聚四氟乙烯(PTFE)具有非常优良的耐蚀性及耐热性,几乎可以抵挡所有强酸、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的腐蚀,并能在较广温度范围内正常使用,已成为容器衬里设备的重要材料。 FE衬里设备在耐腐蚀要求比较高的化工企业中的应用是越来越广泛。 现PTFE衬里设备的相关标准主要有HG/T20678-2000 《衬里钢壳设计技术规定》、HG 20536-93(聚四氟乙烯衬里设备》闭。这2个标准的建立规范了 FE衬里设备的多个环节,对推广 FE衬里设备在化工行业里的应用具有很大的促进作用。同时,在使用过程中也深切地感受到几个 方面需要完善,现提出以供探讨。 1 衬里技术及标准 1.1 标准的适用温度及压力 HG 20536-93中的1.0.2,“本标准适用于:设计温度>-20℃-≤180 ℃,设计压力≤0.6 MPa(表压)”,HG/T 20678—2000中的1.1.1,“本规定适用于设计压力大于一0.02 MPa、小于等于0.6 MPa,设计温度大于-20℃、小于等于200 ℃的碳素钢焊制的防腐蚀衬里设备的钢壳设计。”综上所述,PTFE衬里设备的设计温度范围应为-20-180 ℃,设计压力范围为一0.02~0.6 MPa。HG 20536-93的编制说明里提到:“聚四氟乙烯材料可用到250℃,但作为衬里材料,要受到诸如介质、温度、压力以及设备结构和加工技术等各种因素的影响。根据目前有关标准规范和使用实例,规定了最高使用温度不大于180℃。”而“对于设计压力≤0.6 MPa(表压)”的要求却没有作进一步的说明。 1.2 PTFE松衬方法 HG 20536-93讲述的PTFE衬里工艺主要是松衬法,衬里层是利用法兰面的螺栓压紧,这种工 艺条件下,离螺栓压紧区域越远,PTFE与钢壳的结合力就越小,而且不均匀。虽然 FE有优异的耐腐蚀性能,但它的不足之处在于热膨胀系数(PTFE的热膨胀系数是钢铁的13倍左右)与蠕变性。由于 PTFE与钢壳的结合力不大加之PTFE的上述缺点,设备在使用中有以下2种风险:温度变化之下,PTFE被多次拉伸或收缩,造成鼓包、内瘪甚至因疲劳被拉裂;当压力降为负压时,内衬又容易被吸瘪,存在寿命周期不长的缺点。 1.3 衬里性能改善途径 1.3.1 共混增强方法 通过共混增强等工艺方法改善PTFE材料的膨胀系数大、易蠕变的缺点。所谓共混增强是在PTFE中添加玻璃纤维、石墨等填充物共同烧结,达到改性增强的目的。不过这种方法由于在PTFE中添加了其他化学介质可能对衬里层的耐腐蚀性能造成一定影响,较少被衬里制造厂家所使用。 1.3.2 层压增强方法 在衬里的制造过程中通过层压增强方法,克服PTFE热膨胀系数大的弱点,提高PTFE材料与钢壳,的结合强度,使衬里设备具备了更好的耐(负)压能力及耐高、低温能力,提高产品的使用寿命。层压增强主要是通过 FE膜片(带)与高强度材料缠绕或复合达到较高的结合强度。 这方面比较有代表性的是江苏智成防腐管道设备制造有限公司的金属网骨架衬PTFE技术。该技术是在氟塑料 衬层中内置钢丝网,利用金属网格分散PTFE的热应力,使其热胀冷缩量与钢壳相当,较好解决了热 胀冷缩及结合强度的问题。其衬里产品耐温及耐压水平已经明显高于标准,可在设计温度-40-250℃ 、设计压力一0.09~1.6 MPa条件下长期使用,并有多家化工企业成功应用的实例。 1.3.3 化学改性方法 针对PTFE性能的不足,开发改性的其他产品,如PFA(Perfluoroalkoxy)等。由于 FE即使在高温下也只是形成无定形的凝胶态,呈极高的熔融粘度而不能流动,不能用标准的热塑性塑料的加工方法,给PTFE的成型加工带来很大的麻烦。PFA是在PTFE的直链上引入侧基— — 全氟烷氧基,使高分子链刚性下降。与 FE相比,保留了PTFE大部分优异性能,降低了熔点,可用热塑性塑料的加工方法,因此俗称可熔性聚四氟乙烯。目前国内PFA的产量还是很有限,高端的PFA产品基本依赖进口,价格昂贵。相信凭着优异的性能,PFA必将得到更广泛的应用。 江苏智成防腐管道设备制造有限公司从国外引进了PFA复合板衬里技术,以PFA与玻璃纤维复合 板为衬层,中间加专用胶粘剂连接衬层和钢体。由于复合衬层与钢体之间具有较大的复合强度与剥 离强度,PFA有较好的焊接性能,制作的衬里设备不受设备结构、几何尺寸限制,允许真空操作,适用的压力、温度范围已优于PTFE衬里标准,其产品已在国内多家氟化工企业应用。但目前尚无相应的PFA衬里设备标准。 |