橡胶衬里

橡胶衬里1概述橡胶衬里具有防护金属或其它基体免受多种介质侵蚀的能力。各种橡胶衬里不仅能耐受酸、碱、无机盐及很多有机物的腐蚀，而且具有良好的综合性能，如弹性、耐磨性、抗冲击性、耐弯曲性、吸震性及与金属或其它基体的粘合性能。橡胶衬里广义上是指“衬胶”技术，即在金属或其它基体上衬贴橡胶材料，形成连续、封闭性隔离层以防护介质对基体的侵蚀、磨蚀等物化损伤。橡胶衬里在工业上应用已有100多年的历史。在行业处于天然橡胶加工的时代，橡胶衬里主要采用热硫化（以硫化罐法为主）硬质、半硬质胶，以提高其抗腐蚀和粘接性能。随着高分子材料的发展，多种合成橡胶（氯丁、丁基、卤化丁基、乙丙、氯磺化聚乙烯、丁腈、氟橡胶）及其它材料逐渐引入了橡胶衬里，使其在耐酸、碱、油、耐热、抗冲击、高弹等性能上有了实质性进展。近二十年来为满足大型设备的防腐蚀要求，衬胶技术也在不断进步。常压蒸汽硫化、热水硫化衬胶工艺日臻完善，自然硫化、预硫化衬胶也已经大面积推广应用。此外液态（溶液、乳液、悬浮液、无溶剂液体）橡胶材料的防腐蚀涂层及热塑性弹性体的热喷涂工艺，也在一定领域中趋向实用。橡胶衬里防腐性能可靠，施工简便、快捷，且成本较低，在各种防腐措施中占有重要地位，特别是在承受复杂应力和强烈腐蚀的苛刻工作条件下及大型设备容器的防腐蚀方面，橡胶衬里更是首选的重要方法之一。10.2术语与分类10.2.1术语（1）橡胶衬里：在金属或其它基体上贴衬橡胶材料，形成连续、封闭性隔离层以防护介质对基体的侵蚀、磨蚀等物化损伤。（2）衬里用橡胶板：将橡胶及其配合剂混合后，进行混炼、返炼，然后经挤出机或压延机生产的厚度大于1mm的橡胶板。（3）硬胶：俗称胶木胶，是具有极高化学饱和度的橡胶，邵尔D硬度可达70~85度。天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶以及异戊二烯橡胶等都可制成不同特性的硬质胶，其抗腐蚀性能比相应的软质胶要好，范围也宽，但耐磨、抗冲击性能较差。硬质胶与金属的粘接强度高，只要硫化充分就可获得理想的硬质衬里。硬质胶是热塑性材料，一般在70℃以上就会明显变软，所以选用时应慎重考虑。另外硬质胶不能承受过度的冲击、震动、变形和温度的骤然升降，其热膨胀率比钢要大3~5倍，并且在低于-5℃时易脆裂，这些都需要在设计衬里时综合权衡。（4）半硬胶：邵尔D硬度为40~70度的橡胶衬里。半硬胶的耐腐蚀性能不如硬质胶，但比软质胶强。半硬胶的韧性、抗冲击、耐形变、耐寒性能比硬质胶稍强。半硬胶可在经受较大温度变化（-5℃~70℃）、机械振动不太剧烈、介质侵蚀不十分苛刻的环境中使用。（5）软质胶：邵尔A硬度为45~85度的橡胶衬里。在以硬度划分衬里种类时，特指天然、丁苯等不饱和橡胶制成的软质防腐衬里。软质胶有高弹、耐磨、延伸率大、柔韧抗曲挠和吸收震动等特性。能适应温度的急剧波动，能承受外力作用下的设备变形，能抗冲击和震动。由于软质胶的耐腐蚀性能一般，故常被用作硬质衬里的缓冲耐磨层。（6）热法衬胶：凡需加热才能完成硫化过程的衬里统称热法衬胶。热法衬胶可分为：高压硫化衬胶和常压硫化衬胶。（7）高压硫化衬胶：在蒸汽压力达0.3~0.5MPa，温度135~155℃条件下硫化的衬里。高压硫化衬胶可分为：硫化罐法衬胶和本体硫化衬胶。（8）硫化罐法衬胶：衬胶设备放入硫化罐后通蒸汽（压力0.3~0.5MPa）使衬里硫化。（9）本体硫化衬胶：衬胶设备中通入蒸汽（压力0.3~0.5MPa）使衬里硫化。（10）常压硫化衬胶：在常压条件下（1atm左右）加热使衬里硫化。常压硫化衬胶可分为：常压蒸汽衬胶和热水硫化衬胶。（11）常压蒸汽衬胶：衬胶设备通入常压蒸汽升温至90~95℃，经20~36h使衬里硫化。（12）热水硫化衬胶：衬胶设备中灌满水后升温至90~95℃，经20~36h使衬里硫化。（13）冷法衬胶：不需加热硫化的橡胶衬里统称冷法衬胶。冷法衬胶可分为预硫化橡胶衬里、自然硫化衬里、复合衬里。（14）预硫化橡胶衬里：将预先硫化好的橡胶板用胶粘剂粘在设备上形成的衬里。