1．引言

早在50年前，塑料問世不久，就有人預(yù)言，塑料閥門的需求量將會大幅上升，目前，塑料閥門不僅廣泛用于建材工業(yè)、汽車工業(yè)、宇航工業(yè)、給排水工業(yè)，在石油化工業(yè)中更是被大量使用。

2．閥門行業(yè)幾種常用塑料材料的性能特點(diǎn)

2.1 聚氯乙烯(PVC)塑料

2.1.1 物理機(jī)械性能

聚氯乙烯分為硬質(zhì)聚氯乙烯和軟質(zhì)聚氯乙烯，石化行業(yè)經(jīng)常使用的是硬質(zhì)聚氯乙烯塑料，其物理機(jī)械性能見表l。聚氯乙烯的密度小，易于安裝；導(dǎo)熱系數(shù)小，介質(zhì)溫度不太高時可不用保溫層；線膨脹系數(shù)較大，管道安裝時應(yīng)考慮膨脹問題；使用溫度較低，一般在70℃以下。

2.1.2耐腐蝕性能

聚氯乙烯主鏈由非極性共價鍵C-C聯(lián)結(jié)而成，不含活性較大的基團(tuán)，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。硬質(zhì)聚氯乙烯除了強(qiáng)氧化劑(如濃硝酸、發(fā)煙硫酸等)、芳香族碳?xì)浠衔锛巴愅猓苣痛蟛糠炙帷A、鹽、碳?xì)浠衔铩⒂袡C(jī)溶劑等介質(zhì)的腐蝕，見表2。

2.1.3 應(yīng)用

硬質(zhì)聚氯乙烯能耐大部分酸、堿、鹽和碳?xì)浠衔锏母g，在煉油化工防腐中應(yīng)用廣泛。但硬質(zhì)聚氯乙烯的使用溫度比較低，一般為70℃以下，而且由于聚氯乙烯線膨脹系數(shù)較大，為普通碳鋼的5～6倍，故在溫度相對較高且溫度變化較大的生產(chǎn)工藝條件下不能使用。

2.2 聚乙烯(PE)塑料

2.2.1 物理機(jī)械性能

聚乙烯是乙烯的高分子聚合物，可分為高密度聚乙烯和低密度聚乙烯。低密度聚乙烯分子結(jié)構(gòu)中含有較多的支鏈，結(jié)晶度較小；高密度聚乙烯支鏈很少，結(jié)晶度比較大。聚乙烯是結(jié)晶性聚合物，結(jié)晶度多其物理機(jī)械性能影響比較大。聚乙烯的物理機(jī)械性能見表3。

2.2.2 耐腐蝕性能

聚乙烯的耐腐蝕性能與聚氯乙烯相比要好一些，主要體現(xiàn)在除耐腐蝕外，還幾乎不溶于任何有機(jī)溶劑，在甲酸、氫氟酸介質(zhì)中的耐腐蝕性也優(yōu)于聚氯乙烯，見表4。但聚乙烯的環(huán)境應(yīng)力開裂現(xiàn)象較嚴(yán)重，在較低應(yīng)力或應(yīng)變下，浸在一些介質(zhì)中會發(fā)生突然開裂。在腐蝕環(huán)境下，聚乙烯在不受力的情況下，使用溫度可稍高于硬聚氯乙烯，但由于聚乙烯強(qiáng)度較低，在同樣應(yīng)力條件下，允許的使用溫度低于硬聚氯乙烯。

2.2.3 應(yīng)用

由于聚乙烯的環(huán)境應(yīng)力開裂現(xiàn)象較嚴(yán)重，在較低應(yīng)力或應(yīng)變下，浸在一些介質(zhì)中會發(fā)生突然開裂，另外其機(jī)械性能不及聚氯乙烯，所以其在石油化工腐蝕環(huán)境中的綜合性能不如聚氯乙烯，應(yīng)用也沒有聚氯乙烯廣泛。

