種類
化工材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。化工用金屬材料又可分為黑色金屬材料和有色金屬材料。黑色金屬材料主要指鐵和鋼,多數化工機械設備是用鑄鐵和碳鋼製成的。高合金鐵、高合金鋼(如高矽鐵、高鎳鐵和各類不鏽鋼)以及鎳、銅、鋁、鈦、鋯及其合金,也廣泛套用於化工生產中。非金屬材料在化工中的使用日益廣泛,主要有塑膠、橡膠、玻璃、陶瓷、搪瓷、不透性石墨等類。塑膠發展迅速,耐蝕性優良,套用最廣泛;不透性石墨既耐熱、耐酸、還具有高熱導率,用量也較多;陶瓷、玻璃等耐酸性良好,但性脆,又不能製成大體積設備,所以其本身用途有限,但可用來搪、襯金屬表面,製成耐蝕的搪瓷設備,搪(或襯)玻璃的槽、罐等。
在金屬與非金屬之間,還有一種非晶質(態)合金,具有過冷液體的結構,耐蝕性很強,有些接近鉭和貴金屬,是一種發展中的材料。
為了利用不同材料的優點,還發展了多種複合材料,其中有:①金屬與金屬複合,如夾層金屬板,利用高強度、低耐蝕的材料(如碳鋼、鋁合金)作底層,耐蝕性較高的材料(如純鋁、鎳、鈦、不鏽鋼等)作接觸腐蝕介質的表層。②非金屬與非金屬複合,如增強塑膠。③非金屬與金屬複合,如合金陶瓷,既有一定強度,又能耐高溫。
範圍
化工材料主要包括一下幾種:1、合成樹脂:主要包括:高性能通用塑膠新品種,工程塑膠,特種工程塑膠等以及高性能塑膠合金和製品。
2、橡膠新材料:特種合成橡膠、高性能輪胎復合材料及製品與高性能橡膠複合材料相關的新型補強材料、骨架材料、填充材料等。
3、合成纖維及特種合成纖維:如碳纖維、芳綸纖維、超高分子量的聚乙烯纖維、PBO纖維(聚對苯撐苯並二噁唑)、某些超細纖維、特殊功能纖維等及其複合材料。
4、功能高分子材料:對物質、能量、信息具有傳播、轉化或貯存作用的高分子及其複合材料稱為功能基高分子材料,也稱之為精細高分子材料,或者特種高分子。功能高分子材料通常可分為光、電、磁、熱、力、聲、化學和生物等八大類,上千種。
5、生物化工材料:生物化工材料包括:用生物技術直接製取的高分子,如PHB(聚β羥基酸酯)等。二是用生物技術製取的原料再經過聚合得到一類材料,如聚丙烯醯胺、尼龍1212、聚L乳酸、聚胺基酸、聚L天門冬胺基酸等。三是生物醫用高分子材料,用於製造人工臟器的高分子材料、醫療和藥用高分子材料及仿生高分子材料等。
6、其他化工材料:無機精細化工材料、粘結材料、塗飾材料均是化工材料的重要組成部分。無機精細化工材料是指在通常無機鹽產品基礎上發展起來的一類高性能、用於電子、燃料電池,複合材料等高技術領域的無機產品。其它還有高性能塗飾材料,催化材料,電子,信息化工材料等,均是化工材料的重要組成部分。
選材原則
由於使用條件不同,化工材料的選材原則主要有:材料的機械性能化工機械一般都承受一定壓力、拉力或衝擊力,故化工材料首先須滿足機械性能的要求,主要是抗拉強度、屈服強度、衝擊強度、蠕變強度、彈性模數、伸長率、硬度、疲勞極限等。化工機械又多在強腐蝕環境和介質中運轉,如採用手冊中的強度標準值(或稱名義強度,即在空氣中試驗的平均值),有時會在應力遠低於最大值時損壞,在可能產生應力腐蝕破裂或腐蝕疲勞的環境中尤其如此(見腐蝕和防腐),故對可能產生應力腐蝕破裂的環境,考慮採用應力腐蝕破裂臨界強度值。
性能
