如何按耐蚀性要求选用合适的材料

塑料的耐蚀性亦称为耐化学药品性，是指塑料耐受各种介质腐蚀的能力。化工设备中常用的材料，通常还应具有一定的强度，耐高低温等特性，以往采用不锈钢或陶瓷类材料，现在广泛采用耐腐蚀塑料。耐腐蚀塑料具有质轻、耐腐蚀、耐磨损、易成型、成本低、便于保养维修等特性，配制适当的材料（如用改性PF塑料）还可制作耐热、绝热、隔热、耐瞬间高温、耐烧蚀的制品。另外，可用多种成型方法制作耐腐蚀制品，如可用手粘得成型制作GFUP大型耐压耐腐蚀容器；可用注射、模压、挤出、焊接、粘接等工艺制作各种复杂形状的耐腐蚀制品，其加工性优于不锈钢、陶瓷等材料。但是，塑料的耐蚀性有一定的局限性，塑料中除了氟塑料、氯化聚硅、PPS、PASF、UMHWPE等具有较强的抗腐蚀能力外，大多数塑料只对某些腐蚀介质在适当的条件下才有抗腐蚀能力，当遇到其他介质或条件变化（如浓度、温度等）时就可能失去抗腐蚀能力而发生水解、溶解、溶胀、硝化、磺化等腐蚀反应，致使制品发生增重、失重、物性下降、尺寸变化等反应，最终使制品性能失效。而且不同化学结构的塑料或在不同条件下耐蚀性差异很大，所以塑料不宜用作承受高负荷，高温度工作的耐腐蚀制品。按制品耐蚀性要求选料时应考虑如下因素：

1）腐蚀介质的特点，如介质品种、配方、浓度、温度、氧化性及状态等。因在每种塑料的耐蚀性资料中都标注了它可耐受介质的品种、浓度、环境温度及试验时介质的状态（如干燥气态或潮湿气态、液态或液膜等），选料时制品的腐蚀特征必须符合该材料腐蚀试验的条件，否则浓度高、温度高，塑料耐氧化性差或潮湿介质对制品表面粘附性强等条件不符，都会加速塑料腐蚀裂解，不能达到试验指标，因此应按制品的腐蚀特征向供应商咨询可行性或通过试验来确认应选材料的品种。

2）制品工作负载。制品工作时有无负载、负载大小、形式及时间长短、交变频率，以及制品内应力及缺陷等因素，对抗腐蚀能力有很大的影响，通常有载材料的耐蚀性比无载弱，而且由于腐蚀作用会导致制品力学性能下降，即使很小的应力在介质长期作用下也会发生应力开裂，从而降低使用寿命。所以选料时必须考虑这些因素的影响，必要时应选用高强度耐蚀材料。有一些大型制品，则采用在塑料制品表面涂覆防腐材料等方法来解决。

3）制品的使用性能。通常供应商提供的塑料耐蚀性资料都是采用试样在腐蚀介质作用下测定外观、质量大小、尺寸，体积等变化情况来表示材料的耐蚀性能。这些资料多数没有直接反映塑料制品在腐蚀介质作用下对使用性能的影响，如电性能、力学性能、耐磨性等。实际上，有的场合还是需要考虑这些因素的，例如盐类溶液对塑料的腐蚀性比酸、碱小，一般不会引起塑料变质，但在海面或工业区含盐浓度较高的空气中工作的塑料制品，盐分容易附着在有水膜的塑料表面，则会使绝缘电阻、击穿电压、介电性能恶化，这对极性材料或多孔性塑料影响更大。所以选择耐腐蚀材料时，需要考虑对制品使用性能影响的因素。

对制品强度要求较高时，则应选用强度下降率较低的品种或高强度耐腐蚀的塑料（如PC、PA、PSF、PI、HPVC等），对大型制品可采用增强热固性塑料制品外涂覆防腐涂料来满足强度和防腐的要求。

4）制品的质量，包括制品加工后残余应力大小、制品的应力集中，加工表面缺陷（如熔接缝、裂纹、表面粗糙度等）制品厚薄尺寸及接触面积大小、有无滞留介质的死角、缺口、尖角及凹槽等这些都会影响其耐蚀性，进而影响选料。

