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樹脂重防腐之“玻璃鋼襯里防腐”

2018-08-28 11:18:53 作者：歐陽來源：防腐蝕論壇分享至：

現狀：目前FRP襯里方面的資料，成文的系統的較少，大多數是工程領域朋友們的現場經驗，說說還行，但是寫成論文，拿不上臺面。并且這東西和經驗和責任心關系很大，很多工程，不是不會做，而是沒用心做。

期待：期待篇文章能讓行業里面的朋友了解，FRP內襯不僅僅只有混凝土襯里，不僅僅只有環氧和乙烯基的，不僅僅只有短切氈的。希望大家站在一個系統整體上角度去看待FRP襯里的：與基材的粘結性能、密實性、線性膨脹系數、抗滲透性、耐腐蝕性等等。

思路如下：

1. 樹脂玻璃鋼襯里重防腐的定義、特點、表現形式

2 FRP內襯樹脂重防腐之樹脂

3 FRP內襯樹脂重防腐之纖維

4 FRP內襯樹脂重防腐之施工技術

4.1 FRP積層板成型

4.2 FRP襯里施工準備

4.3 FRP襯里施工

4.3.1 膠料配制

4.3.2 通用FRP襯里工藝

4.3.3 不同基材的FRP襯里作業

4.3.3.1 金屬基材FRP襯里施工

4.3.3.2 FRP混凝土襯里施工

4.3.3.3 FRP二次襯里施工（FRP上內襯FRP）

4.4 FRP襯里施工安全防護及注意事項

5 FRP襯里樹脂重防腐之缺陷及解決辦法

6 樹脂玻璃鋼襯里重防腐之新的方向（復合樹脂重防腐）

希望各位朋友看完之后，尤其是涂裝領域的朋友看完后對FRP襯里會有一個系統的了解

1 樹脂玻璃鋼襯里重防腐的定義、特點、表現形式

玻璃鋼襯里防腐是以熱固性樹脂為基體樹脂，以連續狀材料（多為玻璃纖維）為增強材料的混凝土或碳鋼FRP內襯的樹脂重防腐形式。這種樹脂重防腐的形式整體強度高、韌性好、抗滲耐蝕效果好、施工便捷，但在間歇式施工時，有些需要做二次粘結處理，并且一次性積層厚度有限制，在形狀不規則地方施工容易出現空洞。

玻璃鋼襯里利用了玻璃鋼的化學穩定性和一定的物理機械性能來達到防止設備受到腐蝕的目的。施工成型原理是利用樹脂作為纖維增強材料的粘合劑，固化后將整個內襯層連成一個牢固的整體，覆蓋被保護設備的表面，與涂料涂裝相比，更厚，并且有了纖維增強層，抗滲性更好，物理機械性能也更好。但是玻璃鋼襯里還是存在滲透性的可能，在纖維和樹脂的界面層，一旦腐蝕開始，則沿著纖維的界面層直接滲透到基材。此外玻璃鋼襯里盡管有一定的韌性和耐沖擊性能，但畢竟還是一個剛性材料，它受熱應力變化、使用環境溫度驟變、固化收縮應力作用，也容易導致襯里層的開裂，整體脫殼等缺陷。

玻璃鋼襯里樹脂重防腐施工簡單、成本較低、修復方便，襯里層材質及厚度可隨介質條件合理調整，襯里設備的剛度則由碳鋼或混凝土殼體等材料來承載，并可承受一定的外力沖擊和振動，因此，玻璃鋼襯里樹脂重防腐在防腐工程中有著廣泛的應用，也是筆者接觸非常多的下游領域：

（1）石油、化工、環保、硫酸、冶煉等領域的容器、槽、池、反應器、塔器等設備的內部防護或外部防護；

（2）大型地下儲槽或地坪類襯里防護；

（3）磚板襯里防腐的隔離層；

（4）其他襯里層破壞后的二次玻璃鋼襯里修復；

（5）塑料或其他設備的外防腐增強一體化解決；

（6）土建構筑物的外防護。

常見以樹脂種類進行分類，玻璃鋼襯里樹脂重防腐的表現形式主要有：環氧樹脂玻璃鋼襯里、不飽和聚酯樹脂玻璃鋼襯里、乙烯基酯樹脂玻璃鋼襯里、呋喃樹脂玻璃鋼襯里、酚醛樹脂玻璃鋼襯里、環氧煤瀝青玻璃鋼襯里。其中環氧、不飽和、乙烯基酯樹脂玻璃鋼襯里在實際中采用最多。