2．3 聚丙烯(PP)塑料

2.3.1 物理機(jī)械性能

聚丙烯是丙烯的高分子聚合物，是目前工程塑料中最輕的一種，其物理機(jī)械性能見表5。與聚氯乙烯相比，它的缺點(diǎn)是線膨脹系數(shù)大、彈性模量小、成型收縮率大、低溫下的脆性大；優(yōu)點(diǎn)是具有較高的使用溫度，軟化點(diǎn)較高(180℃)。在70℃以下，硬聚氯乙烯的強(qiáng)度高出聚丙烯許多，但隨著溫度上升，聚丙烯強(qiáng)度下降趨勢較小。當(dāng)超過硬聚氯乙烯玻璃化溫度(80℃時)時，聚氯乙烯完全喪失強(qiáng)度，而聚丙烯仍保持強(qiáng)度(120～150kg/cm²)，所以高溫度使用性能良好是聚丙烯最大的優(yōu)點(diǎn)。

2．3．2 耐腐蝕性能

聚丙烯除了強(qiáng)氧化劑如濃硝酸、發(fā)煙硫酸、綠磺酸等以外，可以耐大多數(shù)無機(jī)酸、堿、鹽的腐蝕，而且常溫下幾乎所有的有機(jī)溶劑均不能溶解聚丙烯，見表6。由于具有良好的耐高溫、耐腐蝕性能，聚丙烯廣泛應(yīng)用于石油化工耐腐蝕管道、閥門貯槽等構(gòu)件中。

2．3．3 應(yīng)用

聚丙烯具有線膨脹系數(shù)大的特點(diǎn)，在加熱時管線受熱伸長，溫度下降時收縮，在生產(chǎn)過程中長時間溫變拉伸、壓縮應(yīng)力載荷作用下，管線易出現(xiàn)塑性彎曲變形。由于聚丙烯管材線膨脹系數(shù)大、彈性模數(shù)小、低溫下的脆性大，不適用于溫度很高且溫度變化較大的生產(chǎn)工藝環(huán)境。

2．4 氯化聚氯乙烯(CPVC)塑料

2．4．1 氯化聚氯乙烯的性能

氯化聚氯乙烯的氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)由PVC中的56.7％提高到63％～69％，氯含量的增加，使得氯化聚氯乙烯的結(jié)構(gòu)上分子的不規(guī)整性增強(qiáng)，結(jié)晶度下降，分子鏈的極性增強(qiáng)，因而使其熱變形溫度顯著上升。CPVC產(chǎn)品的使用溫度最高可達(dá)93～100℃，比PVC提高30～40℃，氯含量的增加還會使得氯化聚氯乙烯的硬質(zhì)脆化溫度Tg顯著升高。又由于單體PVC的分子質(zhì)量的增加，也會使Tg在相同的氯含量水平時有小比率的增加。氯化聚氯乙烯的這些特點(diǎn)改善了PVC的抗化學(xué)性及抗腐蝕能力，能抗酸、堿、鹽、脂肪酸鹽、氧化劑及鹵素等的化學(xué)腐蝕；同時，CPVC的抗張強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度較PVC也有改進(jìn)。CPVC具有優(yōu)越的耐高溫、耐老化、耐化學(xué)腐蝕性能、高阻燃性和較高的機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)。氯化聚氯乙烯材料的耐化學(xué)腐蝕性能數(shù)據(jù)見表7。

2．4．2氯化聚氯乙烯應(yīng)用

氯化聚氯乙烯具有低成本、高硬質(zhì)脆化溫度、高熱彎曲溫度、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、優(yōu)異的機(jī)械性能等特性，在發(fā)達(dá)國家被廣泛用于工藝條件苛刻的腐蝕環(huán)境，國內(nèi)也在近幾年開始引進(jìn)這種非金屬材料，在一些腐蝕比較嚴(yán)重的石化生產(chǎn)裝置應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。

3．塑料閥門

由于上述幾種塑料具有的特殊性能，因而廣泛用來生產(chǎn)石油化工管道閥門。塑料閥門的生產(chǎn)工藝主要是注塑成型的。

又因塑料閥門的主要元件是由注塑模具制造的。近些年來，數(shù)控機(jī)床快速發(fā)展、不斷更新，促進(jìn)了模具制造業(yè)的發(fā)展，精密模具、大型模具、以及精密注塑設(shè)備的出現(xiàn)，使塑料閥門的生產(chǎn)得到快速發(fā)展。