5）其他，如使用过程中有无发生燃烧、有无静电，以及制品结构的安全性、强度、使用寿命、生产成本等。

总之，在按耐蚀性选料时要结合制品实际使用情况及制品的质量耐腐蚀性要求等综合因素来进行选择。由于目前评定塑料耐蚀性尚无统一标准，所以接下来的内容也都仅供参考。

1.常用塑料的耐蚀性

如前所述，不同塑料的耐蚀性不同，除氟塑料外，大多数塑料不耐强氧化剂，有的塑料不耐酸、碱和水等极性介质，有的则不耐汽油，苯等非极性介质。

塑料分子中含酯键、酰胺键、醚键的易水解，故如聚酯、聚酰胺等塑料对水、酸或碱等溶液耐蚀性差；塑料的分子极性与介质极性相近或相似，则塑料也易被腐蚀，如极性PA对酸、碱、盐类极性的水溶液耐蚀性差，但对油气、四氯化碳等非极性介质耐蚀性好；如果塑料分子结构被其他结构保护起来，则这种塑料也有较强的抗腐蚀能力，如F4有氟原子保护，PPO的醚键两侧有非极性基团保护，所以前者有极强的耐蚀性，后者虽为醚键结构，但却有较好的抗水溶液腐蚀能力；在塑料中还有一些超高相对分子质量的结构塑料品种，如UHMWPE，其相对分子质量极大，键合力强，但不饱和键极少，所以对酸、碱、盐、有机溶剂都有极强的抗腐蚀能力。另外，对经氯化或交联后的聚合物，如CPE、XLPE，结构呈刚性（XLPE为网状结构），所以也可提高其抗腐蚀能力及抗辐射性。对热固性塑料而言，虽其耐蚀性较好，但它需加入各种填料后才能成为可实用的材料，因此不同填料的耐蚀性会直接影响不同塑料的抗腐蚀能力。对抗氧化性强的塑料，如CP、PPS、PPO、F塑料等，尤其是F4、CP等塑料对硝酸、硫酸具有很强的耐硝化、耐磺化的能力，所以抗强氧化剂腐蚀的能力强，但大多数塑料抗强氧化剂能力较差，只能抵抗氧化性较弱一些的氧化剂。另外，为了既提高制品的耐蚀性，又要降低成本，目前常采用在普通塑料制品外涂覆耐蚀涂料（如酚醛树脂漆、乙烯树脂漆、聚酯漆、环氧漆、橡胶漆等）办法，该法具有良好的防腐和经济效果，尤其对大型制品更为明显。

由此可见，不同塑料的耐蚀性随其化学结构不同有较大的差异，见表19-142。

表19-142 不同塑料的耐蚀性差别

①按ASTM-D570（3.175mm板，24h）测试。

注：◎表示安全；0表示基本安全；△表示部分侵蚀；×表示侵蚀，不适用（都在无载荷状态下）；o+表示被氢氧化钙（水泥等）侵蚀。

2.塑料的耐蚀性分类

综上所述，不同塑料的耐蚀性不同。为了便于检索，这里根据常用塑料对三种腐蚀介质的耐蚀性及范围进行综合评价，并据此将其分为六类，现简述如下：

（1）氟塑料 氟塑料是所有塑料中耐蚀性最好的塑料，其中以F4的耐蚀性最好，除了高温下的熔融碱金属和元素氟外，几乎所有介质都不能明显侵蚀它，因为其分子主链都被键合力很强的氟原子严密地包围起来，保护着不受介质侵害，所以它具有可抵抗如浓硫酸、浓硝酸、王水等在内的各种强氧化剂和各种无机溶液、有机溶剂侵蚀的能力，故有塑料王之称。

其他的氟塑料也有类似的能力，F46与F4相似；但F3、PVDF等抗强氧化剂能力稍逊，对浓硝酸、浓硫酸、液氯等的耐蚀性差，且醋酸乙酯、乙醚、某些芳烃、氯代烃会使其溶胀和溶解，但仍有耐多种强酸、碱及有机溶剂的能力，耐腐蚀综合性能优于其他塑料。不同氟塑料间的差异在于可耐介质的品种多少、范围大小和环境条件好坏程度，例如PVDF时无机酸、碱、质量分数为95%的H₂SO₄、发烟硝酸等都具有优良的耐蚀性，但对有机酸和溶剂耐蚀性稍差，在室温下可侵蚀它的介质较多，所以性能不及F4及F3。综合评价它们的耐蚀性，排序为F4>F46>F3>PVDF。

（2）CP及UHMWPE等塑料 它们的耐蚀性仅次于氟塑料，抗强氧化剂能力不及氟塑料，如浓硝酸、浓硫酸、液氯等强氧化剂在室温下也会使它们逐渐发生溶解或溶胀，但对其他较高浓度的酸、碱、盐溶液及非极性溶剂在120～130℃温度下都可保持长期的耐蚀性，如UHMWPE可耐80多种溶剂，经浸渍30天后，其外观及性能几乎不变。

（3）PPS、PASF等塑料 它们是优良的耐高温、耐蚀性塑料，耐氧化剂的能力不及前两类塑料，但在175℃以下可耐多数无机酸、碱、盐溶液及各种常用溶剂，不足之处在于会被氧化性酸脆化，可被三氯乙烯、氯苯等溶剂引发应力开裂。

（4）耐蚀性较好的料 这类塑料耐氧化剂能力差，各自有不同程度的抗腐蚀能力，但也会受到某些介质的腐蚀。这类塑料包括PA、POM、PC、PBT、PET、PSF、PI及PPO等。

