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揭秘鳞片胶泥 连载一
2015-09-17 16:13:01 作者:51fangfu 欧阳(老毒物) 来源:国家材料腐蚀与防护科学数据中心

  本系列连载文章系统介绍鳞片胶泥的优缺点、原料、制造工艺、施工方法、改性方法等,旨在为防腐蚀行业各位同行对市场上非常热门的这一防腐材料有一系统深入的了解,并且更好地、恰当地用好它。

 

  鳞片胶泥(FC,国内指玻璃鳞片胶泥的简称)防腐是“树脂重防腐”的典型形式。更多关于“树脂重防腐”各种表现形式的解释和区分,请参见文献以及即将由化学工业出版社出版笔者编著的《乙烯基酯树脂及其应用》一书中详细介绍。

 

  鳞片胶泥(FC,国内指玻璃鳞片胶泥的简称)在国内的使用已经超过10 年,早年主要应用于烟气脱硫FGD 装置的内衬防腐,使得国内广大下游防腐工程领域的朋友深刻认识到FC 的优点和好处。“人民的智慧是无穷的”,随着市场的深度发展, FC 早已不再仅限于FGD 领域的应用,它在其它众多防腐蚀工程领域也得到极好地推广。但随之问题也来了,由于广大应用者并不深刻理解FC 材料和防腐的原理,尤其是对其中有机树脂不能深刻理解,导致“瞎用”和“乱用”.应该说,FC 材料,用对地方、制造和施工得当的话,它绝对是个好东西;但同时要是制造技术和配方不当, 施工“瞎胡来”,不看适不适合,见地方就用鳞片胶泥,则一定会出现诸如脱落、耐磨不足、固化不良、耐温骤变不足等一系列质量问题。尽管国内已经出现了诸多改性玻璃鳞片胶泥的创新(具体详见下文), 但真正耐得下心下来,去好好研究材料原理,认真耐心去做实验的厂家还实在太少。

 

  “分享-生活-工作-生活”和“敬业-职业-事业”是欧阳的座右铭,缘于此, 欧阳希望本系列连载文字分享自己在本领域的经验,能让那些对玻璃鳞片胶泥(FC) 不了解,或者想了解,或者又觉得它是“神仙万能材料”(河北大城县的厂家很多就这么认为和宣传)的欧阳的朋友们,真正了解什么是鳞片胶泥?鳞片胶泥有什么优势和劣势?

 

  材料技术会发展,应用技术(尤其是复合应用技术、交叉应用技术)也会发展, 欧阳也期望去做更深入的工作,最大限度发挥FC 材料的优势,同时又最大限度避免和减少其劣势和缺点,使得它的应用领域更广,促进整个防腐蚀行业的进步。

 

  鳞片胶泥概述

 

  鳞片胶泥/ 涂料防腐是指以耐蚀树脂为主要基料,以薄鳞片状(外形似鱼鳞) 填料为骨料,添加助剂并经过特定工具加工混配而成的胶泥或涂料防腐材料。鳞片胶泥或涂料衬里防腐相比玻璃钢衬里、橡胶衬里等,具有更强的抗介质渗透能力, 固化后残余应力分散松弛性更好,对环境热应力及负载应力敏感性更低。用于鳞片胶泥涂料防腐材料的鳞片原料分为:玻璃鳞片、石墨鳞片、云母鳞片、金属鳞片、涤纶鳞片等,目前应用最多的是玻璃鳞片。本章节侧重介绍的也是玻璃鳞片胶泥。

 

  有机高分子衬里的破坏,有化学腐蚀和物理破坏,两种形式互为影响,在实践中往往以物理破坏表现为主,如工况中鼓泡、脱壳、开裂、分层、剥离等。耐腐蚀需要做的不简单是耐化学腐蚀,还需要抗物理破坏。这里的抗物理破坏,主要有三方面。

 

  (1) 抗介质渗透

 

  主要有以下:抗介质分子经过树脂基体中分子空隙迁移渗入基体;抗介质分子经树脂中存在的微裂纹、微气泡的毛细作用下渗入基体;抗介质分子经填料纤维和树脂间界面孔隙渗入基体。

