость в этих средах.

Фторопласты – фторсодержащие полимерные материалы этиленового ряда. Широкое применение получил фторпласт-4 (тефлон). Он обладает очень высокой химической устойчивостью в любых средах и высокой термостойкостью. Основные недостатки – склонность к ползучести и высокая стоимость марки А, Б, В. Марка А используется для изготовления пленки, Б – крупных изделий, В – мелких изделий.

Температура применения от –296 до 260°С. Фторопласты не склеиваются и не свариваются. Изделия из них (трубы, пленки, плитки и т. д.) изготавливаются методом спекания под давлением. Фторопласты обладают низким коэффициентом трения, поэтому их используют в качестве материала для набивки сальников, прокладок для фланцев. В последнее время их начали использовать как конструкционный материал для изготовления теплообменников, работающих в коррозионно-активных средах.

Полиэтилен находит широкое применение, так как может работать в интервале температур от –70 до 60°С. Устойчив к серной кислоте с концентрацией до 50%, соляной и плавиковой кислотам любой концентрации, щелочам, большинству солей. Обладает низкими газопроницаемостью и влагопоглощением. Применяется для изготовления вентиляторов, труб, арматуры, обкладок для аппаратов, тары. Преимуществом полиэтиленовых труб по сравнению с металлическими является низкая плотность, химическая стойкость, морозостойкость, и, что особенно важно, не разрушаются при замерзании в них воды.

Резина и эбонит находят широкое применение для защиты оборудования от коррозии методом гуммирования. Их получают на основе натурального или синтетического каучука. В сыром виде это механическая смесь каучука, серы, наполнителя и добавок. Мягкие резины содержат 2–4 массовых частей, а эбонит – 30–60 массовых частей серы. Температурные интервал их применения – от –50 до 90°С. Устойчивы в соляной кислоте любой концентрации, в растворах серной кислоты с концентрацией до 70%, а также в атмосфере влажного хлора. Резиновые покрытия отличаются высокой стойкостью к вибрации и перепадам температуры.

Гуммирование используется для защиты емкостных и колонных аппаратов, мешалок, центрифуг, деталей трубопроводов и т. д. Осуществляется путем наложения листового покрытия с последующей его вулканизацией или нанесением слоя раствора резины. Вулканизацию обычно проводят паром. Большие аппараты без давления вулканизируют открытым способом, нагревая покрытие из специальных сортов резины горячей водой.

Дата добавления: 2015-07-25