1）PPO耐水性优异，在室温或受热情况下，可耐酸、碱、盐溶液及洗涤剂等，但在85℃浓硫酸中，在12MPa负荷下会发生应力开裂，对卤代脂肪烃、芳香烃、酮、酯、矿物油抗蚀性及耐应力开裂性差。

2）PA、POM耐碱及耐油性好，耐酸性差。

3）PC耐酸及耐油性好，但耐碱、耐氯代烃、耐水性及耐应力开裂性差。

4）PBT及PET耐溶剂性好，50℃以下耐水性好，但不耐强酸、强碱及酚类等化学药品。(www.xing528.com)

5）PSF有较好的耐水解、耐酸碱性，但易发生溶剂开裂。

6）PI有优良的耐有机溶剂及耐酸性，但不耐强碱及热水。

总之这类塑料有一定的抗腐蚀能力，但又有较多的弱点，所以综合评价耐蚀性时，其比前面几种差些。

（5）一般耐蚀性塑料 通用塑料，如PP、PE、PS、HPVC、ABS等，为一般性耐腐蚀材料。它们对浓度较高的氧化剂（如质量分数为50%的硝酸、发烟硫酸）的耐蚀性很差，但可耐其他各种浓度的酸、碱、盐溶液和不同的有机溶剂。如HPVC可耐各种浓度的酸、碱、盐溶液及有机溶剂（除芳香烃、酮类外），可在低温及50℃下长期工作；PE、PP等聚烯烃可耐芳香烃，可耐油和高温酸、碱溶液及溶剂（但对极性敏感），耐蚀性优于HPVC；ABS耐油性好，但只能耐弱酸、弱碱等介质，不耐铜、酚、酯类和氯代烃溶剂。

（6）热固性塑料 热固性塑料的耐溶液、溶剂性与其填料品种有关，如PF耐水性较好，但填充木料PF对水解及无机溶液耐蚀性下降。总的来说，UP、EP、DAP的耐腐蚀性较好（优于PF），玻璃纤维增强料可作高温耐腐蚀材料（120℃以上），但耐强氧化酸、碱及有机溶剂的性能不及HPVC。

综上所述，不同塑料的耐蚀性能不同，它们各有各自的特性。另外，改性料与原树脂的耐蚀性也可能相差很大，所以选料时必须按制品要求有针对性地择取材料。从综合评价而言，常用塑料的耐蚀性排序如图19-85及表19-143所示。常用塑料的耐蚀性见表19-144。

图19-85 不同塑料的耐蚀性排序

表19-143 塑料的耐蚀性排序

表19-144 常用塑料的耐蚀性

（续）

注：本表中“1”表示外观，物性无变化；“2”表示外观有细微变化，物性变化很小，可不计及；“3”表示外观有明显变化，物性有中度变化；“4”表示外观及物性有很大变化，有软化和局部溶解现象；“5”表示严重腐蚀。

3.耐腐蚀制品选料举例

（1）化工设备 如塔器、储槽（罐）、反应器、电镀槽、电解槽、酸洗槽、换热器、搅拌器、电雾除尘器、冷凝器、分离和排放设备、净化设备、槽车、过滤器、烟囱等制品都要求选用可抵抗各种强酸、强碱、氧化剂及有机溶剂的塑料。根据不同用途，其常用塑料有HPVC、PE、PP、氟塑料、CP、PPS、PF玻璃钢、EP玻璃钢、呋喃玻璃钢和UP玻璃钢等。

（2）管道系统 包括管道、接头、阀门、泵和风机等，这类制品要求具有较高的力学性能、抗热变形性及耐蚀性和耐磨性。常用管道及管件塑料有HPVC、HDPE、PA（耐高压）、F4（耐高温及超高温）、HDPE的复合管等；泵类制品常用HPVC、HDPE、PP、GFPP等作泵壳，用F4、CP和F3作泵芯部件。另外，也有试用PC、POM、PSF等塑料的；阀门常用料有F46、F40、CP、GFPP、PPS及ABS等。

（3）衬里用塑料主要有 HPVC、PP、PE、F4、CP、玻璃钢（如PF、EP、PU）、耐酸石棉PF等。其中，F4塑料及玻璃钢可用于高温或较高工作温度的衬里，其他都用于不高的温度场合。

（4）涂料耐腐蚀常用涂料有PVC、PP、PE、F4、PA、PU、F3、F46、CP、PPS和PC等。

（5）填料 环如鲍尔环、阶梯环、空心球等，常用料有纯PP、GFPP、HPVC和GFPF等。

（6）过滤材料主要有PA、PP、聚酯纤维网；PE、PVC、F4涂覆网；PP和聚酯纤维无纺布；F4、PE、PP、PVC、PVDF多孔体及各种微孔分离膜等。

（7）密封元件动密封材料主要有PA、UHM-WPE、POM、F4等，F4也可用于静密封；PI、PPS、F4还可用于高温密封。

化工设备中耐腐蚀制品用料举例见表19-145。几种用于化工设备的耐腐蚀、耐热塑料见表19-146。

表19-145 化工设备中耐腐蚀制品用料举例