化工腐蚀与防护-(第三版) 节选

bsp; 第三版前言
    化工生产中，腐蚀是极为普遍并十分严重的破坏因素，为了减轻和控制设备及构件的腐
蚀，普及化工腐蚀与防护的教育，推广应用各种行之有效的防腐蚀技术是当前促进化工腐蚀
工作开展的重要内容之一。
    本书是为适应当前中等职业教育的需要，在《化工腐蚀与防护》第二版的基础上修订而
成，对章节内容进行了调整，并对内容做了较大的修改。
    修订较大的内容有：
    绪论中补充了近年来发布的有关数据和关于腐蚀破坏的报道；将原绪论中金属腐蚀速度
的表示方法放在**章中介绍。
    将原**章～第四章关于基础理论的部分合并为**章，介绍腐蚀的基础知识，并对腐
蚀理论的阐述做了较大的删减。
    将原第五章金属材料的耐蚀性改为第二章，对金属材料耐腐蚀机理做了删减，增加了锌
及锌铝合金的耐腐蚀性能。
    将原第六章改为第三章。
    将原第七章改为第四章，对部分常用的防腐蚀施工工艺做了删减，放在第五章中详细
介绍。
    增加了第五章防腐蚀施工技术，对在化工防腐蚀中常用的施工技术做了比较详细的
介绍。
    将原书中分开编写的思考题、习题合并为思考与练习。
    本书经修订后，基础知识部分简明扼要、语言叙述通俗易懂；应用部分力求适应当前化
工生产实际；对应用广泛的防腐蚀施工技术做了重点介绍，可操作性强。
    参加本书修订的有：段林峰(绪论；**章**节、第三节；第五章**、二、三、六
节)；张志宇(**章第二节；第四章；第五章第四、五节)；邱小云(第二章、第三章)。
全书由段林峰、张志宇主编，丁丕洽主审。
    丁丕洽老师为本书做了认真的审阅，对此我们向丁丕洽老师表示衷心的感谢。
    由于时间仓促，编者水平有限，不足之处在所难免，欢迎读者和任课老师提出宝贵
意见。
    编者
    2008年3月

 第三章  耐蚀非金属材料
    大多数非金属材料有着良好的耐蚀性和某些特殊性能，并且原料来源丰富，价格比较低
    廉，所以近年在化工生产中用得越来越多。采用非金属材料不仅可以节省大量昂贵的不锈钢
    和有色金属，实际上在某些工况下，只有采用了大量非金属材料才使大规模的工业化得以实
    现。另外，某些要求高纯度的产品，如医药、化学试剂、食品等生产设备，很多都是采用陶
    瓷、玻璃、搪瓷之类的非金属材料制造。当然，就目前而言，在工程领域里所使用的材料，
    无论从数量上或使用经验方面仍然是金属材料处于主导地位。但从发展趋势来看，非金属材
    料的应用比重必将不断增大。
    大多数非金属材料较普遍地应用到工业上的历史还不很长，以塑料应用到化学工业上作
    结构材料来说，*早也只能追溯到20世纪30年代。而对非金属材料综合性能的提高，施工
    技术的改进，则还处于初期发展阶段，需要更多的人去研究、探索。
    本章主要介绍几种在化工防腐蚀工程中应用较广的非金属材料。
    **节  非金属材料的一般特性
    非金属材料与金属材料相比较，具有以下特点。
    (1)密度小，机械强度低  绝大多数非金属材料的密度都很小，即使是密度相对较大的
    无机非金属材料(如辉绿岩铸石等)也远小于钢铁。非金属材料的机械强度较低，刚性小，
    在长时间的载荷作用下，容易产生变形或破坏。
    (2)导热性差(石墨除外)  导热、耐热性能差，热稳定性不够，致使非金属材料一般
    不能用作热交换设备(除石墨外)，但可用作保温、绝缘材料。同时非金属设备也不能用于