预硫化衬里多以丁基、乙丙等饱和型橡胶为主材料制成。此类衬里弹性好、延伸率大、耐磨、耐曲挠，能适应温度（-40~80℃）的急剧变化。预硫化衬里还具有施工简单、贮运方便、耐介质范围广、使用寿命长、维修更新容易等优点，特别适用于大型设备衬胶。预硫化衬里的缺点是粘接强度不如热法衬胶和自然硫化衬胶。（15）自然硫化衬里：将未硫化胶板用胶粘剂粘在设备上，经室温条件下放置1~3个月形成的衬里。自然硫化衬里也是一种软质衬里，多以氯丁、溴化丁基等橡胶制成。自然硫化衬里具有预硫化衬里的全部特性，其粘接性能比预硫化胶好得多，但需在较低温度下贮运，贴衬后要放置较长时间方能投产，使人略感美中不足。（16）复合衬里：两种（或两种以上）胶板复合在一起形成的衬里。复合衬里可分为：预硫化复合衬里、预硫化/自然硫化复合衬里。（17）预硫化复合衬里：衬里用胶板为双层结构。防腐层一般由饱和型橡胶（丁基、乙丙等）制成厚度为1~3.5mm；粘合层一般为通用型橡胶（氯丁、丁苯、顺丁等）制成厚度约为0.5mm。此类衬里比普通预硫化衬里易粘接。（18）预硫化/自然硫化复合衬里：先将自然硫化衬里贴在设备上，再贴预硫化衬里。此类衬里既保留了自然硫化衬里与基体贴合牢固的特色，又兼有了预硫化衬里投产速度快的优点。10.2.2分类（1）按硬度分类在行业处于天然橡胶加工的时代，橡胶衬里主要采用加热硫化（以硫化罐法为主），分为硬胶、半硬胶和软胶三类。硬质、半硬质胶用来提高其抗腐蚀和粘接性能，软胶用来改善衬里的抗冲击和耐磨性能。在当时的历史条件下，橡胶衬里只要分清硬度就可知其用途。（2）按硫化工艺分类橡胶衬里按硫化工艺分类见图10-1。橡胶衬里图10-1橡胶衬里按硫化工艺分类10.3衬里用橡胶板力学和耐腐蚀性能10.3.1衬里力学性能见表10—1。表10—1衬里用橡胶板力学性能项目加热硫化衬里自然硫化衬里预硫化衬里硬胶半硬胶软胶溴化丁基氯丁丁基氯化丁基氯丁硬度邵尔A度//40~8055~7050~65邵尔D度70~8540~70/////拉伸强度/MPa≥1010958648扯断伸长率/%≥/30350350350350350350扯断永久变形/%≤//404040303030横向抗折断强度65///////热法衬里冷法衬里高压硫化衬里常压硫化衬里预硫化衬里自然硫化衬里复合衬里硫化罐法衬里本体硫化衬里常压蒸汽衬里热水硫化衬里预硫化复合衬里预硫化/自然硫化复合衬里/MPa≥冲击强度/J/m3≥200×103200×103//////与钢的粘合强度（拉伸法）/MPa≥6.06.0//////与钢的粘合强度（单板法）/kN/m≥///6.06.02.82.82.8注：表10—1摘自GB18241.1-2001《橡胶衬里第1部分设备防腐衬里》。10.3.2耐化学腐蚀性能衬里用橡胶板的耐腐蚀性能见表10—2。表10—2衬里用橡胶板的耐腐蚀性能浸泡时间d7试验温度℃23±270±285±285代表性介质40%H2SO4/ΔW%-2~+1-2~+3-3~+5-3~+520%HCl/ΔW%-2~+2-2~+8-3~+10-3~+1070%H3PO4/ΔW%-2~+1-2~+3-3~+5-3~+540%NaOH/ΔW%-2~+1-2~+3-3~+5-3~+5浓度×其它介质/ΔW%-2~+1-2~+3-3~+10-3~+10注：表10—2摘自GB18241.1-2001《橡胶衬里第1部分设备防腐衬里》。10.4衬里用橡胶板配方组成由于各种橡胶的化学成分不同，其力学及耐腐蚀性能有较大差异。虽然配合技术可在不同程度上对橡胶的某方面性能进行改善，但合理选择胶种仍是决定衬里使用效能的一个重要因素。本节将列举多种衬里常用橡胶板的耐腐蚀性能和经典配方以供参考。10.4.1天然橡胶（NR）板天然胶是橡胶树通过生物合成产出的乳液经凝固、干燥、压片、烟熏等工艺制成的一种高分子弹性体。它的主要成分是聚异戊二烯。天然橡胶在弹性、强度、延伸率、耐寒、耐磨、耐曲挠等综合性能方面是通用橡胶中的佼佼者。