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    T-158酚醛環氧乙烯基樹脂在耐高溫強腐蝕場合的應用

    更新時間:2016-12-14 11:13:47 點擊數:2743

    摘要:本文簡要介紹了酚醛環氧乙烯基酯樹脂的性能特點,並介紹了在耐高溫強腐蝕場合的應用。
    關鍵詞:酚醛環氧乙烯基酯樹脂;耐高溫強腐蝕;應用

    1、  前言
        我國是以燃煤為主的國家,粉塵、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)我國大氣的主要汙染物。這種能源結構決定了:在20世紀50年代的工業化初始發展階段,全國煤炭消耗量為2000-10000萬噸,二氧化硫的排放量為50-200萬噸;在60-70年代的工業化第二階段,煤炭消耗量為1000-45000萬噸,二氧化硫的排放量為300-700萬噸;在工業化第三階段,煤炭年消耗量達80000萬噸,二氧化硫的排放量為900-1500萬噸;同時在燃煤過程中產生相當量的氮氧化物,如2000年我國燃煤電廠的NOx的排放量達到290萬噸。因此我國的能源結構特點導致了較多的重腐蝕情況,形成了酸雨等汙染情況,因此尤其是燃煤電廠中,對於二氧化硫或氮氧化物的防治是勢在必行,目前國內外較為有效的手段是煙氣脫硫(FGD)。
       同時,我國的化學工業、有色冶煉、或其它重工業的工業化技術得到了長足的發展,由此發展中的汙染和腐蝕也越來越嚴重,如在鈦白粉工業、製酸工業、有色金屬冶煉中;同時工業結構中汙染較重的工業所占的比例也較大。
       以上各種情況中,均會涉及到高溫條件下的強腐蝕情況,根據腐蝕介質的特點,國內較多生產廠家較多的采用非金屬材料等手段如玻璃鋼來解決防腐蝕問題。而在耐高溫強腐蝕場合,高交聯酚醛環氧乙烯基酯樹脂玻璃鋼的應用引人注目。

    2、  酚醛環氧乙烯基酯樹脂簡介
         酚醛環氧乙烯基酯樹脂是采用高環氧值、多官能的酚醛環氧樹脂與甲基丙烯酸反應而成,主要用於存在溶劑、氧化性介質和高溫煙等殊耐腐蝕性環境,玻璃鋼在高溫條件下樹脂具有高的強度保留率。特殊的化學結構賦予了該樹脂獨特的理化特性:①樹脂具有非常高的熱變形溫度(達150℃),並具有良好的力學性能;②樹脂的高交聯密度使其具有良好的耐溶劑性;③能耐各種氧化性介質,如雙氧水、濕氯氣、二氧化氯等;④良好的粘接性,包括與碳鋼、PTFE等基材。表1是T-158酚醛環氧乙烯基樹脂與其它同類樹脂的比較。

    表1  酚醛環氧乙烯基酯樹脂的比較

                                             國外D-470          產品T-158        乙烯基典型值* 實測值
    熱變形溫度(HDT) ℃                  149-154                180                    150
    抗拉強度Mpa                           85                     59                      72
    抗拉模量Gpa                           3.6                    3.6                     3.5
    斷裂延伸率%                           3-4                    2.1                     2.6
    彎曲強度Mpa                          131                    116                    112
    彎曲模量Gpa                           3.8                    3.9                      4.1
    衝擊強度KJ/m2                        2-4                    2.0                      2.0
    *:國外產品典型值測試方法是按ASTM標準進行的,而實測值是按中國國家標準(GB)檢測的。
       從上表可以看出:由於采用不同測試標準,測試結果相差很大,在同等測試標準(國標)下,T-158酚醛環氧乙烯基樹脂的力學性能與國外產品相近,某些指標(如熱變形溫度、抗拉強度及斷裂延伸率等)還要好一些。

    3、  酚醛環氧乙烯基酯樹脂玻璃鋼在高溫下的力學性能
    酚醛環氧乙烯基酯樹脂較多的應用在高溫條件下的耐腐蝕場合,如脫硫裝置(FGD)、高溫煙囪等。在這些高溫應用場合中,對樹脂的要求較高,尤其是樹脂玻璃鋼在高溫條件下的力學強度保留率,因為樹脂玻璃鋼在較高的使用溫度下,會發生力學性能的損耗,若按室溫條件下的力學強度進行設計就可能會導致玻璃鋼製品的失效,因此,樹脂的高溫性能指標對於產品的設計是非常重要的。表2和表3 是T-158酚醛環氧乙烯基樹脂玻璃鋼高溫力學性能的測試結果,測試方法按GB9979-88進行,其中積層板采用6層450g/m2短切纖維氈手糊而成,樹脂含量達70%,積層板的厚度為6mm,所有試樣均經過充分的後固化處理。
       從表2中可以看出,T-158樹脂製作的玻璃鋼在150℃時仍保持著良好的力學性能。

