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          三畅创新研发仪表、助力工业自动化升级

          线型低密度聚乙烯( LLDPE ) 在流量仪表上的应用

          来源: 作者: 发布日期:2020-07-27 16:03:25

           摘要: 针对化工及制药行业生产过程中对腐蚀性介质流量的测量,采用具有良好物化性,防腐蚀性以及加工工艺性的线型低密度聚乙烯( LLDPE) 塑料,应用塑料旋转成型加工工艺,制作防腐型流量仪表。提高了流量仪表的产品品质及质量,降低了生产成本,替代了一些贵重金属的应用,具有良好的应用前景。

           
          0 引言
          当今世界已进入信息化时代,信息技术是推动科技发展的关键技术。信息技术包括测量技术,计算机技术和通信技术。测量技术是基础,是信息技术的源头。尤其是当今工业自动化的发展离不开仪器仪表的测量与控制,而工业自动化是当代发展非常迅速、应用非常广泛、非常引人注目的关键技术之一,是推动新技术和新型产业的关键技术。仪器仪表的整体水平是国家综合国力的标志,利用新材料、新技术不断提升仪器仪表产品的质量与品质是仪器仪表行业发展的主要趋势。 
           
          1 线型低密度聚乙烯( LLDPE)
           
          线型低密度聚乙烯( Linear Low-Density Polyethylene,LLDPE) 是聚烯烃的一个主要品种,是乙烯、丙烯和丁烯共聚而成的一种烯烃共聚物,因此它既保持了乙烯、丙烯的耐腐蚀型,同时又具良好的物化性能[1],其使用温度比聚乙烯及聚丙烯高出 20 ~ 35°。聚乙烯和聚丙烯与金属结合力比较差,而线性低密度聚乙烯具有很强黏结力,能与金属牢牢的结合在一起,由于极强的结合力,非常大限度地限制了其因冷热变化而引起的收缩和伸长,因此,用其作防腐仪表的衬里可以耐真空,真空度可达 - 0. 092 MPa。线型低密度聚乙烯被称为是世界上目前非常理想的防腐材料。
           
          1. 1 线型低密度聚乙烯( LLDPE) 的物物理性能
          非常好代线型低密度聚乙烯( LLDPE) ,其物理力学性能在拉伸强度、冲击强度、撕裂强度、伸长率和耐环 境 开 裂 方 面 都 优 于 传 统 的 低 密 度 聚 乙 烯( LDPE) ,但透明性和加工性差,随着催化剂和聚合工艺的进步,第二代 LLDPE 的透明性和加工性得到很大的提高。随着时代的发展和技术的进步被称为第三代聚乙烯的线型低密度聚乙烯( LLDPE) 树脂,除具有一般聚烯烃树脂的性能外,其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性尤为优越,获得了令人瞩目的发展。线型低密度聚乙烯( LLDPE) 其物理性能及力学性能如表 1所示。
          线型低密度聚乙烯( LLDPE) 其物理性能及力学性能
          1. 2 线性低密度聚乙烯( LLDPE) 防腐性能
          线型低密度聚乙烯( LLDPE) 不仅具有良好的物理性能、力学性能,还具有很好的耐腐蚀性能,对一般酸、碱、盐、腐蚀性气体及有机溶剂的耐腐蚀性能良好[2],其耐腐蚀性能仅次于聚四氟乙烯,且价格便宜,加工工艺性好,是替代聚四氟乙烯的理想材料。线性低密度聚乙烯( LLDPE) 其防腐性能如表 2所示。
          线性低密度聚乙烯( LLDPE) 的防腐性能
          线性低密度聚乙烯( LLDPE) 的防腐性能
          线型低密度聚乙烯主要用于介质工作温度 - 25 ℃ ~ +100 ℃,工作压力负压 90 kPa ~ 正压 2. 5 MPa 防腐管道工程并广泛应用于化工、生物、电力、冶炼、制药、食 品、环保等领域,是取代橡胶瓷、玻璃钢、不锈钢和塑料板等衬里的理想材料。
           
