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三暢創新研發儀表、助力工業自動化升級

線型低密度聚乙烯( LLDPE ) 在流量儀表上的應用

來源: 作者: 發布日期:2020-07-27 16:03:25

 摘要: 針對化工及制藥行業生產過程中對腐蝕性介質流量的測量,采用具有良好物化性,防腐蝕性以及加工工藝性的線型低密度聚乙烯( LLDPE) 塑料,應用塑料旋轉成型加工工藝,制作防腐型流量儀表。提高了流量儀表的產品品質及質量,降低了生產成本,替代了一些貴重金屬的應用,具有良好的應用前景。

 
0 引言
當今世界已進入信息化時代,信息技術是推動科技發展的關鍵技術。信息技術包括測量技術,計算機技術和通信技術。測量技術是基礎,是信息技術的源頭。尤其是當今工業自動化的發展離不開儀器儀表的測量與控制,而工業自動化是當代發展非常迅速、應用非常廣泛、非常引人注目的關鍵技術之一,是推動新技術和新型產業的關鍵技術。儀器儀表的整體水平是國家綜合國力的標志,利用新材料、新技術不斷提升儀器儀表產品的質量與品質是儀器儀表行業發展的主要趨勢。 
 
1 線型低密度聚乙烯( LLDPE)
 
線型低密度聚乙烯( Linear Low-Density Polyethylene,LLDPE) 是聚烯烴的一個主要品種,是乙烯、丙烯和丁烯共聚而成的一種烯烴共聚物,因此它既保持了乙烯、丙烯的耐腐蝕型,同時又具良好的物化性能[1],其使用溫度比聚乙烯及聚丙烯高出 20 ~ 35°。聚乙烯和聚丙烯與金屬結合力比較差,而線性低密度聚乙烯具有很強黏結力,能與金屬牢牢的結合在一起,由于極強的結合力,非常大限度地限制了其因冷熱變化而引起的收縮和伸長,因此,用其作防腐儀表的襯里可以耐真空,真空度可達 - 0. 092 MPa。線型低密度聚乙烯被稱為是世界上目前非常理想的防腐材料。
 
1. 1 線型低密度聚乙烯( LLDPE) 的物物理性能
非常好代線型低密度聚乙烯( LLDPE) ,其物理力學性能在拉伸強度、沖擊強度、撕裂強度、伸長率和耐環 境 開 裂 方 面 都 優 于 傳 統 的 低 密 度 聚 乙 烯( LDPE) ,但透明性和加工性差,隨著催化劑和聚合工藝的進步,第二代 LLDPE 的透明性和加工性得到很大的提高。隨著時代的發展和技術的進步被稱為第三代聚乙烯的線型低密度聚乙烯( LLDPE) 樹脂,除具有一般聚烯烴樹脂的性能外,其抗張強度、抗撕裂強度、耐環境應力開裂性、耐低溫性、耐熱性和耐穿刺性尤為優越,獲得了令人矚目的發展。線型低密度聚乙烯( LLDPE) 其物理性能及力學性能如表 1所示。
線型低密度聚乙烯( LLDPE) 其物理性能及力學性能
1. 2 線性低密度聚乙烯( LLDPE) 防腐性能
線型低密度聚乙烯( LLDPE) 不僅具有良好的物理性能、力學性能,還具有很好的耐腐蝕性能,對一般酸、堿、鹽、腐蝕性氣體及有機溶劑的耐腐蝕性能良好[2],其耐腐蝕性能僅次于聚四氟乙烯,且價格便宜,加工工藝性好,是替代聚四氟乙烯的理想材料。線性低密度聚乙烯( LLDPE) 其防腐性能如表 2所示。
線性低密度聚乙烯( LLDPE) 的防腐性能
線性低密度聚乙烯( LLDPE) 的防腐性能
線型低密度聚乙烯主要用于介質工作溫度 - 25 ℃ ~ +100 ℃,工作壓力負壓 90 kPa ~ 正壓 2. 5 MPa 防腐管道工程并廣泛應用于化工、生物、電力、冶煉、制藥、食 品、環保等領域,是取代橡膠瓷、玻璃鋼、不銹鋼和塑料板等襯里的理想材料。
 
