Применение пластмасс для защиты от коррозии

Пермский Национальный Исследовательский  Политехнический Университет

 

 

 

 

 

 

 

Применение пластмасс  для защиты металлических материалов от коррозии.

 

 

 

 

 

 

        Выполнил  студент группы ХТТ-11-2:

Плюснина Л.А.

Проверил преподаватель:

Сюзева Е.Б.

 

 

 

 

Пермь2013

На базе органических соединений основано производство большого числа  коррозионностойких материалов.

Пластмассы, смолы и резины обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, поэтому они нашли применение в

химической промышленности. Для защиты изделий от коррозии используют

фенолформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические, полихлорвинловые смолы, асфальтобитумные и резиновые покрытия.

Для защиты от коррозии в  химической и других отраслях промышленности используют листовой футеровочный материал(винипласт, пластикат,

фаолит, полиэтилен, резинуидр.).

 

 Основных классы соединений и их представители

Полимерные материалы  изготавливают из высокомолекулярных

органических соединений. Исходным сырьем, как правило, служат

низкомолекулярные соединения.

Макромолекулы могут иметь  линейную, разветвленную или пространственную структуру. Высокомолекулярные соединения, которые при нагревании приобретают  пластичность, а при охлаждении вновь  возвращаются в твердое состояние, называются термопластичными.

Полимеры, которые при  нагревании переходят в твердое  состояние, и при снижении температуры  не восстанавливают первоначальных свойств, называются термореактивными. Из них нельзя получить пленки, волокна.

Наиболее широко используемыми  в противокоррозионной технике  термопластами является полиэтилен, полипропилен, фторопласты, поливинилхлорид  и полиизобутилен.

Основная часть химически  стойких покрытий на основе реактопластов  содержат в качестве полимерной основы эпоксидные, фенолформальдегидные, эпоксиноволачные, полиэфирные и винил-

эфирные смолы, а также  как низкомолекулярные, так и  высокомолекулярные карбо- и гетероцепные каучуки: полибутадиеновые, хлорпреновые и др.

Термопластичные и термореактивные  полимерные материалы, во-первых, имеют  принципиальные различия в закономерностях  их взаимодействия с агрессивными средами, а, во-вторых, эти материалы наносят  на защищаемый металл по различной  технологии.

Для материалов на основе гидрофобных  термопластичных полимеров характерны низкая растворимость и непроницаемость для нелетучих электролитов. Однако это свойство может теряться при попадании в раствор следов органических растворителей. Для летучих электролитов время пробоя таких покрытий весьма незначительно.

Особенностью реактопластов  является то, что все полимеры этой группы в той или иной степени  проницаемы для воды. Для основной массы электролитов перенос воды в полимеры осуществляется с большей  скоростью, чем других составных  частей раствора. На практике это приводит к набуханию полимеров. Однако реактопласты как изолирующий материал имеют  ряд преимуществ. Для них характерно наличие ступенчатого профиля распределения  кислот по координате диффузии, что  затрудняет проскок кислоты к  основному материалу. Это позволяет  обеспечить работу в режиме полной изоляции от действия агрессивных кислот. При этом такой режим изоляции может быть обеспечен как для  нелетучих, так и для летучих  кислот.

Материалы на основе реактопластов  позволяют получать   монолитные покрытия, не имеющие стыков, что имеет особое значение для работы в высокоагрессивных средах.

Однако, проницаемость большинства реактопластов все же является достаточно высокой в агрессивных средах. Для решения этих противоречий в настоящее время принята и осуществляется концепция создания многослойных полимерных конструкций.

Например, создана система  антикоррозионных покрытий «ВИКОР», которые 

представляют собой толстослойные  полимерные покрытия A-2 мм)

и предназначены для защиты внутренней поверхности технологического оборудования, работающего в условиях воздействия химически агрессивных  сред.

Высокополимерные материалы  могут применяться в виде конструкционных  материалов, футеровок, лаков, паст.