塑料閥門發(fā)展的另一個原因是市場需求，給排水工業(yè)上使用了大批塑料閥門，這是因?yàn)樗芰喜馁|(zhì)的某些特性決定的：

其一，給排水管道用閥門使用溫度不高(常溫)，使用的壓力不高(0.4～0.6MPa)，而且管道閥門內(nèi)不易結(jié)垢，沒有污染，塑料閥門很適合。

其二，連接方便，除去法蘭連接外，還有螺紋連接卡套連接和承插焊連接，某些塑料材質(zhì)可以簡單地承插粘合連接，而有些塑料需要熔焊，即使熔焊，也比金屬對金屬的焊接簡單很多，所以受到使用者的歡迎。

其三，塑料價格便宜，生產(chǎn)閥門成本低。

由于以上原因，塑料閥門的發(fā)展非常迅速，隨著工程塑料新品種的出現(xiàn)，耐溫、耐壓、耐腐蝕性能不斷提高，塑料閥門的應(yīng)用范圍還將進(jìn)一步拓展。

4．塑料襯里閥門

我們知道塑料的使用溫度是有限的，通常在70℃左右，適應(yīng)壓力大多在O.6MPa左右。

單純用塑料制作的閥門是難以勝任在較高溫度、較高壓力工況下工作的，必須另辟蹊徑。人們在不斷試驗(yàn)和實(shí)踐中，利用塑料的可塑性加工原理，用鋼鐵作外殼，將塑料襯于殼體內(nèi)，以隔絕鋼鐵金屬與強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的直接接觸，這既解決了塑料的強(qiáng)度低，而不能承受較高壓力的問題，又解決了鋼鐵材料不耐腐蝕的問題。塑料襯里閥門將適用壓力由0.6MPa提高到PNl.6MPa，擴(kuò)大了使用范圍。

塑料襯里閥門的設(shè)計，生產(chǎn)工藝與氟塑料襯里閥門基本相同。除了模壓成型和注塑成型生產(chǎn)閥門之外，滾塑成型工藝對于某些大口徑閥門生產(chǎn)是一種既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)的好方法。

滾塑加工工藝最早起始于上個世紀(jì)40年代的歐、美等發(fā)達(dá)國家，是繼塑料加工、擠出、吹塑、注塑、拉伸等工藝后新出現(xiàn)的塑料加工工藝。它的特點(diǎn)：一是大型的制品，二是形狀怪異、產(chǎn)品無內(nèi)應(yīng)力。滾塑技術(shù)作為一種新工藝，應(yīng)用于閥門生產(chǎn)還是近幾年的事，最開始用于大型化工管道和工業(yè)彎頭，以及儲罐。

塑料襯里閥門的生產(chǎn)工藝較氟塑料襯里閥門容易些，適用范圍寬廣些，大部分氟塑料不能采用滾塑工藝制造閥門和儲罐的耐腐襯里。然而大部分塑料都能采用滾塑工藝襯里，滾塑工藝特別適合于大口徑閥門的襯里，不需要笨重的襯里模具和大型加熱爐設(shè)備，可直接在滾塑機(jī)內(nèi)進(jìn)行滾塑加工。這樣，不僅減少了設(shè)備費(fèi)和模具費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，為塑料襯里閥門的生產(chǎn)開辟了節(jié)能降耗的新途徑。

5．結(jié)束語

由于塑料閥門優(yōu)異的耐腐蝕性、不沾性、保溫性、電絕緣性和生產(chǎn)成本低、安裝簡便等特點(diǎn)，塑料閥門在石化工業(yè)，給排水工業(yè)中已經(jīng)被廣泛使用。

隨著新型塑料品種的不斷出現(xiàn)，塑料閥門的生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)和完善，塑料閥門的品種規(guī)格不斷增加和品質(zhì)的不斷提高，塑料閥門的應(yīng)用前景無比廣闊。

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