2 線型低密度聚乙烯加工工藝性能
線型低密度聚乙烯加工工藝性能優異,主要是通過旋轉成型技術將其塑化到金屬管道內壁,起到介質與金屬管道隔絕的作用,并充分發揮了它的防腐作用。同時,也可以用模壓的方式制作防腐器件。 
 
2. 1 旋轉成型技術基本原理
旋轉成型又稱滾塑,是熱塑性塑料的一種成型方式;驹砭褪菍⒎蹱钗锪霞尤氲侥>咔惑w內,然后通過加熱模具并同時將膜具通過機器設備不停地橫向或縱向旋轉,物料本身通過自身的重力和離心力的作用均勻地分布在膜具的內部空腔且熔融并黏附在的整個膜具的內腔表面,形成所需要形狀及厚度,經冷卻定型后得到所需要產品[3]。
 
旋轉成型技術在防腐領域的應用比較廣泛,就是利用旋轉成型設備和工藝技術,將處理好的金屬設備作為模具,在其內表面搪襯一層整體無縫的塑料層。 2. 2 防腐用旋轉成型工藝制作需要防腐的殼體( 如流量儀表) 、表面前處理、將儀表殼體放到旋轉工作臺上、加熱殼體至所需溫度、加塑料粉末、熔融、冷卻、卸工件、檢測( 電火花檢測或針孔探測儀) 和成品入庫。 
 
2. 3 線型低密度聚乙烯( LLDPE) 的成型特點
( 1) 成型周期短,成型性好。線型低密度聚乙烯( LLDPE) 的流動熔融流動性對剪切力依賴小,旋轉成型時,物料是靠自身的重力散落到模具的表面,不受外加剪切力的作用,可以很容易地填充到各個細微結構中,并形成均勻的厚度,還有利于旋轉時夾入到熔體中的氣體迅速排出,從而縮短成型周期。另外線性低密度聚乙烯( LLDPE) 的熱穩定好,雖然熔點溫度是 128 ℃,但可 在 200 ~ 370 ℃ 的較寬溫度范圍內旋轉成型[4]。成型時,不易出現和模具接觸面過熱分解而外層熔融不充分的弊病,可以在較高的溫度下旋轉成型,從而縮短生產周期,提高生產效率,降低生產成本。 ( 2) 耐開裂性好。由線型低密度聚乙烯分子結構含有共聚單體結構本并且分子結構比較規整,因此其耐開裂性能非常優異。 ( 3) 與金屬的黏合力好。線型低密度聚乙烯具有很強黏結力,能與金屬牢牢的結合在一起,由于極強的結合力,極大限制了其因冷熱變化而引起的收縮和伸長,它的熱脹冷縮系數與金屬相差不是很大。作為防腐管道襯里,管道和管件不會因熱脹冷縮而產生破壞,確保了設備的長期穩定使用,是目前非常理想的防腐蝕材料。
 
線型低密度聚乙烯作為防腐材料的性能特點: 優異的耐腐蝕性能,能耐大部分的酸,堿,鹽及有機溶劑; 優異的絕緣性,不受電化學腐蝕; 具有剛性好,耐沖擊力強的特點; 使用溫度寬,安全使用范圍 - 40 ~ 100 ℃內; 摩擦系數小,表面光滑,具有很好的耐磨性和抗異物性; 與金屬黏結性好,可以耐負壓,真空度可達 - 0. 092 MPa;耐壓范圍寬,工作壓力為負壓 90 kPa ~ 正壓 2. 5 MPa。 3 線型低密度聚乙烯在防腐型儀表上的應用中國工程院院士王大珩教授曾提到“儀器儀表往往被看作科研和工業生產的‘配角’,然而它早已成為我國科技發展和提升工業產品質量的核心組成部分,作用舉足輕重。事實證明,中國科技實力與經濟發展的‘咽喉’,部分地被卡在儀器儀表這一關上。”儀器儀表廣泛應用于石油、化工、發電、制藥、食品和水處理等國民經濟各行各業,其中石化、制藥、水處理等行業,很多工位都要測量有腐蝕的介質,這就要求儀表本身就具有防腐功能。早期在防腐技術不成熟的情況下,要用到很多貴重金屬及合金來制作防腐型儀表,從而造成很大的浪費。隨著科技的進步及防腐新材料的出現,由防腐新材料替代貴金屬,既能夠提高儀表的品質,又能夠為國家節省大量的特殊貴重金屬材料。
 