Свойства полимеров зависят  от химического состава, молекулярной массы, формы макромолекул, типа связи  между молекулами,

структуры, дисперсности.

Простые полимеризационные пластические массы

Пластические массы получают из полимеров, которые при нагревании и давлении приобретают и устойчиво  сохраняют форму в результате охлаждения и отверждения.

Полиэтилен — термопластичный полимер. Исходный мономер —

этилен С2Н4 — получают из природных газов. Получение полимера может быть осуществлено по методу высокого или низкого давления. Полиэтилен высокого давления имеет молекулярную массу 1800-2500, полиэтилен низкого давления — 2500-3500. Последний обладает более высокими прочностными показателями и химической стойкостью. При обычной температуре полиэтилен представляет собой твердый упругий материал, сохраняющий свои свойства до 60-70 °С. При температурах 110-120 °С он приобретает высокую эластичность.

На холоде полиэтилен не растворяется ни в одном растворителе, при 70-80°С он растворим во многих углеводородах. Полиэтилен устойчив к воздействию кислот, щелочей и растворов солей, но легко разрушается при соприкосновении с окислительными средами. Полиэтилен может быть использован как самостоятельный конструкционный материал. Из него готовят трубы, детали насосов, различную арматуру. Методом вакуум-формирования возможно изготовление крупногабаритной аппаратуры.

Полиэтилен можно сваривать  непосредственным соединением нагретых листов без применения присадочного материала. Разработаны способы точечной сварки и газопламенного напыления полиэтилена на металлические конструкции, что обеспечивает хорошую защиту от коррозии.

Полиэтилен наносят на поверхность металла, загрунтованную лаком, методом напыления или  вихревым способом.

 В первом случае  частицы порошкообразного полиэтилена  пропускают через воздушно-ацетиленовое  пламя. Частицы оплавляются до  пластического состояния и при  ударе о металлическую поверхность  сцепляются с

ней и образуют сплошное покрытие. Во втором случае порошкообразный  полиэтилен потоком воздуха наносится  на нагретую до

250-300 °С поверхность металла.

Полипропилен по сравнению с полиэтиленом более прочен (табл. 8.4).

Он может длительно  работать под нагрузкой при 100°С. Темпера-

тура размягчения 160-170 °С, морозостойкость (—30-;—35) °С. Про-

пилен обладает высокой стойкостью в кислотах (в H2SO4 — до 96 %,

в концентрированной HNO3), в органических растворителях, ароматических углеводородах, минеральных и растительных маслах. Он

неустойчив в олеуме, хлорсульфоновой кислоте, дымящей азотной

кислоте и бромной воде.

Из полипропилена готовят  листы различной толщины, трубы,

электротехнические и  машиностроительные детали, газонепроницаемую  пленку. Его широко используют для  футеровки аппаратов.

Срок службы — 6-8 лет.

Исходным сырьем для поливинилхлорида является хлорвинил

СН2 = СНС1. Это — газ, конденсирующийся в жидкость при —14 ° С.

Поливинилхлорид представляет собой порошок с плотностью 1,4 кг/м 3,

который можно перерабатывать на твердые материалы {винипласт)

и мягкие пленочные материалы.

Винипласт — термопластический материал с молекулярной мас-

сой от 1800 до 120000. Винипласт  стоек почти во всех минеральных 

кислотах (за исключением HNO3 высокой концентрации и олеума),

щелочах, растворах солей, органических растворителей. Он пластичен при нагревании до 140 °С и ему можно придать любую форму.

Однако винипласт имеет  и недостатки, ограничивающие его  применение: низкий предел рабочей  температуры D0-50 °С), низкая

ударная вязкость, большой  коэффициент линейного термического

расширения, постепенная  деформация под нагрузкой.

Из винипласта готовят  аппаратуру, работающую при темпера-

турах от +50 до — 20 °С, но не несущую механических нагрузок.

Винипласт легко сваривается. Он применяется как самостоятельный 

материал для изготовления труб, вентиляторов, теплообменной  аппаратуры. Широко используется для  изготовления вентиляционных

систем в помещениях с  агрессивной средой.

