聚四氟乙烯在仪表防腐上的应用

摘 要：本文介绍聚四氟乙烯的物化性能，比较各种常用防腐材料的耐腐蚀性能的优劣，介绍了聚四氟乙烯在仪表防腐上的应用。 关键词：仪表 防腐 聚四氟乙烯 应用 1． 引 言 在现代企业生产，尤其是化工企业生产当中，都涉及到相关量的测量与控制问题，比如压力测量与控制、温度测量与控制、流量测量与控制、物位测量与控制等等，在这一系列量的测量与控制过程中，相关的各种类型的仪表是不可缺少的。在近几年，化工行业发展迅速，仪表行业也得到了前所未有的突破，它在企业的生产中的作用越发显得重要，如今在自动化要求越来越高的情况下，更显得如此。但同时存在一个不容忽视的问题，那就是在仪表应用过程中，因测量介质强腐蚀而导致泄漏、仪表测量不准确、仪表损坏、停车等一系列问题，更严重者可造成生产责任事故，这些都给企业造成了不可弥补的损失。[1]据发达国家的有关统计，在当今工业化国家中每年由腐蚀而造成的经济损失约占国民经济总产值的4%。 近年来，仪表防腐问题得到了广大企业的重视。人们在大量的仪表防腐生产实践中，逐渐探索并积累了许许多多宝贵经验，比如先后发现的防腐材料就有316、316L、蒙耐而合金、哈氏合金C、钽、钛、聚四氟乙烯等。在诸多防腐材料中，聚四氟乙烯是仪表防腐的首选材料，也是目前应用最多、效果最佳的材料之一。 2． 聚四氟乙烯物理化特性 聚四氟乙烯英文名称为Polytetrafluoro ethylene,简称PTFE或F4。PTFE为全氟化直链高聚物，结构式为 ，由四氟乙烯单体（TFE）聚合制得。其聚合方法包括本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合（亦称分散聚合）等，生产上应用的主要是悬浮聚合和乳液聚合法。由于其链结构为键能非常高的强氟碳键，使其具有高的热稳定性和优异的介电性能、摩擦系数低、最佳的耐化学腐蚀性（能耐王水，故有“塑料王”之称）。 2.1 物理性能 聚四氟乙烯典型的物理性能见表1）。 表1） [2]悬浮法PTFE典型物理性能 PTFE耐疲劳性优异，不会出现永久疲劳破坏，即使因疲劳而破坏，仍能保持其物理的完整性。 2.2 化学性能 PTFE分子中C-F键的键能高且稳定，C-C主链完全被体积较大的氟原子所遮蔽，故耐化学腐蚀性极佳，除全氟烷烃、全氟氯烷烃能轻微溶胀PTFE外，只有熔融状态碱金属、三氟化氯、元素氟在高温高压下使其作用，它能耐其他所有介质，具有强耐腐蚀性。PTFE润湿性极小，对酸和溶剂的吸收率极低，在高温下长期接触，一般只增重1%左右。PTFE的熔点高，耐高温。PTFE在200℃以上开始有极微量的裂解产物，在熔点327℃时裂解物也很少，只有到400℃以上裂解速度明显加快，分子量降低，在475℃以上分解产物有极少量巨毒的全氟异丁烯，因此烧结时一定注意温度不要超过475℃。PTFE具有良好的热稳定性，且不受氧、臭氧、紫外光作用，不易老化，即使长期处于260℃高温环境下，其力学性能和化学性能均不发生实质性的变化。 这里需要注意的是，PTFE与其它塑料相比，它的机械性能不是很好，不耐磨、硬度低、易冷流。在PTFE中加入任何能以经受PTFE烧结温度（360℃-380℃）的填充剂，它的机械性能可大为改善，同时，保持PTFE其它优良性能。填充剂的品种有玻璃纤维、金属、金属氧化物、石墨、二硫化钼、碳纤维、聚酰亚胺等[2]。 3． [3]常用防腐材料的耐腐蚀性能比较 注：A—良好，腐蚀率< 0.05mm/a B—适宜, 腐蚀率< 0.5mm/a C—尚可, 腐蚀率0.5~1.27mm/a D—不耐腐蚀, 腐蚀率> 1.27/a -—无数据 表中以“/”把两字母隔开表示暴露于空气/未暴露于空气的数据。 从上表可以看出，聚四氟乙烯几乎能耐所有介质，具有极强的耐腐蚀性能，是最为理想的耐防腐首选材料。 4. 聚四氟乙烯在仪表防腐上的应用 聚四氟乙烯耐化学腐蚀性最好，因而在防腐材料上用的最多，应用面很广。聚四氟乙烯在仪表防腐上主要应用在两个方面：内衬和外包。内衬是指在仪表能够接触到强腐蚀性介质的部位衬聚四氟乙烯，该部位一般为仪表部件内部，在仪表外表看不到所衬的聚四氟乙烯；而外包是指在仪表能够接触到强腐蚀性介质的仪表部件外部衬聚四氟乙烯。两者的目的都是利用聚四氟乙烯的强的耐化学腐蚀性，起到保护仪表不受腐蚀性介质腐蚀的作用。 