          2 线型低密度聚乙烯加工工艺性能
          线型低密度聚乙烯加工工艺性能优异,主要是通过旋转成型技术将其塑化到金属管道内壁,起到介质与金属管道隔绝的作用,并充分发挥了它的防腐作用。同时,也可以用模压的方式制作防腐器件。 
           
          2. 1 旋转成型技术基本原理
          旋转成型又称滚塑,是热塑性塑料的一种成型方式。基本原理就是将粉状物料加入到模具腔体内,然后通过加热模具并同时将膜具通过机器设备不停地横向或纵向旋转,物料本身通过自身的重力和离心力的作用均匀地分布在膜具的内部空腔且熔融并黏附在的整个膜具的内腔表面,形成所需要形状及厚度,经冷却定型后得到所需要产品[3]。
           
          旋转成型技术在防腐领域的应用比较广泛,就是利用旋转成型设备和工艺技术,将处理好的金属设备作为模具,在其内表面搪衬一层整体无缝的塑料层。 2. 2 防腐用旋转成型工艺制作需要防腐的壳体( 如流量仪表) 、表面前处理、将仪表壳体放到旋转工作台上、加热壳体至所需温度、加塑料粉末、熔融、冷却、卸工件、检测( 电火花检测或针孔探测仪) 和成品入库。 
           
          2. 3 线型低密度聚乙烯( LLDPE) 的成型特点
          ( 1) 成型周期短,成型性好。线型低密度聚乙烯( LLDPE) 的流动熔融流动性对剪切力依赖小,旋转成型时,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个细微结构中,并形成均匀的厚度,还有利于旋转时夹入到熔体中的气体迅速排出,从而缩短成型周期。另外线性低密度聚乙烯( LLDPE) 的热稳定好,虽然熔点温度是 128 ℃,但可 在 200 ~ 370 ℃ 的较宽温度范围内旋转成型[4]。成型时,不易出现和模具接触面过热分解而外层熔融不充分的弊病,可以在较高的温度下旋转成型,从而缩短生产周期,提高生产效率,降低生产成本。 ( 2) 耐开裂性好。由线型低密度聚乙烯分子结构含有共聚单体结构本并且分子结构比较规整,因此其耐开裂性能非常优异。 ( 3) 与金属的黏合力好。线型低密度聚乙烯具有很强黏结力,能与金属牢牢的结合在一起,由于极强的结合力,极大限制了其因冷热变化而引起的收缩和伸长,它的热胀冷缩系数与金属相差不是很大。作为防腐管道衬里,管道和管件不会因热胀冷缩而产生破坏,确保了设备的长期稳定使用,是目前非常理想的防腐蚀材料。
           
          线型低密度聚乙烯作为防腐材料的性能特点: 优异的耐腐蚀性能,能耐大部分的酸,碱,盐及有机溶剂; 优异的绝缘性,不受电化学腐蚀; 具有刚性好,耐冲击力强的特点; 使用温度宽,安全使用范围 - 40 ~ 100 ℃内; 摩擦系数小,表面光滑,具有很好的耐磨性和抗异物性; 与金属黏结性好,可以耐负压,真空度可达 - 0. 092 MPa;耐压范围宽,工作压力为负压 90 kPa ~ 正压 2. 5 MPa。 3 线型低密度聚乙烯在防腐型仪表上的应用中国工程院院士王大珩教授曾提到“仪器仪表往往被看作科研和工业生产的‘配角’,然而它早已成为我国科技发展和提升工业产品质量的核心组成部分,作用举足轻重。事实证明,中国科技实力与经济发展的‘咽喉’,部分地被卡在仪器仪表这一关上。”仪器仪表广泛应用于石油、化工、发电、制药、食品和水处理等国民经济各行各业,其中石化、制药、水处理等行业,很多工位都要测量有腐蚀的介质,这就要求仪表本身就具有防腐功能。早期在防腐技术不成熟的情况下,要用到很多贵重金属及合金来制作防腐型仪表,从而造成很大的浪费。随着科技的进步及防腐新材料的出现,由防腐新材料替代贵金属,既能够提高仪表的品质,又能够为国家节省大量的特殊贵重金属材料。
           