Для защиты аппаратов применяется  пленочный винипласт толщиной 0,6-0,9 мм. При помощи перхлорвинилового  клея он хорошо

приклеивается к дереву, металлу и бетону.

Полистирол — твердый материал, устойчив к воздействию растворов кислот, щелочей, светостоек. Но он растворяется в органических растворителях. Полистирол является отличным диэлектриком

при температурах от —80 до +110 °С. Его используют для изготовления изоляторов, фасонных изделий, лент и  труб для изоляции

проводов.

Фторопласты обладают исключительно  высокой химической стойкостью и  являются непревзойденными материалами  в антикоррозионной технике.

Политетрафторэтилен — фторопласт-4 является полимером

тетрафторэтилена [-CF2-CF2-]n? т.е. полностью фторированного эти-

лена. Он обладает высокой  химической стойкостью, разрушается 

только расплавами щелочных металлов, фтором и фторированным

керосином.

Важным свойством фторопласта-4 является его теплостойкость,

он не изменяет своих свойств  в интервалах температур от —190 до

+260 °С. Отмечают также  его низкий коэффициент трения  и прочность при низких температурах.

Фторопласт-4 является отличным диэлектриком, стоек против де-

формации и не хрупкий. Молекулярная масса фторопласта может

доходить до 400000-500000.

К недостаткам фторопласта-4 относится его низкая адгезия  к металлам и другим материалам. Фторопласт-4 используется в виде химически  стойких труб, шлангов, прокладок, сальниковой  набивки,

клапанов и фильтров для  кислот.

В отечественной и зарубежной промышленности имеется опыт

применения футерованных фторопластом-4 насосов, труб и фасонных частей к ним. Успешно применяются  теплообменники из фторопласта-4 (тефлона). Они представляют собой пакеты из трубок диаметром от 2 до 6,35 мм и толщиной стенок 5-15 % от диаметра трубок. Трубки смонтированы в пакеты в форме листов или цилиндров с площадью теплообмена до 4500 м2.

Фторопласт-3 — является полимером трифторхлор-этилена [-CF2

-CFCl-]n. Он выпускается в виде мелкодисперсного, легкосыпучего

порошка и плавится при  температуре 210 °С. Применение фторопласта-3 допускается до 70° С, при отсутствии механической нагрузки — до 100°С. Он не смачивается водой, не набухает в  ней, не разрушается под действием  разбавленных азотной, серной, соляной

кислот, концентрированных  растворов щелочей.

Фторопласт-3 используется для  изготовления фасонных изделий 

и уплотнительных элементов.

Большим преимуществом фторопласта-3 является возможность 

получения из него пленки и  нанесение его на металлическую  поверхность для защиты от коррозии. Такое покрытие хорошо держится на

изделиях из углеродистой и легированной стали, на алюминии и его

сплавах.

Пленки из фторопласта-3 наносят  на металлические поверхности 

из суспензии смеси  этилового спирта с ксилолом. Затем  смесь высушивается сначала при 50-60 °С, а потом при 150 °С. Высушенное

покрытие сплавляется  при 260-270 °С в течение 10-20 минут. Пленки

из фторопласта-3 устойчивы к кислотам, растворам солей. Их при-

меняют для защиты аппаратуры при производстве хлорпоизводных

и для хранения особо чистых веществ.

Сложные поликонденсационные  пластические массы 

Из этого класса пластмасс  наиболее распространенными являются фенолформалъдегидные пластические массы. Большое распространение на их основе нашли композиционные материалы с наполнителями и слоистые пластики.

Образование фенолформальдегидных смол происходит по реакции поликонденсации с выделением воды.

Поликонденсацию фенолов  с альдегидами осуществляют в  присутствии кислых или основных катализаторов. При использовании 

кислого катализатора и при  избытке фенола получают новолачную

(термопластичную) смолу;  а в присутствии щелочного  катализатора 

и при избытке формальдегида  получают резольную (термореактивную) смолу.