    温度过高、温度变化较大的环境中。
    (3)原料来源丰富，价格低廉  天然石材、石灰石等直接取自于自然；以石油、煤、天
    然气、石油裂解气等为原料制成的有机合成材料种类繁多、产量巨大，为社会提供了大量质
    优价廉的防腐材料。
    (4)优越的耐蚀性能  非金属材料的耐蚀性主要取决于材料的化学组成、结构、孔隙
    率、环境的变化对材料性能的影响等。如以碳酸钙为主要成分的非金属材料易遭受无机酸腐
    蚀，但耐碱性良好；以二氧化硅为主要成分的非金属材料易遭受浓碱的腐蚀，但耐酸性良
    好。对有机高分子材料来说，一般它们的分子量越大，耐蚀性越好。有机高分子材料的破
    坏，多数是由于氧化作用引起的，如强氧化性酸(硝酸、浓硫酸等)能腐蚀大多数的有机高
    分子材料。有机溶剂也能溶解很多有机高分子材料。
    有时非金属材料的破坏不一定是它的耐蚀性不好，而是由于它的物理一机械性能不好引
    起的，如温度的骤变、材料的各组成部分线膨胀系数的不同、材料的易渗透性或其他方面的
    原因，都有可能引起材料的破坏。
    有些非金属材料长期载荷下的机械强度与短期载荷下所测定的机械强度有较大的差别，
在进行设备设计时应充分考虑这种因素。
    第二节  防腐蚀涂料
    涂料是目前化工防腐中应用*广的非金属材料品种之一。
    由于过去涂料主要是以植物油或采集漆树上的漆液为原料经加工制成的，因而称为油
漆。石油化工和有机合成工业的发展，为涂料工业提供了新的原料来源，如合成树脂、橡胶
等。这样，油漆的名字就不够确切了，所以比较恰当地应称为涂料。
  一、涂料的种类和组成
  1．涂料的种类
  涂料一般可分为油基涂料(成膜物质为干性油类和树脂)和树脂基涂料(成膜物质
为合成树脂)两类。按施工工艺又可分为底涂、中涂和面涂，底涂是用来防止已清理的
金属表面产生锈蚀，并用它增强涂膜与金属表面的附着力；中涂是为了保证涂膜的厚度
而设定的涂层；面涂为直接与腐蚀介质接触的涂层。因此，面涂的性能直接关系到涂层
的耐蚀性能。
  2．涂料的组成
  涂料的组成大体上可分成三部分，即主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜
物质。
    作为主要成膜物质的是油料、树脂和橡胶，在涂料中常用的油料是桐油、亚麻仁油等。
树脂有天然树脂和合成树脂。天然树脂主要有沥青、生漆、天然橡胶等；合成树脂的种类很
多，常用的有酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、过氯乙烯树脂、氟树脂；合成橡胶有氯磺化
聚乙烯橡胶、氟橡胶及聚氨酯橡胶等。
    次要成膜物质是颜料。颜料除使涂料呈现装饰性外，更重要的是改善涂料的物理、化学
性能，提高涂层的机械强度和附着力、抗渗性和防腐蚀性能。颜料分为着色颜料、防锈颜料
和体质颜料三种。着色颜料主要起装饰作用；防锈颜料起防蚀作用；体质颜料主要是提高漆
膜的机械强度和附着力。
    辅助成膜物质只是对成膜的过程起辅助作用，它包括溶剂和助剂两种。
    溶剂和稀释剂的主要作用是溶解和稀释涂料中的固体部分，使之成为均匀分散的漆液。
涂料覆于基体表面后即自行挥发，常用的溶剂及稀释剂多为有机化合物，如松节油、汽油、
苯类、醇类及酮类等。
    助剂是在涂料中起某些辅助作用的物质，常用的有催干剂、增塑剂、固化剂、防老剂、
流平剂、防沉剂、触变剂等。