現在世界上防腐性能非常好的材料是氟塑料,其中應用非常多的具四氟乙烯( PTFE) ,幾乎能夠耐目前的所有腐蝕性介質,且使用溫度能達到 260 ℃。但缺點是價格高,加工工藝性不好,熱脹冷縮系數較大,黏結性差,作為儀表襯里不耐負壓。
 
線型低密度聚乙烯以其優異的加工工藝性能和防腐蝕性能,可以在大部分防腐蝕儀表上得到應用。
 
 3. 1 流量儀表
流量儀表是指在管道上測量管道內流體介質的儀表,應用非常廣泛的就是電磁流量計,金屬管浮子流量計,其他還有如質量流量計、孔板流量計、渦街流量計等。每種流量計對介質測量的側重各有不同。如電磁流量計是利用法拉利電磁感應原理,只能測量導電性的液體,對不導電的介質及氣體無法測量。而金屬管浮子流量計是利用浮子在介質中的浮力、重力、流體介質對浮子的沖力達到力的平衡,使浮子處于某一個位置,通過磁偶合將這一位置信號傳遞出去以達到對介質流量的測量。從金屬管浮子流量計的測量原理可知,既可以測量導電性介質,也可以測量非導電性介質,同時還可以測量各種氣體介質,應用十分廣泛。 
 
3. 2 電磁流量計
電磁流量計的襯里早期大多采用橡膠,直到氟塑料得到廣泛應用后,聚四氟乙烯塑料得以用于電磁流量計的襯里,橡膠襯里工藝復雜,外觀不好,防腐性能受到局限。聚四氟乙烯防腐性能優異,但加工工藝性差,它的不黏性,導致其與管道不能成為一體,負壓管道受到局限,法蘭翻邊容易翹曲,同時價格比較昂貴。目前線型低密度聚乙烯以其優良的防腐性,獨特簡單的加工性和與金屬的黏結性,低廉的價格成本,在電磁流量計上得到廣泛的應用。
 
 3. 3 金屬管浮子流量計
金屬管浮子流量計對于一般介質的測量都采用不銹鋼加工,其中包括測量管、止動器、導向器、浮子。這些零部件都要接觸被測介質,如果被測介質具有比較強的腐蝕性,不銹鋼是不能承受的,必須用到防腐材料制作。目前腐蝕性介質大都采用聚四氟乙烯作為襯里,有些流量計則要求用哈氏合金,鈦等貴金屬及合金。這樣既提高加工難度及成本,又造成貴金屬材料的極大浪費。
 
經不斷的試驗、摸索,金屬管浮子流量計的防腐襯管采用旋轉成型的方法制作,再通過機械加工的方法獲得到所需要的尺寸。流量計的配件,如導向器、止動器、浮子,采用模壓的方式獲得,由此提高了生產效率,并提升了產品的品質,降低了生產成本。產品已經在市場上得到初步的應用,并取得了良好的效果。 
 
4 結論
 
由于歷史加工慣性的原因,到目前為止,線性低密度聚乙烯在流量儀表行業僅應用于電磁流量計,在其他形式的流量儀表上還未曾得到應用。其固有的優異性能應用于金屬管浮子流量計,還僅僅是開始,具有非常大的實際意義。這樣既降低了成本、又提高了生產效率,而且還能節省大量貴金屬材料。
 
線型低密度聚乙烯雖然具有成本低,操作簡便,適用廣泛,襯里表面較好,并耐負壓的特點,但其缺點是使用溫度小于 100 ℃,一些強腐蝕性的介質還不能適應。因此,美國的氟塑料企業研制了一種可用于旋轉成型的氟塑料,四氟乙烯與乙烯共聚物( ETFE,簡稱F40) [5]。其不但具有線性低密度聚乙烯的加工工藝特性,可旋轉成型加工,其使用溫度寬,可在 - 60 ~ 180 ℃范圍內應用,短時間可達 230 ℃,且防腐性能與聚四氟乙烯相當。但 F40 原材料國內還不能生產,且價格較高,目前國內已有研究單位和氟塑料廠家在做這方面的探討,相信不久的將來更好防腐塑料 F40 將應用于儀器儀表行業。

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