          现在世界上防腐性能非常好的材料是氟塑料,其中应用非常多的具四氟乙烯( PTFE) ,几乎能够耐目前的所有腐蚀性介质,且使用温度能达到 260 ℃。但缺点是价格高,加工工艺性不好,热胀冷缩系数较大,黏结性差,作为仪表衬里不耐负压。
           
          线型低密度聚乙烯以其优异的加工工艺性能和防腐蚀性能,可以在大部分防腐蚀仪表上得到应用。
           
           3. 1 流量仪表
          流量仪表是指在管道上测量管道内流体介质的仪表,应用非常广泛的就是电磁流量计,金属管浮子流量计,其他还有如质量流量计、孔板流量计涡街流量计等。每种流量计对介质测量的侧重各有不同。如电磁流量计是利用法拉利电磁感应原理,只能测量导电性的液体,对不导电的介质及气体无法测量。而金属管浮子流量计是利用浮子在介质中的浮力、重力、流体介质对浮子的冲力达到力的平衡,使浮子处于某一个位置,通过磁偶合将这一位置信号传递出去以达到对介质流量的测量。从金属管浮子流量计的测量原理可知,既可以测量导电性介质,也可以测量非导电性介质,同时还可以测量各种气体介质,应用十分广泛。 
           
          3. 2 电磁流量计
          电磁流量计的衬里早期大多采用橡胶,直到氟塑料得到广泛应用后,聚四氟乙烯塑料得以用于电磁流量计的衬里,橡胶衬里工艺复杂,外观不好,防腐性能受到局限。聚四氟乙烯防腐性能优异,但加工工艺性差,它的不黏性,导致其与管道不能成为一体,负压管道受到局限,法兰翻边容易翘曲,同时价格比较昂贵。目前线型低密度聚乙烯以其优良的防腐性,独特简单的加工性和与金属的黏结性,低廉的价格成本,在电磁流量计上得到广泛的应用。
           
           3. 3 金属管浮子流量计
          金属管浮子流量计对于一般介质的测量都采用不锈钢加工,其中包括测量管、止动器、导向器、浮子。这些零部件都要接触被测介质,如果被测介质具有比较强的腐蚀性,不锈钢是不能承受的,必须用到防腐材料制作。目前腐蚀性介质大都采用聚四氟乙烯作为衬里,有些流量计则要求用哈氏合金,钛等贵金属及合金。这样既提高加工难度及成本,又造成贵金属材料的极大浪费。
           
          经不断的试验、摸索,金属管浮子流量计的防腐衬管采用旋转成型的方法制作,再通过机械加工的方法获得到所需要的尺寸。流量计的配件,如导向器、止动器、浮子,采用模压的方式获得,由此提高了生产效率,并提升了产品的品质,降低了生产成本。产品已经在市场上得到初步的应用,并取得了良好的效果。 
           
          4 结论
           
          由于历史加工惯性的原因,到目前为止,线性低密度聚乙烯在流量仪表行业仅应用于电磁流量计,在其他形式的流量仪表上还未曾得到应用。其固有的优异性能应用于金属管浮子流量计,还仅仅是开始,具有非常大的实际意义。这样既降低了成本、又提高了生产效率,而且还能节省大量贵金属材料。
           
          线型低密度聚乙烯虽然具有成本低,操作简便,适用广泛,衬里表面较好,并耐负压的特点,但其缺点是使用温度小于 100 ℃,一些强腐蚀性的介质还不能适应。因此,美国的氟塑料企业研制了一种可用于旋转成型的氟塑料,四氟乙烯与乙烯共聚物( ETFE,简称F40) [5]。其不但具有线性低密度聚乙烯的加工工艺特性,可旋转成型加工,其使用温度宽,可在 - 60 ~ 180 ℃范围内应用,短时间可达 230 ℃,且防腐性能与聚四氟乙烯相当。但 F40 原材料国内还不能生产,且价格较高,目前国内已有研究单位和氟塑料厂家在做这方面的探讨,相信不久的将来更好防腐塑料 F40 将应用于仪器仪表行业。

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