  二、常用的防腐蚀涂料
  涂料的种类很多，作为防腐蚀的涂料也有多种，下面是一些常用的防腐涂料。
  1．氯磺化聚乙烯(橡胶)涂料
  氯磺化聚乙烯是聚乙烯经氯化和磺化反应而得的高分子(分子量一20000～30000)化
合物。
    用于涂料的产品有：氯磺化聚乙烯一20和氯磺化聚乙烯一30两种。前者的氯、硫含量为
29％～33％和1．3％～1．7％；后者的氯、硫含量分别为40％～45％和0．9％～1．1％，它们
易溶于芳烃和卤代烃中。
    氯磺化聚乙烯防腐蚀涂料由氯磺化聚乙烯橡胶、硫化剂、硫化促进剂、颜料和溶剂等组
成。在120。C以上使用时，还需加入防老剂。固化后的涂层结构饱和，又无发色基因存在，
因而涂层具有良好的耐氧化、耐晒和保色性好的特点，亦耐酸、耐碱。涂层本身既有弹
性，又耐磨蚀，所以除可作金属防腐蚀涂料之外，尤其适用于橡胶、塑料、织物等的
防护。
    氯磺化聚乙烯涂料作为价廉物美的涂料品种，广泛用于工业厂房、设备及桥梁等外表面
的抗大气腐蚀。
    2．高氯化聚乙烯涂料
    高氯化聚乙烯涂料，国外早在20世纪60年代就取得了成功的应用，该产品的主要成膜
物质“高氯化聚乙烯”兼有橡胶和塑料的双重特性，是“氯化高聚物中的新成员”。
    氯含量超过60％的高氯化聚乙烯树脂，具有良好的耐候、耐臭氧、耐水、耐油、耐燃、
耐化学品等特性，作为成膜材料所制成的涂料可替代过氯乙烯、氯化橡胶、氯磺化聚乙烯等
涂料，其性能则大大超过了这些涂料。
    高氯化聚乙烯涂料是以高氯化聚乙烯树脂为主要成膜物质，加入不同的改性树脂、
增塑剂、溶剂、添加剂、防锈颜填料等，可生产出多种高氯化聚乙烯重防腐涂料配套
体系。
    高氯化聚乙烯涂料继承了过氯乙烯及氯磺化聚乙烯防腐涂料的优异性能又补充其不足，
具体体现在以下几方面。
    (1)防腐、防水，耐候、耐油性好高氯化聚乙烯系饱和结构的高聚物，因此具有更好
的耐臭氧、耐光老化、耐热老化、耐候老化等性能。高氯化聚乙烯的主链上没有双键，故其
性能稳定，涂膜对水蒸气和氧气的渗透率低，因此具有更优异的防水性、涂膜封闭性，对化
工大气，酸、碱、盐类等矿物油等，具有更优异的防蚀性能。
    (2)具有阻燃、防霉功能  制成的涂膜在火焰的作用下会形成热障作用的多孔炭化
层，故具有良好的阻燃性，由于高氯化聚乙烯“氯”含量较高，因此具有抑制霉菌生长
的性能。
    (3)装饰性优良  高氯化聚乙烯面漆和磁漆，具有涂膜平整、色泽丰满、装饰性好，优
于过氯乙烯、氯磺化聚乙烯涂料的涂膜光泽。
    (4)物理机械性能好高氯化聚乙烯涂膜坚韧耐磨，兼有橡胶的韧性和塑料的硬性。
高氯化聚乙烯涂料对钢铁结构表面、水泥墙面均有优良的附着力，涂层与涂层之间由于
溶剂的浸渗作用，使上下层相互黏成一体，从而加强了涂膜间的黏附力，在旧漆膜上如需
重新涂装时，由于干湿涂膜间有互溶特性，当维修时不需要去掉牢固的旧涂膜，因此维修十
分方便。
    (5)施工性能好涂膜厚，一道涂膜可达40～50弘m；单组分包装不用固化剂，施工方
便；涂膜干燥迅速，在常温2～3h内即可涂刷第二道涂料，溶剂挥发后涂膜没有毒性，可在
一15～50。C的环境中施工，涂膜可在一20～120。C的宽广条件下长期使用。
    (6)应用面广  由于高氯化聚乙烯涂料是一种新型高性能重防腐涂料，对各种材质具有
很强的附着力，并具有诸多优异的防腐性能和装饰性，拓宽了应用范围。目前在冶金、石
油、化工、电力、机械、纺织、印染及电子等行业得到了广泛的应用。