При нагревании или в присутствии  отвердителей смолы пере-

ходят в полимеры, имеющие  сетчатое строение. В зависимости  от

наполнителя фенопласты подразделяют на прессованные, волокнистые и слоистые.

Из асбоволокнита получают изделия общетехнического назначения (переключатели, фланцы, рукоятки, шестеренки). Материал

стоек к воздействию воды, слабых растворов кислот, щелочей, до-

статочно термостоек —  до 300 °С.

Фаолит изготавливают на основе резольной смолы и асбеста. Он

стоек в кислотах: серной (средних концентраций до 50°С), соля-

ной (всех концентраций до 100 °С), уксусной, фосфорной (до 80 °С),

лимонной (до 70 °С). Также  устойчив в растворах различных солей

(до 100 °С), в том числе  натрия и кальция, в атмосфере  газов: хлора и сернистого ангидрида  до 90-100 °С. Фаолит нестоек в азотной

кислоте, плавиковой кислоте  и щелочах.

Из фаолита готовят разнообразную аппаратуру: емкости, ректификационные башни, холодильники, барботеры, арматуру, трубы и т.д.

По сравнению с винипластом, для которого предельно допусти-

мая температура 40-50° С, фаолит можно эксплуатировать до 130—

150 °С. Фаолит сравнительно хрупок, однако по механической прочности он превосходит кислотостойкую керамику.

Стекловолокниты — прочный, устойчивый к вибрационным на-

грузкам материал, обладает высокой удельной прочностью, стоек  к

действию агрессивных  сред и микроорганизмов.

Текстолит — это прессованный материал, изготовляемый из

хлопчатобумажной ткани  или других слоистых материалов (напри-

мер, асбестовая ткань), пропитанных  фенол-формальдегидной смолой и отвержденных. Пропитанные смолой пакеты прессуются между

нагретыми плитам гидравлических прессов при температуре 145—

150°С. Текстолит прочнее  фаолита. Он применяется для изготовления деталей, передающих усилия: шестерен, роликов для тросов,

муфт и т.д.

Стеклотекстолит относится  к волокнистым материалам. В качестве наполнителей применяют стекловолокнистые  материалы в виде ориентированных  элементарных волокон, стекложгутов или  стеклотканей различных переплетений. Вид наполнителя оказывает основное влияние на свойства стеклотекстолита. Прочностные свойства стеклотекстолитов  высокие. По удельной прочности они  не уступают, а иногда и превышают  аналогичный показатель для стали,

дюралюминия и титана. Стеклопласты хорошо противостоят действию ударных  и динамических нагрузок и обладают способностью

гасить колебания элементов  конструкций. Они стойки к воздействию 

растворов электролитов, масел, жидких топлив. Из них изготавлива-

ют крупногабаритные конструкции  для хранения и транспортировки 

агрессивных жидкостей.

Прочностные свойства и теплостойкость могут быть повышены,

если применять в качестве связующего материала эпоксидные, полиэфирные  или кремнийорганические полимеры.

Силиконовые смолы или кремнийорганические  полимеры содер-

жат в основной цепи кремний  и кислород (полисилоксаны, общая

формула R^SiO, где R — радикал). В зависимости от характера связи молекул и природы радикалов силиконы могут быть получены в

виде смол, каучукоподобных веществ, масел. На основе этих соединений производят жаростойкие лаки, смазки, силиконовые каучуки

и слоистые пластики.

Кремнийорганические покрытия можно нанести обычными методами: окунанием, распылением, кистью. Полное отверждение про-

исходит в течение 5-10 часов  при температуре 200-250 °С.

Лаки могут длительное время эксплуатироваться в рабочей  зоне

при температуре свыше 200 °С. Особенно ценны в этом отношении

фенил-силиконы. Смешивая их с оксидами титана, получают покрытия, стойкие к нагреву до 600 °С.

Силиконовые каучуки применяются  для прокладок и уплотните-

лей, работающих при высоких  температурах.

