Неметаллические конструкционные материалы

Такими материалами являются природные и искусственные абразивно- и коррозионно-стойкие силикатные материалы (естественные горные породы, керамика и фарфор, стекло, ситаллы и каменное литье), огнеупоры, теплоизоляционные материалы, различные органические (пластмассы, полимеры, резины), прокладочные, композиционные (стеклопластики, металлокерамика) и другие материалы.

Огнеупоры – неметаллические материалы, способные длительно противостоять различным механическим и физико-химическим разрушающим воздействиям, оказываемым на них в промышленных печах, реакторах, топках и других технологических установках при высоких температурах. Огнеупорные материалы используются в виде формованных изделий, бетонных и набивных масс, покрытий, порошков, цементов и легковесов.

Теплоизоляционными называют материалы, имеющие малую теплопроводность, вследствие их высокой пористости. Они должны обладать стабильными в условиях эксплуатации физико-механическими и теплотехническими свойствами, не выделять пыли и токсичных веществ количествах, превышающих ПДК.

Пластические массы разделяют на две группы: термопластичные и термореактивные. Термопластичные материалы (полиэтилен, полипропилен, полиамид, фторопласт, органическое стекло, поливинилхлорид и др.) при нагревании размягчаются, а при охлаждении приобретают твердость. Термореактивные материалы (фенопласты, аминопласты, эпоксидные композиции и др.) состоят из синтетических смол и наполнителей, которые при нагревании претерпевают ряд химических изменений и отвердевают без последующего размягчения.

Резины состоят из ингредиентов, образующих смесь, пригодную для формования изделий и последующей вулканизации при температуре 130–160 º и давлении 0,3–0,6 МПа. В состав резин входят: каучук, вулканизирующие агенты, ускорители вулканизации, активаторы, противостарители, различные наполнители, красители и другие добавки. Для приготовления резиновых смесей широко применяют синтетические каучуки.

В результате вулканизации резиновые изделия приобретают прочность, эластичность, упругость и стойкость к агрессивным средам. Повышенной стойкостью отличаются фторкаучуки, резина из которых используется для изготовления прокладок, уплотнительных колец, шлангов и резинотехнических изделий, работающих в условиях агрессивной среды при температуре до 300 ºC. Изделия из резины или прорезиненных материалов применяются также в виде: лент для транспортеров, ремней для приводных механизмов вентиляторов, газодувок, насосов и др., пожарных рукавов или рукавов для подачи жидкостей, масел и жидкого топлива.

Прокладки из мягкого и эластичного материала применяют для герметизации разъемных соединений между фланцами трубопроводов и оборудования. В качестве прокладок служат: картон, асбест, резина, парониты (прессованная резиновая смесь, в которую вводят асбестовое волокно), термопласты, и другие материалы.

Набивки применяют для уплотнения в сальниках насосов, машин, аппаратов и трубопроводной арматуры, работающей в среде газообразных и жидких веществ с температурой от – 200 до + 300 ºС и давлением до 25 МПа. Набивку изготовляют в виде шнура, сплетенного из асбестовых нитей, пропитанных антифрикционными составами. Набивку устанавливают в виде предварительно прессованных колец.

Требования, предъявляемые к конструкционным материалам

При конструировании теплотехнологического оборудования к конструкционным материалам должны предъявляться следующие требования:

1. достаточная механическая прочность при заданных параметрах технологического процесса;

2. достаточная общая химическая и коррозионная стойкость материала;

3. наилучшая способность материала свариваться с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений;

4. низкая стоимость материала, недифицитность и освоенность его промышленностью; кроме того, номенклатура применяемых материалов как по наименованию, маркам, так и по сортаменту должна быть минимальной.

Литература

1. Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы: Справочник / Под общ. ред. A. В. Клименко, В. М. Зорина. – 3-е изд., перераб. – М.: Изд-во МЭИ, 1999. – 528 с. – (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн. 1).

2. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник / А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: “Машиностроение”, 1970. – 752 с.

3. Справочник металлиста. В 5-и т. Т. 2: Справочник / А.Ю. Акимова, Б.Н. Арзамасов, И.А. Арутюнова и др. // Под ред. А.Г. Рахштадта, В.А. Брострема. – 3-е изд., перераб. – М.: “Машиностроение”, 1976. – 720 с.

Вопросы для самопроверки

1. Классификация теплоносителей

2. Понятие теплоемкости вещества

3. Понятие удельной теплоты парообразования вещества

4. Особенности конструктивного теплового расчета теплообменного аппарата

5. Особенности поверочного теплового расчета теплообменного аппарата

6. Классификация сталей по химическому составу

7. Классификация сталей по назначению

8. Механические свойства конструкционных сталей

9. Критерии оценки механических свойств при испытании металлов на растяжение

10. Специальные свойства стали

11. Чугун, виды чугуна