酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂的性能及在耐高溫強腐蝕場合中的應用

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

關(guān)鍵詞：酚醛環(huán)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（NO_x）我國大氣的主要污染物。這種能源結(jié)構(gòu)決定了：在20世紀50年代的工業(yè)化初始發(fā)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(yè)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(yè)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(chǎn)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(jié)構(gòu)特點導致了較多的重腐蝕情況，形成了酸雨等污染情況，因此尤其是燃煤電廠中，對于二氧化硫或氮氧化物的防治是勢在必行，目前國內(nèi)外較為有效的手段是煙氣脫硫（FGD）。

   同時，我國的化學工業(yè)、有色冶煉、或其它重工業(yè)的工業(yè)化技術(shù)得到了長足的發(fā)展，由此發(fā)展中的污染和腐蝕也越來越嚴重，如在鈦白粉工業(yè)、制酸工業(yè)、有色金屬冶煉中；同時工業(yè)結(jié)構(gòu)中污染較重的工業(yè)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(jù)腐蝕介質(zhì)的特點，國內(nèi)較多生產(chǎn)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(lián)酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂玻璃鋼的應用引人注目。

2、 酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂簡介

     酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂是采用高環(huán)氧值、多官能的酚醛環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸反應而成，主要用于存在溶劑、氧化性介質(zhì)和高溫煙等殊耐腐蝕性環(huán)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(jié)構(gòu)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℃），并具有良好的力學性能；②樹脂的高交聯(lián)密度使其具有良好的耐溶劑性；③能耐各種氧化性介質(zhì)，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898酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂與其它同類樹脂的比較。

表1 酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂的比較

*：國外產(chǎn)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：由于采用不同測試標準，測試結(jié)果相差很大，在同等測試標準（國標）下，898酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂的力學性能與國外產(chǎn)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(huán)氧乙烯基酯樹脂玻璃鋼在高溫下的力學性能

酚醛環(huán)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(fā)生力學性能的損耗，若按室溫條件下的力學強度進行設(shè)計就可能會導致玻璃鋼制品的失效，因此，樹脂的高溫性能指標對于產(chǎn)品的設(shè)計是非常重要的。表2和表3 是898酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂玻璃鋼高溫力學性能的測試結(jié)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(jīng)過充分的后固化處理。

   從表2中可以看出，898樹脂制作的玻璃鋼在150℃時仍保持著良好的力學性能。

表2 898樹脂玻璃鋼的高溫力學性能

表3 連續(xù)高溫下的898樹脂玻璃鋼彎曲強度保留率

 注：表3中的數(shù)據(jù)表示經(jīng)連續(xù)高溫放置后的彎曲強度保留率，以25℃下的彎曲強度為100%。

4、 酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂的耐腐蝕性

   特有的化學結(jié)構(gòu)賦予了樹脂優(yōu)良的耐腐蝕性能，我們的試驗結(jié)果和現(xiàn)場掛片試驗證明了這一點。我們根據(jù)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898酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂的耐腐蝕情況。

表4 898酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂的耐腐蝕性能

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(yōu)勢

    在各種高溫條件下的重腐蝕場合，酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂制作的玻璃鋼，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(guān)領(lǐng)域中得到應用。

5．1．1耐腐蝕性能

     由于酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂的高交聯(lián)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(huán)境中，只需1-3個月即可腐蝕透，而6mm防腐蝕層的玻璃鋼制品則可保持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，系統(tǒng)中的部件又要承受瞬間的溫度交變，潛在的熱破壞和產(chǎn)生的強腐蝕性副產(chǎn)品導致人們選用一些昂貴價格高鎳合金等結(jié)構(gòu)材料。而酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂由于具有較高的熱變形溫度，玻璃鋼制品可以成功替換一些金屬制件，玻璃鋼脫硫塔可用于更高的溫度，壽命更長，也更可靠。

5．1．3耐磨蝕性能

     可以通過加入適當?shù)哪湍?、耐蝕填料來提高玻璃鋼的耐磨性，因此在腐蝕環(huán)境中的玻璃鋼耐磨性能優(yōu)于鋼材。

5．1．4玻璃鋼的價格優(yōu)勢

     根據(jù)設(shè)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

   898酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂由于其優(yōu)良的力學性能，使其在國內(nèi)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(chǎn)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復雜的強腐蝕介質(zhì)，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銹鋼制作，成本較高，但防腐蝕性能不太理想，幾乎每年都要進行維修。后改用898酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂，已使用近2年未出現(xiàn)異常。

5.2．2脫硫裝置：近期在一濱海的火力發(fā)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，玻璃鋼制造廠對國內(nèi)外幾家乙烯基樹脂供應商的產(chǎn)品進行了測試和綜合評價，最終選定了898酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂，廠家認為，該樹脂具有優(yōu)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(nèi)襯：在該工程中，要求對于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(huán)境，原來該廠采用316L號不銹鋼進行防腐蝕，但不到一年金屬表面就嚴重腐蝕，在應用898樹脂作內(nèi)襯防腐處理后，使用已近12個月未有發(fā)現(xiàn)表面腐蝕，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898樹脂，使用情況表明，898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(jù)我們的實際應用經(jīng)驗，樹脂在高溫條件下使用時，對于玻璃鋼制作中的每個細節(jié)都應該給以充分的注意，包括結(jié)構(gòu)層樹脂選擇、增強材料的選擇等。

5．3．1 在含氟介質(zhì)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(jié)構(gòu)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(shè)計中，應根據(jù)不同溫度段要求選用相關(guān)的結(jié)構(gòu)層樹脂以降低制作成本。