根據基材不同也可表現為：混凝土（水泥基材）玻璃鋼襯里、碳鋼玻璃鋼襯里、塑料玻璃鋼襯里等。還有其他基材，但實踐中以這三種基材居多。

2 FRP內襯樹脂重防腐之樹脂

樹脂在玻璃鋼襯里中起到主要的抗滲耐蝕作用，同時還起到粘結基材、粘結增強材料、傳遞載荷等作用，是最終玻璃鋼襯里防腐是否有效的關鍵原料。玻璃鋼襯里常用的樹脂有：環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂。應按照各自樹脂的防腐蝕性能、耐溫的不同，對應介質環境選擇不同的樹脂。

不飽和聚酯樹脂，采用較多的是間苯UPR、雙酚A型UPR和二甲苯型UPR，現在氯橋酸型UPR和耐蝕對苯型UPR的也多起來了。這里僅簡要的介紹，更加詳細的這些樹脂信息，請參見周菊興老師編著的《不飽和聚酯樹脂及其應用》一書。

間苯型UPR，由間苯二甲酸（/酸酐）和二元醇及不飽和二元酸縮聚而成，具有較好的耐酸性、耐溫性和良好的機械性能，屬于中等耐蝕UPR樹脂。市場上較多的是199#。但間苯UPR樹脂在耐蝕玻璃鋼襯里領域的位置很尷尬，性價比很多時候并不高，因此實際用作耐蝕玻璃鋼襯里場合的并不多。

于是有了雙酚A型UPR，它由D33醇取代二元醇而制得的一種UPR，耐蝕性較之間苯、鄰苯UPR更好，且具有一定的韌性，機械性能也更好。耐酸耐氧化性介質的能力更強，耐堿盡管不乙烯基酯樹脂，但較之二甲苯型UPR、間苯UPR而言，要好得多。市場上較多的是197#，3301#，3201#這些牌號。雙酚A型UPR最終的耐蝕性能與D33醇的取代比例有很大關系，D33醇的成本較一般的二元醇要高很多，取代的比例大了，耐蝕性就更好，反之亦然，這也就是目前市場上雙酚A型197樹脂的價位相差很大的原因，有賣15-16元，有賣20多元的。高價的197不敢說D33醇一定高，但廉價的197一定是D33醇含量極低（這個市場上不可能有人會做虧本的生意的），其最終的耐蝕性能其實就和一般的間苯樹脂差不多，所以要想得到較好的耐蝕性能，就必須慎重選擇197樹脂的供應商。耐蝕性能好的197樹脂，是具有非常好的耐腐蝕性能，在很多地方完全可以取代乙烯基酯樹脂使用，性價比相對于乙烯基酯樹脂而言，那是要高很多，這也是目前市場上使用這類樹脂量較大的一個原因。

雙酚A富馬酸聚酯樹脂，典型的牌號就是帝斯曼的382，這類樹脂介于乙烯基酯樹脂和雙酚A型UPR之間，其耐蝕性能和機械耐熱性能和目前市場通常采用富馬酸、己二酸改性的乙烯基酯樹脂差不多。性價比也很高，因此市場上使用者也很多。

二甲苯UPR樹脂，典型的就是筆者母校企業華昌聚合物有限公司的X41、902-A3，具有一定的耐蝕性能，但樹脂的韌性和力學強度都較之197有較大的不足，更不用說和乙烯基酯樹脂相比了。這種樹脂生產過程中，廢水特別多，且最終樹脂的顏色也非常差，按照現行國家的環保政策，這類樹脂是不能生產的，二甲苯不飽和樹脂在上海是不可能通過環保驗收的，想必定是外地環保管得不嚴格的地方的廠家所代工。整個市場上僅有一兩個廠家在供這種樹脂，并不是其他廠家做不出來，而是該樹脂的性能以及綜合性價比都不高，完全可以使用價格相當，耐蝕性能更好，力學性能更好的其他樹脂取代它。

氯橋酸型UPR，典型就是XXXX公司的HS-297，它是采用氯橋酸部分取代二元酸和二元醇去縮聚而成的UPR，耐高溫、阻燃，突出的耐蝕就是耐濕氯氣及次氯酸介質。這種樹脂，之前采用較多，但隨著乙烯基酯樹脂介入市場，尤其是酚醛型乙烯基酯樹脂的應用，氯橋酸型UPR的耐蝕優勢就不明顯了，并且該樹脂的力學性能和韌性較差，除濕氯氣介質外的耐蝕廣譜性，和乙烯基酯樹脂相比，顯得不足，性價比不足，因此這類樹脂現在是玻璃鋼襯里樹脂重防腐領域，采用的已經越來越少了。