不同材料對於各種腐蝕環境具不同的耐蝕性,所謂優良耐蝕材料只是相對的概念。例如:一般認為不鏽鋼是優於普通碳鋼的耐蝕材料,但這只是在大氣、水和氧化性環境中才如此;在還原性酸中,兩者同樣被腐蝕;在70%以上的濃硫酸中,碳鋼比不鏽鋼好;在含有氯離子的水中,奧氏體不鏽鋼可能產生應力腐蝕破裂,而碳鋼卻沒有這種危險。通常在手冊中載有各種材料在各種環境中(酸、鹼、鹽、氣體、無機物、有機溶劑、大氣、土壤、水、海水、工業產品、食品及植物油等)的腐蝕數據,如手冊中沒有所需數據,則應進行腐蝕試驗。金屬耐蝕性的評定標準,按均勻腐蝕率大小分四個等級(見表)。對於精密部件和高壓、有危險性的設備套用腐蝕率極低的一級材料,一般容器、設備等則可用二三級材料,適當增加壁厚,可保證較長壽命。對於金屬材料,不僅要注意均勻腐蝕,更應注意局部腐蝕。當手冊上指出這種“材料-環境”體系有產生孔蝕、晶間腐蝕,應力腐蝕破裂的可能時,則避免採用,或採取必要的防護措施。 非金屬還沒有很好的評定方法,對於玻璃、陶瓷、石墨等可以參用金屬標準。而塑膠和橡膠的適用標準可參考下列數字:抗彎強度的下降要小於25%;重量或尺寸變化要小於5%;硬度(洛氏M)變化要小於30%。
在選材中還必須考慮材料與環境的反應是否對環境或生產造成不利的影響,如是否會污染產品質量,影響工序流程,產生副反應,降低收率,甚至引起火災、爆炸等。如有些材料腐蝕率雖然很低,但能使產品的色、香、味變質,甚至產生毒性(如微量鉛化合物),這對於食品、醫藥、纖維、化妝品類的工業,就絕對不能使用。
材料的加工性能 如鑄造、切削、焊接、鍛造、熱處理等性能應滿足要求。其中焊接性能對化工設備尤為重要。
材料一般物理性能 如密度、熔點、熱導率、熱膨脹係數等,也應加以考慮。例如:要選用熱導能力強的材料製造換熱器;選用熱導能力最低的材料做保溫材料。
經濟效益
選材的目的是避免設備、建築等過早地損壞,保證生產正常運轉,這實質上是一個經濟效益問題。希望選用的材料都是耐蝕性最優、價格最低,但往往耐蝕性最強的材料價格卻很高。通常需要從材料價格、設備壽命、檢修周期、維修費用、停產損失、事故可能性和廢品價值等各方面來綜合考慮,以選擇最合適的材料。一般短期運轉的中間試驗設備,小型、間斷操作設備和容易更換的零部件,可選用價格和耐蝕性較低的材料;大型連續生產設備,則要求壽命長、檢修次數少,多採用價格較高、耐蝕性強的材料。
現狀
中國化工材料工業是在獨立自主研製開發和引進消化吸收的基礎上發展起來的,取得了一批很好的成果,主要
有:6萬tMDI連續合成技術已投入工業化運營;
7萬t具有自主智慧財產權的CPE工業化技術;
5萬t有機矽單體已實現了工業化生產,正在建設10萬t的裝置;
生物法丙烯醯胺單體及聚丙烯醯胺生產技術;
聚烯烴催化劑的研究開發達到了國際先進水平;
千噸級的納米氣相白碳黑、超重力製取納米碳酸鈣及納米氧化鋅等一批納米材料相繼投產;
高性能載重子午線輪胎工業技術,大型工程全鋼子午線輪胎工業技術及全套工藝設備開發成功,大大提升了中國輪胎工業技術水平;
3萬t硬質新工藝碳黑及2萬t的軟質新工藝碳黑已經形成了產業;
千噸級氟橡膠已完成工業性試驗;
1000tPPS樹脂已完成工業性試驗,正在進行5000t工業裝置的建設;
500tPEEK與PEEKK已經完成開發工作,原料設備立足於中國國內,生產成本較低打破了英國公司(Victzex)壟斷的局面;
聚甲醛在引進1萬t/a技術的基礎上,創新開發了自己的3萬t甲醛技術,目前已投入生產;
高強力再生橡膠已完成中試,即將在行業中推廣套用一大批高性能的塑膠製品、橡膠製品開發成功。
五金材料(一)
常見五金材料。 |