 

  (2) 抗应力作用

 

  内应力来源:①基体固化时的收缩应力;②不同线性膨胀系数的材料界面间产生的收缩应力;③外界的环境温度变化引起的热应力。内应力会时间和空间的延伸而集中,到一定程度就会释放出来,衬里层就会破坏。

 

  残余应力,是施工作业时,材料成型留下的的。它与热应力一起作用使得材料的界面强度降低,增加微裂纹和界面孔隙, 导致最终的介质渗透。介质渗透又会反过来促进应力产生,促进裂纹发展延伸,形成恶性循环。

 

  外力导致的应变,外界的载荷、外力作用变化引起的宏观应变,位移变化更会导致衬里层的物理破坏。

 

  (3) 保证施工质量

 

  包括衬里成型的每一个环节:设计、表面处理、作业成型、材料配制、质量监控等。在正确选择耐蚀树脂纤维填料的基础上,主要从加大防腐层厚度、抑制腐蚀介质渗透、减少衬里层残余应力和热应力、强化施工质量监控等方面入手。

 

  鳞片胶泥防腐原理

 

  鳞片胶泥和鳞片涂料一样是以各种金属或非金属鳞片骨料和各种高性能耐腐蚀树脂及相应助剂组成的,只是鳞片片径更大,防腐层衬里更厚的一种防腐材料。鳞片胶泥衬里相比玻璃钢区别在于,后者是连续的丝状纤维为增强材料,前者为非连续相的片状鳞片增强材料。

 

  如图1,鳞片是不透性实体,在衬里层中垂直于介质渗透方向,成多层次有序叠压排列,一方面它为介质渗透提供了一层屏障层,另一方面也改变了树脂固化时的收缩残余应力,同时也改变了使用时环境热应力的分布、传导、叠加及松弛条件, 有效抑制了其它防腐衬里材料经常出现的物理破坏现象。
 


 

  抗介质渗透性能,树脂重防腐相较于涂料涂装防腐要强得多,随着树脂重防腐层的厚度增加,抗渗透性能也在增加,但鳞片胶泥内衬随着厚度增加,抗渗透性能的增加远大于玻璃钢内衬随厚度增加而增加的抗渗透性能的增加幅度。0.5mm 鳞片内衬的抗渗效果几乎相当于2mm 玻璃钢的抗渗效果,当鳞片胶泥衬里的厚度大于1.5mm 时,其抗渗性能已经较为理想,达到2.5mm 以上,已经非常理想。

 

  鳞片防腐材料之所以具备很高的抗渗透性能,是由于鳞片在防腐层中,扁平状的鳞片在树脂中平行叠压排列,介质渗透为绕鳞片曲折狭缝扩散过程,鳞片具有这种很好的迷宫效果,客观上增加了防腐层的厚度。如图2 所示,使渗透介质在不同鳞片层内渗透动力逐渐衰减,介质向纵深渗透趋缓。基料中必然会存在微气泡、微裂纹、微孔隙、树脂与鳞片界面粘结的微缺陷等,鳞片的迷宫效应排列有效得把这些缺陷分割,抑制了介质的渗透。尽管鳞片衬里也存在一些缺陷,但相比玻璃钢, 其鳞片的排列方式更好得抑制了许多缺陷的集中释放。
 

 

  除抗渗透性能外,鳞片衬里相比玻璃钢大大改变了树脂的固化收缩及热应力的作用状态,减小了残余应力的影响,提高了界面强度。玻璃钢在固化收缩时,纤维和树脂线性膨胀系数不同,受环境热影响不同在树脂和纤维的界面层产生了应力, 这些应力经过纤维和树脂传递,是有规则的方向,收缩方向为沿纤维往玻璃钢材料中央,残余应力沿相反方向。而分散状的鳞片排列是无需的叠层,整体上平行排列的,但在局部还是有一定倾角的,树脂的收缩被有一定倾角分散状的鳞片分割掉, 又由于方向无序性,导致最终产生的残余应力相互抵消了,这样以来整个防腐层的残余应力大大减小,界面强度大大提高, 微裂纹也就相应减少了。(待续)

 

  

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