Покрытия из силиконовых  полимеров устойчивы в кислороде,

озоне, влажной атмосфере при температурах до 500-550 °С. В качестве наполнителей применяют алюминий, титан.

Кремнийорганические(силиконовые) смолы– органические соединения, в цепях которых кислород частично замещен кремнием- обладают высокой химической и термической стойкостью. Лаки, приготовленные на основе кремний органических соединений, могут длительное время подвергаться

воздействиютемпературысвыше200°С, не изменяявнешнего вида и не становясь хрупкими. Силиконовая пленка, нанесенная на изделие, делает его

поверхность водоотталкивающей, она характеризуется высокими диэлектрическими свойствами.

 

Широко используются в  химической промышленности композиции на основе эпоксидных смол.

Эпоксидные  смолы — продукты поликонденсации многоатомных фенолов с эпоксигидрогруппой (например, эпихлоргидрином).

Эпоксидные смолы имеют  хорошую адгезию к металлу  и после отверждения становятся устойчивыми к действию щелочей, бензина,

ацетона, соляной кислоты, растворов неорганических солей.

Такие покрытия используют для защиты от коррозии дымовых

труб, выпарных аппаратов, сушилок, насосов для перекачивания горячих  жидкостей, крекинг-установок.

Лаки на основе фенолформальдегидных смол, называемые бакелитвымилаками, стойки по отношению к большинству агрессивных сред. Бакелитовые покрытия выдерживают температурудо100°С. Разрушаются под

Действием окислителей, некоторых  органических соединений и щелочей. Бакелитовыми лаками в хлорном производстве покрывают железные пароподогреватели, роторы вентиляторов и др. Бакелитовый  лак наносят на поверхность в 4-5 слоев, при этом каждый слой сушат  при температуре160-170°С.

В результате термической  обработки происходит полимеризация  лака, т.е.

Переход в неплавкое и  нерастворимое состояние. К недостаткам  бакелитовых

Покрытий следует отнести  их хрупкость и малую сопротивляемость ударам.

Для защиты металлических  сооружений от подземной коррозии широко используют битумно-пековые композиции. Они стойки по отношению к воде, растворам солей, кислотам, щелочам  и др. Высокая химическая стойкость  битумов связана с присутствием в их состав высокомолекулярных соединений, практически невзаимодействующих  с большинством агрессивных сред.

 

Пластикат и винипласт  получают при переработке полихлорвиниловых  смол. Пластикат изготавливают в  виде мягких листов или лент, применяемых  для обшивки химических аппаратов. Полихлорвинил стоек вразбавленных серной, азотной, плавиковой, фосфорной, соляной кислотах и в

 разбавленных щелочах. Винипласт получают прессованием полихлорвиниловой смолы при температуре 65° С в виде труб, листов и фасованных изделий.  Винипласт хорошо сваривается с помощью струи горячего воздуха.

Среди футеровочных материалов резина занимает особое место благодаря высокой эластичности, большомусопротивлению к истиранию, способности гасить колебания. Резина обладает высокой химической стойкостью в ряде агрессивных сред. Обкладку(футеровку) резиной химической

 Аппаратуры называют  гуммированием. Гуммированию подвергают электролизные ванны, емкости для хранения растворов кислот и солей, насосы, вентиляторы, змеевики, мешалки и т. д.

Физические свойства резины во многом зависят от количества введенной  в нее серы. Мягкая резина получается при содержании серы 3-4%. При

Более высоком содержании серы резина становится менее эластичной, а при

Содержании серы свыше15% образуется твердая резина– эбонит. Эбонит

хрупок, а по своей химической стойкости превосходит мягкую резину.

Гуммирование проводят по предварительно очищенной поверхности

 Путем накладывания  листов мягкой резины на стальную  поверхность с нанесенным слоем  клея. Изделие вместе с порошком  серы помещают в специальные  котлы, где при температуре143°С  и давлении 3 атм в течение4-10 ч происходит вулканизация резины.