阀门的非金属材料选择

非金属材料通常用于阀门部件。为阀门设计和特定应用条件选择非金属材料对于确保产品可靠性至关重要。与阀门设计中使用的金属材料一样，为了满足可靠性目标，选择非金属材料对于在预期应用中实现组件的设计功能很重要。在本文中，我们将讨论一些关键领域，以帮助设计和选择非金属材料。



将非金属材料纳入阀门设计

从设计/制造的角度来看，在选择材料时，您需要清楚预期部件的功能。是动态密封吗？是静态密封吗？是压力边界还是压力控制元件？

对于工业阀门中的压力边界元件，非金属材料不如金属材料常见。我们没有看到非金属材料广泛用于工业阀门的原因之一是缺乏规范或标准为其使用提供认可和指导。一些行业将使用非金属压力边界材料（例如玻璃纤维增强塑料复合材料），因为这些材料在化学兼容性方面比金属材料更适合。复合材料可以在许多酸性服务中提供卓越的化学相容性，因此为该服务选择合适的材料可以提供整体产品可靠性。

此外，请考虑：

• 耐化学性和物理特性

• 弯曲模量和抗蠕变性

• 制作非金属零件的加工方法：需要什么专业知识，设备成本是多少？

从应用的角度来看，请注意阀门将遇到的条件：

• 流动介质的化学成分（至关重要）

• 弹性体衬垫必须能承受化学侵蚀和膨胀

• 材料的温度限制

• 流体中的固体含量，如果有的话（是否有磨损的风险？）

• 流速或速度

用于阀门的非金属材料的特性

了解材料特性对于为阀门设计功能和应用兼容性选择合适的材料至关重要。构造材料的化学和物理特性应理解为使用特定材料。

材料的化学特性决定了它是否可以在特定应用中使用，包括：

• 化学相容性/耐腐蚀性/耐化学性

• 结晶度

• 渗透

• 电导率

• 食品安全

需要考虑材料的物理特性以确保功能性能，包括在全方位的操作条件下：

• 强度：拉伸、屈服、压缩

• 伸长

• 弯曲模量

• 压缩集

• 载荷变形

• 硬度（肖氏硬度计）

• 体积变化：膨胀，特别是由于流动介质

• 耐磨性

• 抗挤压性

• 温度等级：给定温度范围内的性能（图 1 显示示例）

同样重要的是要知道，没有两种相同类型的材料可能具有相同的特性。这里有两个例子：

弹性体的特性高度依赖于“配方”和“成分品牌”，因此成分品牌的变化可能会导致意想不到的材料特性变化。

聚合物的机械性能高度依赖于材料的加工（配方）；材料特性可以与材料的结晶度直接相关，结晶度由热处理决定。热处理的任何变化都与机械性能的变化相关。

兼容性至关重要

材料制造商非常了解他们的产品并提供化学兼容性信息，通常采用如图 2 所示的图表。

请注意，在第二列中，FEP/TFE/PFA（含氟聚合物）材料非常适合与列出的所有化学品一起使用。也就是说，这种类型的材料不一定适用于所有情况。极具挑战性的流动，如熔融硫磺可能会导致问题。

在橡胶材料的类似指南中，您会看到膨胀率或降解率，而不是金属的腐蚀率。寻找一种与将要流过该管道的任何材料兼容的材料。

错误应用材料的示例：

• PEEK在室温下完全溶解在浓硫酸中。

• 当存在碳氢化合物时，即使是痕量碳氢化合物，EPDM 弹性体也会膨胀和分解。根据制造商的建议，改用腈或氟橡胶。

• 聚丙烯非常适合稀释和浓缩的无机酸和碱，但氯化烃会使其膨胀和软化。

• 当存在蒸汽时，EPDM 弹性体会膨胀。

• O 型圈或平垫圈中的膨胀实际上可能会改善静态密封，但例如，在蝶阀衬里的动态密封中，衬里的膨胀可能会导致阀门循环时撕裂。

 

为应用量身定制

从应用的角度来看，了解流动介质的组成、服务的温度和压力至关重要。信息收集可能不像准备阀门数据表那么简单。通常需要阀门制造商和最终用户之间的对话以了解所有可能的条件，以确保整个过程要求的兼容性。假设您希望在具有五种不同化学品的特定服务中使用橡胶衬里的阀门。橡胶衬里材料必须适合所有这些化学品。即使是微量的不相容化学品也会引起问题，尤其是弹性体溶胀。

这种阀门需要什么样的耐化学性？这个阀门能用多久？多少个周期？

流动介质是否含有使其具有磨蚀性的固体？什么是流速？20 到 25 ft/s（6.1 到 7.6 m/s）是一种常见的设计速度。一些制造商使用干净的液体（无固体）达到 30 ft/s (9.1 m/s)，使用气体可以达到声速。

任何时候当你有很多固体时，速度越慢越好。然而，在流动为 100% 固体的情况下，如在散装固体料斗应用中，阀门可以持续很长时间。

最后，您必须了解材料的温度限制。最重要的是，您确实需要咨询材料制造商，以获得他们针对您的特定应用的建议。在正确的位置使用正确的材料，即使在满足具有挑战性的应用时，阀门也可以长期可靠地运行。