企业简介

作为中国自动化领域的权威旗舰网络媒体，控制网创立于1999年7月，是中国举行的第十四届IFAC （International Federation of Automatic Control）大会的中国官方组织机构的唯一指定网站。控制网是中国自动化学会专家咨询工作 委员会（ECC）的秘书处常设之地。是北京自控在线文化传播有限公司开设的网站。

  • 公司类型：其他

联系方式
  • 控制网
  • 地址：北京市海淀区上地十街辉煌国际2号楼1504室
  • 邮编：100085
  • 电话：010-57116291 / 59813326
  • 传真：010-59813329
  • 网址：http://www.kongzhi.net
  • Email：mahongliang@kongzhi.net
  • 联系人：市场部
案例详细
标题聚四氟乙烯在仪表防腐上的应用
技术领域
行业
简介介绍聚四氟乙烯（PTFE）的性能，比较各种常用防腐材料的耐化学药品性能的优劣，给出PTFE在仪表防腐上的常用工艺，并介绍了PTFE在仪表防腐上的实际应用。
内容

    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、温度、流量、物位等的测量与控制，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。近年来化学工业的迅速发展，使得仪表行业获得了前所未有的突破，它在企业的生产中的作用越发显得重要。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、测量不准确、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。据发达国家的有关统计[1]，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众多企业的重视。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（PTFE）等。在诸多防腐材料中，PTFE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。

    1． PTFE的性能

    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，故其耐化学药品性极佳，甚至超过贵金属。表1列出了PTFE与其它常用防腐材料的耐化学药品性[2，3]。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，其它所有介质如酮类、醚类等有机溶剂均不能对它起作用，浓酸、浓碱、强氧化剂即使在高温时也不能对它起作用。PTFE润湿性极小，对酸和碱溶剂的吸收率极低，在高温下长期接触一般只增重1%左右；PTFE具有良好的热稳定性，在200℃以上才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，在475℃以上分解产物有极少量巨毒的全氟异丁烯，因此烧结时一定控制温度不要超过475℃；PTFE还不受氧、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。另外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，仍能保持其形状的完整性。

表1） PTFE与其它常用防腐材料的耐化学药品性


    但PTFE与其它塑料相比，它的力学性能不是很好，且不耐磨、硬度低、易冷流。在PTFE中加入能经受PTFE烧结温度（360～380℃）的填充剂，它的力学性能可大为改善，同时能保持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[1]。

2.  仪表防腐常用工艺

    PTFE的耐化学腐蚀性好，因而在防腐材料上用得最多，应用面很广。PTFE在仪表防腐中主要应用在内衬和外包两个方面：内衬用于仪表内部能够接触到强腐蚀性介质的部位，而外包则用于仪表外部能够接触到强腐蚀性介质的部位。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PTFE后防腐效果极佳。PTFE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。

    2.1  内衬工艺流程：   

    制造内衬的工艺流程如图1所示。           


    实施内衬工艺需注意下列几点：

    ⑴ 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V高压电扫描无击穿，且板面平整；

    ⑵ 紧衬需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；

    ⑶ 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ф2~3mm排气孔；

    ⑷ 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；

    ⑸ 内衬材料经焊接、翻边后，必须对其逐点检测（用2万V 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。

2.2  外包工艺流程：

    仪表外包防腐目前以PTFE缠绕烧结法居多，该方法简单、易操作、可靠性高，其工艺流程如图2所示。    


    缠绕烧结工艺需注意以下几点：

    （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PTFE防腐套，缠绕PTFE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PTFE带容易断裂，而太小则缠不紧，烧结时易开裂；

    （3）烧结在高温炉中进行，随着温度的升高，型坯体积发生膨胀，在熔点附近体积膨胀率达25%，因而要控制升温速度，若升温过快会导致膨胀不均而产生内应力，使包层变形、开裂；而升温过慢则烧不透，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）。 

    PTFE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。

3．PTFE在仪表上的实际应用

    浙江巨化自动化仪表有限公司（原巨化集团工程公司仪表厂）以一次仪表为基础，以防腐为特色，紧紧把握住将氟材料应用于一次仪表防腐作为产品创新的融合点，对照各种工艺的优缺点，总结出成型翻边、缠绕烧结、紧衬松衬等加工工艺，并相继推出以PTFE为隔离防腐材料的系列产品，如用于压力测量与控制的衬PTFE法兰式隔膜不锈钢压力表，用于温度测量与控制的衬PTFE热电偶、热电阻、双金属温度计，用于流量测量与控制的衬PTFE流量计，用于物位测量与控制的全衬PTFE磁翻板液位计、导波雷达液位变送器等，在防腐工程中得到了广泛的应用，很好地解决了强腐蚀性介质中仪表使用的问题。
 
    比如，某公司生产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，后来选用该厂生产的衬PTFE法兰式隔膜不锈钢压力表，膜片用316衬PTFE，平均更换周期延长至2a；某公司氢氟酸储槽，由于介质为腐蚀性极强的氢氟酸，起初选用进口电容液位计，使用1a被腐蚀，而采用该厂的全衬PTFE磁翻板液位计，从2001年9月使用至今性能仍完好。

4．结语   

    随着仪表工业的迅猛发展，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PTFE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，PTFE必将在仪表防腐上有更大的作为。