仪表内衬和外包聚四氟乙烯后防腐效果极佳。聚四氟乙烯内衬技术有松衬和紧衬两种，而外包防腐目前多以缠绕烧结法为主。下面就这三种工艺做简要介绍。 4.1 松衬工艺流程： 4.2 紧衬工艺流程： 主要工艺流程说明： （1） 内衬材料选用车削厚度3mm、宽度1400mm 以下的PTFE板材，该板材经2万伏高压电扫描无击穿，且板面平整； （2） 将经过检测合格的板材放到事先配好的活化剂溶液中进行单面处理，一般要求活化剂现配现用，经活化处理的板材在两天内使用，以防氧化； （3） 被衬金属面必须平整光滑，松衬金属面上涂防锈漆，内衬筒体应有ф2~ф3 排气孔； （4） 焊接可采用热压法和热风法。热压法选用铝合金做焊刀加热至380℃±5℃，施压1~2MPa进行热压焊接；而热风法用惰性气体作介质加热至420℃~480℃ 使PTFE 焊接面熔融，同时将焊条或焊接物压合在一起。由于PTFE分解物有毒，施工现场应强制通风； （5） 内衬材料经焊接、翻边后，必须对其逐点检测（用2万伏HD-1型微检测仪测定），并通水加压检漏，无泄漏现象者为合格品。 4.3 聚四氟乙烯缠绕烧结法： 仪表外包防腐目前以聚四氟乙烯缠绕烧结法居多，该方法简单、易操作、可靠性高，其工艺流程如下： （1）缠绕带车削厚度0.1~0.12mm,宽度15~18mm； （2）在缠绕前应将被包的工件表面抛光，并处理干净；两端套紧防腐套（PTFE材质），缠绕四氟带，缠绕层数以5~8层为宜(特殊要求可适当厚一些，但一般不会超过3mm)；最后缠绕一层玻璃丝带。缠绕时用力要均匀，用力太大四氟带容易断裂，太小则缠不紧，烧结时易开裂； （3）烧结在高温炉中进行，烧结时，随着温度的升高，型坯体积发生膨胀，在熔点附近其体积膨胀率高达25%。因而要控制升温速度，过快导致膨胀不均而产生内应力，使包层变形、开裂；过慢则烧不透，使包层不可靠；冷却可采用空气自然冷却法。 （4）出炉冷却后用高频电火花检测器仔细检查各部位有无极小的砂眼、裂纹或其它缺陷隐患，检查的重点应放在两端，检验合格者为成品。 缠绕烧结致密性较好，不易剥落，耐一般冲击，层厚0.05~3mm可选，防腐效果好，经济、可靠。缺点是工件外型要求较高，温度响应滞后约10s（厚1mm）。 用于仪表防腐还有一种方法是喷涂。喷涂具有工艺简单，加工方便快捷，对工件外型要求少，基本无响应滞后等优点。缺点是表面处理要求较高，致密性差，有针孔，易龟裂、剥落，不耐冲击，涂层薄（0.06mm）防腐效果一般。 5． 结 论 巨化集团工程公司仪表厂是一家以生产化工仪表为主，集生产、研制、成套设计与安装、专业化维修为一体的综合型企业。建厂后，先后自主研制开发了压力测量仪表、温度测量仪表、流量测量仪表及物位测量仪表等一系列产品。在很长一段时期内，我们厂的仪表产品在市场上取得长足发展的同时，存在着一个问题，即我们的产品只是普通型产品，还没有达到精品的地步，在环境恶劣的情况下不能很好地胜任工作。自从聚四氟乙烯用在我们的仪表产品上，防腐问题得到了很好地解决，不管在多么恶劣的环境下，我们的产品都能出色地完成任务。比如某公司生产介质为30%的盐酸，起初选用法兰式钽膜片隔膜压力表，平均更换周期为4个月，后来选用衬F4法兰式隔膜不锈钢压力表，膜片用316衬F4，平均更换周期延长至2年；某公司氢氟酸储槽，由于介质为腐蚀性极强的氢氟酸，开始选用进口电容液位计，使用一年被腐蚀，而采用全衬F4磁翻板液位计，从2001年9月使用至今性能完好。 总之，伴随着仪表行业的迅猛发展，仪表防腐问题得到了世界各国的普遍关注。在大量的仪表防腐生产实践中，由于聚四氟乙烯具有的独特性能而被广大企业采用，它是目前仪表防腐上应用最多、效果最佳的材料之一。随着科研手段和生产工艺的进步，聚四氟乙烯必将在仪表防腐上有更大的作为。 参考文献 [1] 涂湘缃主编《实用防腐蚀工程施工手册》北京：化学工业出版社，2000:118~119 [2] 金国珍主编《工程塑料》北京：化学工业出版社，2001.01:443~448 [3] 王森主编《仪表常用数据手册》北京：化学工业出版社，1998.07:235~244 作者工作单位：浙江省衢州市巨化集团工程有限公司仪表厂 邮编：324004 联系电话：13676610953 或 0570-3617760 电子邮件: ddggff1108@163.com