使用天然橡胶（单用或与丁苯等橡胶并用）可以生产软质、半硬质和硬质橡胶衬里。从化学结构方面看，天然橡胶并不是一种很好的耐蚀材料，主链上的大量双链是受介质侵蚀的薄弱环节，这就是软质衬里力学性能虽好，但耐腐蚀性能有限的根本原因。在天然橡胶中加入大量硫磺（30~40%）就可以将其主链上的双键完全饱和。高度的饱和使天然橡胶由高弹态转入钢弹态形成了硬质橡胶。硬质橡胶的耐介质性能极佳，不仅能耐受多种无机酸、碱、盐的侵蚀，还可以耐大多数醇类、部分有机酸、湿氯气等强氧化型介质的侵蚀。硬质橡胶的抗冲击性能差，长期使用温度不宜超过70℃，短时使用温度可以高些。耐化学腐蚀性能：见本章附表。（1）胶板配方表10—3列举了三种胶板的配方。表10—3天然橡胶软质、半硬质、硬质胶板配方配方编号材料名称NR—软NR—半硬NR—硬天然橡胶氧化镁100/10021002氧化锌533硬脂酸21.51.5硫磺32540促进剂D0.50.5促进剂TMTD0.5//喷雾炭黑6060硬质胶粉60硫酸钡503520防老剂222软化剂1022合计234231231（2）胶浆胶料配方表10—4列出衬里用胶浆胶料配方。表10—4衬里用胶浆胶料配方配方编号材料名称胶浆胶天然橡胶100硫磺40硫酸钡40防老剂2氧化铁20氧化铅5萜烯树脂5合计21210.4.2丁苯橡胶（SBR）板丁苯橡胶是以丁二烯和苯乙烯为单体，在乳液或溶液中经催化共聚得到的高聚物弹性体。丁苯橡胶适于制造软质胶、半硬胶和硬质胶。丁苯橡胶软质胶的抗腐能力与天然橡胶大致相同，但与盐酸接触时由于不能形成氯化物保护膜而更易受侵蚀。制成硬胶后丁苯橡胶的耐蚀性能明显提高。不仅能在65℃浓盐酸中长期使用，而且还能耐甲酸、乙酸、糠醛等有机物。在65℃以下也可以耐干、湿氯气。丁苯橡胶的耐热性能稍高于天然橡胶。二者并用可以在物理性能和工艺性能上相互补充，故常被衬里生产商选用。并用胶配方见表10—5（表10—5所列胶料可用表10—4的胶浆粘接）。丁苯橡胶的耐腐蚀性能见本章附表。表10—5丁苯橡胶与天然橡胶并用配方配方编号材料名称NS—软NS—半硬NS—硬天然橡胶606060丁苯橡胶404040氧化锌533氧化镁/22硬脂酸21.51.5促进剂D/0.50.5促进剂TMTD0.5//防老剂222喷雾炭黑7070高耐磨炭黑30硫酸钡504520凡士林1022硫磺22540硬质胶粉//60合计24325126110.4.3丁腈橡胶（NBR）板丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳化共聚而制得的高分子弹性体。丁腈橡胶以优异的耐油性著称，对非极性和弱极性油类如汽油、脂肪族油、植物油、脂肪酸有极好的抗油性，但芳香族溶剂、卤代烃、酮及酯类等极性较大的溶剂对其有溶胀作用。丁腈软胶耐碱和耐酸性能较好，对强氧化性酸和浓酸抵抗力较差。丁腈硬质胶的耐介质性能优于软胶，耐热性能比天然硬胶好，适用温度可达90℃。丁腈橡胶中的丙烯腈含量对其物理化学性能影响较大，设计配方时应根据使用条件选择适用的牌号。丁腈橡胶的耐腐蚀性能见本章附表，胶板配方见表10—6。表10—6丁腈橡胶板配方配方编号材料名称NBR—软NBR—半硬NBR—硬丁腈橡胶100100100氧化锌555硬脂酸1.51.51.5促进剂D/0.50.5促进剂TMTD0.5//促进剂DM1.5//增塑剂DBP1011高耐磨炭黑404030陶土606060防老剂222硫磺1.52535合计22223523510.4.4氯丁橡胶（CR）板氯丁橡胶是由2—氯—1，3—丁二烯聚合而成的高分子弹性体。氯丁属自补强型橡胶，除了良好的力学性能外还具有耐候、阻燃、耐油和耐多种介质腐蚀等优异性能。氯丁橡胶适于制造软质衬里，也常采用其液态作防腐涂层。氯丁橡胶的粘接力极强，易与多种材料粘接。这不仅便于它用作衬里，而且也可用它制造胶粘剂，广泛用于金属与其它材料的粘接。氯丁橡胶具有优良的耐老化（耐候、耐臭氧）性能，它的耐热性能也远优于天然和丁苯橡胶。氯丁橡胶在碱液和磷酸、硼酸、稀硫酸（10%以下）中十分稳定，