    表2  T-158樹脂玻璃鋼的高溫力學性能

    抗拉強度           特性單位          測試溫度(℃)           樹脂積層板           保留率(%)        
                               Mpa                   25                            127.5                       100                    
                                                        65                            127.6                       100
                                                      100                            127.5                        97.5
                                                      120                            124.0                        97.2
                                                      150                            118.1                        92.6
                                                      175                              86.1                        67.5
    抗拉模量              Gpa                   25                              12.1                        100
                                                        65                              12.3                        102
                                                      100                              12.1                         100
                                                      120                              12.1                         100
                                                      150                                7.5                        62.0
                                                      175                                5.6                        46.3
    彎曲強度              Mpa                  25                             165.4                         100
                                                       65                             168.8                         102
                                                     100                             166.1                         101
                                                     120                             165.4                         100
                                                     150                             144.7                         87.5
                                                     175                               55.2                        33.4
    彎曲模量              Gpa                 25                                 8.8                         100
                                                      65                                 8.3                         94.5
                                                    100                                 8.1                          92.1
                                                    120                                 7.5                          85.2
                                                    150                                 5.9                          67.1
                                                    175                                 3.7                          42.1
                                           表3 連續高溫下的T-158樹脂玻璃鋼彎曲強度保留率
    溫 度                                                           彎曲強度保留率
                                             7天                   90天                   180天                 365天
    200℃                                103%                83%                     72%                   63%
    175℃                                100%                101%                    87%                   76%
    150℃                                102%                 97%                     95%                   86%
      注:表3中的數據表示經連續高溫放置後的彎曲強度保留率,以25℃下的彎曲強度為100%。

    4、  酚醛環氧乙烯基酯樹脂的耐腐蝕性
       特有的化學結構賦予了樹脂優良的耐腐蝕性能,我們的試驗結果和現場掛片試驗證明了這一點。我們根據試驗掛片的強度保留率、表觀、硬度保留率、色澤變化和增失重等綜合情況判斷樹脂是否耐某個特定的腐蝕條件。表4是T-158酚醛環氧乙烯基樹脂的耐腐蝕情況。
    5、  耐高溫強腐蝕場合中的應用
    5.1耐高溫強腐蝕場合的應用優勢
        在各種高溫條件下的重腐蝕場合,酚醛環氧乙烯基酯樹脂製作的玻璃鋼,與金屬材料相比,重量較、比強度高、耐瞬時超高溫性能,因此在相關領域中得到應用。
    5.1.1耐腐蝕性能
         由於酚醛環氧乙烯基酯樹脂的高交聯密度與高的熱變形溫度特點,使樹脂的耐蝕性能較好,如8mm的普通碳鋼在濃度為0.1% 的二氧化硫潮濕環境中,隻需1-3個月即可腐蝕透,而6mm防腐蝕層的玻璃鋼製品則可保持10年的使用壽命。
    5.1.2耐熱性能
         在各種高溫應用場合,如在濕法脫硫工藝中,混合氣體在進口的溫度在160-180℃左右,係統中的部件又要承受瞬間的溫度交變,潛在的熱破壞和產生的強腐蝕性副產品導致人們選用一些昂貴價格高鎳合金等結構材料。而酚醛環氧乙烯基酯樹脂由於具有較高的熱變形溫度,玻璃鋼製品可以成功替換一些金屬製件,玻璃鋼脫硫塔可用於更高的溫度,壽命更長,也更可靠。
    5.1.3耐磨蝕性能
         可以通過加入適當的耐磨、耐蝕填料來提高玻璃鋼的耐磨性,因此在腐蝕環境中的玻璃鋼耐磨性能優於鋼材。
    5.1.4玻璃鋼的價格優勢
         根據設備的尺寸和類型,玻璃鋼的造價約是高鎳合金的造價的1/3。直徑為4米的玻璃鋼吸收塔造價僅是高鎳合金包覆吸收塔的一半。
    5.2應用案例 
       T-158酚醛環氧乙烯基酯樹脂由於其優良的力學性能,使其在國內外的眾多高溫強腐蝕條件中得到應用。
    5.2.1 150℃長期使用條件下的強酸尾氣裝置: 該甲方工廠生產過程中,排放的尾氣中含有硫酸廢氣、二氧化硫、氯化物和氮氧化物等複雜的強腐蝕介質,長期使用溫度為150℃,偶爾作用溫度達到180℃。該公司原來采用進口的不鏽鋼製作,成本較高,但防腐蝕性能不太理想,幾乎每年都要進行維修。後改用T-158酚醛環氧乙烯基樹脂,已使用近2年未出現異常。
    5.2.2脫硫裝置:近期在一濱海的火力發電廠的玻璃鋼脫硫裝置中得到成功應用。該裝置最高使用溫度達到150℃左右,玻璃鋼製造廠對國內外幾家乙烯基樹脂供應商的產品進行了測試和綜合評價,最終選定了T-158酚醛環氧乙烯基樹脂,廠家認為,該樹脂具有優良的耐蝕和耐溫性的同時,工藝性也相當好。
    5.2.3 含濕氯氣的碳鋼內襯:在該工程中,要求對於金屬槽蓋進行防腐處理,長期使用溫度達130℃,偶爾作用溫度達150℃,又含有濕氯氣的強腐蝕環境,原來該廠采用316L號不鏽鋼進行防腐蝕,但不到一年金屬表麵就嚴重腐蝕,在應用T-158樹脂作內襯防腐處理後,使用已近12個月未有發現表麵腐蝕,使用情況良好。
    5.2.4在智利一銅礦冶煉廠:在該公司的脫硫裝置和高溫煙囪中均采用T-158樹脂,使用情況表明,T-158乙烯基樹脂的耐高溫性能和耐腐蝕性能良好。
    5.3應用中的注意點
        根據我們的實際應用經驗,樹脂在高溫條件下使用時,對於玻璃鋼製作中的每個細節都應該給以充分的注意,包括結構層樹脂選擇、增強材料的選擇等。
    5.3.1 在含氟介質的條件下,增強材料不應該選用玻璃纖維,此時應該選用碳纖維或者其它能耐高溫的有機纖維。
    5.3.2結構層樹脂的選擇一定要注意樹脂高溫下的力學性能,應該選擇耐溫性能較好樹脂,以保證玻璃鋼在高溫使用條件下應有的力學強度。在高溫玻璃鋼煙囪的設計中,應根據不同溫度段要求選用相關的結構層樹脂以降低製作成本。