乙烯基酯樹脂，分富馬酸己二酸型、丙烯酸型、TDI改性前面兩種類型、標準雙酚A環氧型、酚醛環氧型、溴化阻燃型、高交聯密度型等多種類型，相較于前面幾種UPR樹脂，乙烯基酯樹脂的耐酸、耐堿、耐氧化性介質及有機溶劑性能都好一大截，分子式結構設計不一樣，其耐溫耐蝕也不一樣，這里不具體詳細去介紹具體細分乙烯基酯樹脂的性能，讀者可以在本書的前面幾個章節找到詳細信息。

環氧樹脂，采用最多的現場玻璃鋼襯里的是雙酚A型液態環氧樹脂，E-44和E-51是采用最多的了。環氧樹脂玻璃鋼襯里最大的優勢是與基材的粘結性能好，收縮小，不易脫殼。固化后的環氧樹脂玻璃鋼襯里耐弱酸、弱堿和部分溶劑，但常溫固化耐熱不足，和乙烯基酯樹脂和呋喃樹脂玻璃鋼襯里相比要差。

環氧樹脂催化型的固化劑（如咪唑、叔胺、酸酐等）不便于現場常溫玻璃鋼襯里施工，多采用交聯型的乙二胺、酚醛胺T31（毒性更低）。芳香族胺590#固化劑固化速度太慢，采用不多，聚酰胺固化劑是一個不錯的選擇。

E-44和E-51中，無機氯和有機氯雜質含量過高，會影響到最終環氧樹脂玻璃鋼襯里的電性能。關于環氧樹脂玻璃鋼襯里施工時加入的稀釋劑，本書篇幅所限，不作詳細介紹，請參考《樹脂重防腐》集合一書相關章節的詳細介紹。

酚醛型環氧樹脂F-44和F-51在實際現場FRP襯里工程中，采用極少，主要還是因為它的施工操作性實在太差。這類環氧在涂料涂裝防腐中應用比樹脂重防腐中多。本書篇幅所限，不作詳細介紹，請參考《樹脂重防腐》集合一書相關章節的詳細介紹。

酚醛樹脂，熱固性的，采用酸性固化劑進行固化，固化后的玻璃鋼耐溫，耐酸性優良（尤其是冰醋酸），不耐堿，也不耐氧化性介質，耐乙醇、甲苯、氯苯、二氯乙烷等有機溶劑。熱固性酚醛樹脂在常溫玻璃鋼成型時，采用酸性固化劑，固化過程中，會有小分子逸出，導致最終襯里層的致密性不足，抗滲性變差。本書篇幅所限，不作更多酚醛樹脂的介紹，請參考《樹脂重防腐》集合一書相關章節的詳細介紹。

呋喃樹脂，固化后，耐低濃度中低溫下的酸、堿、酸堿交替、部分有機溶劑，但它非常脆，與基材粘結性能也很差，酸性固化劑導致在施工時基本都要做隔離層。篇幅所限，不作更多呋喃樹脂的介紹，請參考《樹脂重防腐》集合一書相關章節的詳細介紹。

3 FRP內襯樹脂重防腐之纖維

可用于FRP襯里的纖維，有合成有機纖維、玻璃纖維、碳纖維、麻纖維等天然纖維。

玻璃纖維，應用的最多。有無堿（E型）、中堿（C型）、高堿（A型）、耐酸性之分，也可按照形式不同分為：表面氈、短切氈、方格布、連續紗、短切原絲、玻璃鱗片等。詳細的介紹請參見第十章的介紹，這里不累述。

棉纖維等天然纖維，強度不如玻璃纖維，但柔性更好。

有機纖維，常見的有聚酯纖維和芳綸纖維（Kevlar纖維），耐堿性和耐鹽溶液性能優于玻璃纖維，耐硫酸，鹽酸性能較玻璃纖維差，不含二氧化硅成分，適用與含氟介質的玻璃城襯里。目前聚酯纖維已經可以做成表面氈（工程中用到較多）、短切氈，天略紡織新材料公司的產品的型號較全。丙綸纖維可有使用，但不多。芳綸更多是在建筑補強玻璃鋼襯里時采用到，此時多為環氧樹脂作為粘結樹脂（芳綸和除環氧樹脂外的其他熱固性樹脂的粘結性能都較差）。

