为阀门部件和涂层选择非金属材料

作者： 美国MILLER米勒阀门中国运营中心 时间：2023-01-30 10:46:23 阅读：38

非金属材料通常用于阀门部件。为阀门设计和特定应用条件选择非金属材料对于确保产品可靠性至关重要。与阀门设计中使用的金属材料一样，为满足可靠性目标选择非金属材料对于实现组件在预期应用中的设计功能非常重要。在本文中，我们讨论了一些关键领域，以帮助设计和选择非金属材料。

将非金属材料纳入阀门设计

从设计/制造的角度来看，在选择材料时，您需要清楚目标部件的功能。是动密封吗？是静密封吗？是压力边界还是压力控制元件？

对于工业阀门中的压力边界元件，非金属材料不如金属材料普遍。我们看不到非金属材料在工业阀门中得到广泛应用的原因之一是缺乏为其使用提供认可和指导的规范或标准。一些行业将使用非金属压力边界材料（例如玻璃纤维增强塑料复合材料），因为这些材料在化学相容性方面比金属材料更适合。复合材料可以在许多酸服务中提供卓越的化学相容性，因此为服务选择合适的材料可以提供整体产品可靠性。

此外，请考虑：

• 耐化学性和物理性能

• 挠曲模量和抗蠕变性

• 制作非金属零件的加工方法：需要什么专业知识，设备成本是多少？

从应用的角度来看，请注意阀门将遇到的条件：

• 流动介质的化学成分（至关重要）

• 弹性体衬里必须能承受化学侵蚀和膨胀

• 材料的温度限制

• 流体的固体含量（如果有）（是否存在磨损风险？）

• 流速或速度

阀门中使用的非金属材料的特性

了解材料特性对于为阀门设计功能和应用兼容性选择合适的材料至关重要。应理解构造材料的化学和物理特性以使用特定材料。

材料的化学性质决定了它是否可以在特定应用中使用，包括：

• 化学相容性/耐腐蚀/耐化学性

• 结晶度

• 渗透

• 导电性

• 食品安全

需要考虑材料的物理特性以确保功能性能，包括在各种操作条件下：

• 强度：拉伸、屈服、压缩

• 伸长

• 弯曲模量

• 压缩变形

• 负载变形

• 硬度（邵氏硬度计）

• 体积变化：膨胀，特别是由于流动介质

• 耐磨性

• 抗挤压性

• 温度额定值：给定温度范围内的性能（图 1 显示示例）

同样重要的是要知道，没有两种相同类型的材料可能具有相同的特性。这里有两个例子：

弹性体特性高度依赖于“配方”和“成分品牌”，因此成分品牌的变化可能会导致材料特性发生意想不到的变化。

聚合物的机械性能高度依赖于材料的加工（配方）；材料特性与材料的结晶度直接相关，而结晶度由热处理决定。热处理的任何变化都将与机械性能的变化相关联。

兼容性至关重要

材料制造商非常了解他们的产品并提供化学相容性信息，通常在如图 2 所示的图表中。

请注意，在第二列中，FEP/TFE/PFA（含氟聚合物）材料显示出非常适合与列出的所有化学品一起使用。也就是说，这种类型的材料不一定适用于所有情况；极具挑战性的流动（例如熔融硫磺）可能会导致问题。

在类似的橡胶材料指南中，您会看到溶胀率或降解率，而不是金属的腐蚀率。寻找一种与流经该管道的任何物质相容的材料。

错误应用材料的示例：

• PEEK在室温下完全溶于浓硫酸。

• 当存在碳氢化合物时，EPDM 弹性体会膨胀和分解，即使是微量的碳氢化合物。根据制造商的建议，改用丁腈橡胶或氟橡胶。

• 聚丙烯非常适合稀释和浓缩无机酸和碱，但氯化烃会导致它膨胀和软化。

• 存在蒸汽时，EPDM 弹性体会膨胀。

• O 形环或平垫圈的膨胀实际上可能会改善静态密封，但在蝶阀衬里的动态密封中，例如，衬里的膨胀可能会导致阀门循环时撕裂