4 FRP內襯樹脂重防腐之施工技術

4.1 FRP積層板成型

在玻璃鋼襯里制作前，需要確認強度和耐沖擊性能是否合格，這時需要制作測試用積層板。從配料到平鋪薄膜，到刷底涂，到放表面氈，到刷樹脂，到鋪第一層短切氈，到刷樹脂鋪第二層短切氈，到刷樹脂鋪連續纖維布，到壓輥氣泡，到鋪最后一層短切氈壓氣泡，到鋪表面氈刷含蠟富樹脂層，整個過程的詳細介紹和示意圖也可參見本書第十章的“10.3.7 玻璃鋼積層”相關介紹。

典型FRP積層板成型指導建議：A. 安全事項；B. 工作計劃；C. 確保施工區域安全；D. 基材處理或模具表面準備工作；E.切割玻璃纖維；F.制作測試用積層板；G.樹脂的稱量和混合作業；H.樹脂靜置脫泡；I.刷樹脂；J.表面氈層鋪；K.其他層鋪，其他短切氈、纖維布等的層鋪；L.富樹脂層；M.徹底清掃；N.FRP積層板凝膠固化降溫。

4.2 FRP襯里施工準備表面準備：

（1）必須保證施工時手或工具能夠順利進行操作，不要有極度狹窄或死角部位。

（2）襯里金屬殼體的表面必須平整，不得有大于3mm的凹凸不平。

（3）內外襯里的螺孔或支耳孔，其孔徑需增大，增大量為襯里總厚度的2倍。且必須打磨成圓滑過渡狀。

（4）與殼體相焊的所有零部件，必須在襯里施工前焊接完畢，襯里后嚴禁施焊（5）設備內部支撐環、加強筋等內部件應與筒體連續滿焊，且應將棱角部位和焊縫打磨成圓滑過渡狀。

（6）襯里設備金屬殼體，要求平整光滑，凡是棱角部位，均應成圓弧過渡，凸部圓弧半徑R不小于5mm，凹部圓弧半徑不小于10mm。

（7）需襯里接管的最小口徑為DN25，如需更小的聯接尺寸，可將法蘭設計成異徑法蘭，但接管口徑不得小于DN25。

（8）焊縫質量要求：a、焊縫表面應平整均勻，不得有裂紋、氣孔、焊瘤、夾渣、弧坑等缺陷；b、對接焊縫的凸出母材高度應均勻一致，一般高度不得超過2mm，且不得低于母材；c、角焊縫的高度一般等于較薄鋼板的厚度；d、焊縫邊緣咬邊深度不大于0.5mm，且連續長度不大于100mm，兩側咬邊總長度不大于該焊縫長度的10%；e、所有需襯里的焊縫應連續滿焊不得漏焊；f、焊接結束應采用打磨的方法對所有焊縫進行打磨清理、去除焊縫及其周圍的飛濺物、焊瘤、毛刺等，并將需襯里部位的焊縫打磨成圓滑過渡狀。

（9）被襯里面外觀要求：a、被襯里面不得有油漆、油污、油脂等異物附著；b、被襯里面不得有焊疤，臨時支承等部件；c、被襯面不得有深度0.5mm以上機械損傷等。

金屬表面噴砂處理要領：金屬表面噴砂的目的是為了除去被襯表面的氧化鐵皮、銹蝕等異物，同時也是為了增加襯里材與被襯里面的粘接強度。

（1）確認溫度是否在5℃以上，濕度在80%以下，且不能有結露發生。

（2）噴砂壓力控制在6～8kgf/cm2，完全除去雜物。

（3）砂子必須經過充分干燥。

（4）噴砂等級為Sa2.5。

（5）噴砂后必須充分清掃，以完全除去噴砂殘余物和灰塵，特別要注意腳手架、內部支架等的上面不能殘留砂子。

（6）不需襯里部位必須預先保護，注意不要被噴。

（7）水泥基體表面噴砂處理要領：噴砂的目的是為了除去被襯表面的浮灰、水泥末等異物。

（8）確認溫度是否在5℃以上，濕度在80%以下，且不能有結露發生。

（9）噴砂力控制在3～6kgf/cm2，完全除去雜物。

（10）砂子必須經過充分干燥。