文|51fangfu 欧阳（老毒物）
   
       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，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。

 

 

   图2　鳞片胶泥衬里渗透效果示意图

       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。

 

    鳞片胶泥原料

 

    树脂

 

       目前应用在鳞片胶泥领域的热固性树脂主要有：环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂。此外应用在一些特殊的鳞片胶泥涂料领域的材料还有聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氯醋树脂、氯化橡胶、氯磺化聚乙烯、聚氯乙烯、杂化涂料等，这种鳞片胶泥只限于溶剂型薄涂涂料，达到一定厚度后，采用溶剂型挥发成膜类的鳞片涂料，成膜时溶剂无法挥发出来，导致致密性太差，鼓泡多，表面不平整等一系列的弊端，尽管市场上有FVC 聚氯乙烯鳞片涂料地坪的案例，但绝非热点。

 

       呋喃树脂、酚醛树脂属缩合型固化树脂，酸性固化剂反应之后会有小分子生成， 在迷宫效果的鳞片中，难以逸出，导致最终固化物致密性不足，层质疏松，小鼓泡很多，所以它们一般不可独立作为鳞片胶泥的基体树脂使用，但在一定程度上会作为环氧树脂的改性树脂使用，改性之后的环氧树脂再作为鳞片胶泥的基体树脂。

 

       和高固体分环氧树脂涂料一样，无溶剂玻璃鳞片胶泥也由双酚A 型液体环氧树脂、活性稀释剂、活性增韧剂、助剂及合适的固化剂等组成。因为双酚A 型环氧树脂分子中含有极性高而不易水解的羟基和醚键，对基材有良好的附着力，涂料固化时的体积收缩率低，耐化学药品性能良好。环氧树脂鳞片胶泥涂料，笔者公司也有对应的产品，有需要的读者，可向笔者索取相关资料。

 

       不饱和聚酯根据生产原料、生产工艺的不同，主要有间苯型和双酚A 型两种。前者由于主链苯环上的两个酯基相距较远， 受空间影响小，结构相对稳定。所以耐酸、耐沸水性和耐温性好（可耐120℃）；后者由于具有较大的双酚A 结构和较低的酯基含量，与前者相比突出表现在耐蚀性（即耐酸碱等）和较好的综合力学性能。此类树脂应用到鳞片胶泥中，价格低，耐蚀性较好。但是20 世纪80 年代以后，逐渐被乙烯基酯树脂鳞片胶泥代替了，目前在市场上还有少量应用的不饱和聚酯树脂鳞片胶泥的不饱和聚酯树脂种类仅存：双酚A 型不饱和聚酯树脂、对苯型不饱和聚酯树脂和二甲苯型不饱和聚酯树脂，但应用也已经很少了。

 

       乙烯基酯不饱和聚酯树脂既有环氧树脂优良的粘结性，又有不饱和聚酯树脂优良的加工工艺性，酯基含量更少，耐水、耐蚀性优良。由于分子中存在羟基，可提高对鳞片的浸润，故具有更优良的施工工艺性。目前，国外常用酚醛型和双酚型两种。前者结构中含有2 个以上乙烯基端基，具有高度的交联密度，又因分子链以酚醛结构为主，故有良好的耐酸、耐溶剂、耐热性， 是许多耐蚀环境防腐的佳选。而双酚型在末端含酯基和双键，酯基密度小，酯基旁又有甲基提供空间障碍保护，因而具有极优良的耐酸、耐碱性和极好的韧性（无需额外化学增韧改性其延伸率即可达6%）， 最适合鳞片涂料。这种树脂交联密度大， 抗渗性最好。生产时，为避免危险，方便施工，一般环烷酸钴加入树脂制成预促型。乙烯基酯树脂是目前鳞片胶泥使用的主要的热固性树脂品种，可以制造出薄涂、厚涂、柔性、耐磨等多种鳞片胶泥。

 

        更多有关环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、聚氨酯树脂的相关知识，各位朋友能找到大量的资料，在此不作累述。

 

       环氧树脂、不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂，不仅可以采用室温固化体系， 还可采用中高温固化体系，但在鳞片胶泥应用中，只选用室温固化体系。若采用中高温固化体系，粘度因温度升高而降低的速度大于凝胶固化的速度，导致表面流淌严重，最终破坏了衬里层的厚度均一性， 也破坏了鳞片排列的有序性，失去了其最大的优势--抗渗性能，因此只选用室温固化体系。

 

    玻璃鳞片

 

       玻璃鳞片最早是由美国欧文斯―康宁公司（Owens Corning） 于20 世纪50 年代开发出来，和环氧树脂混合制造出环氧玻璃鳞片涂料，用于混凝土和钢材内衬等重防腐工程。同期，日本研究出性能更优越的环氧乙烯基酯树脂（VE），乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥（也有称为涂料）成功应用于烟气脱硫装置。20 世纪80 年代初，我国与日本对口技术交流中，玻璃鳞片技术进入我国。日本王子橡胶是介入国内这个领域最早的日本防腐企业。原化工部化工机械研究院防腐工程研究所于1982 年开始玻璃鳞片树脂衬里的开发性研究，20 世纪80 年代中期，开发出相应的玻璃鳞片胶泥涂料品种。

 

        制造玻璃鳞片选用的原料为含中碱的C 型玻璃，相对于E 型玻璃，它不但具有良好的工艺性能，还有良好的耐蚀性能。C 型玻璃中含碱量高，能降低熔融温度、黏度、析晶性，对鳞片吹制有利。但含碱量过高（ 超过12%） 就会显著降低其耐腐蚀性。要制得薄而高强度的玻璃鳞片最关键的要控制工艺，即控制熔体温度、吹制压力、冷却速度等要素。合格的玻璃鳞片密度较平板玻璃小，但强度却较其大。

 

       玻璃鳞片是一种只有2μm~4μm厚、6μm~10μm 宽的片状玻璃质填料，作为一种特殊的防腐材料，用于防腐涂料中。在热固性树脂里填充这些经特殊处理的玻璃鳞片，可以大幅度提高其性能，所以玻璃鳞片已成为倍受青睐的新型防腐材料。目前主要按照表1 进行分类。
 

       

       玻璃鳞片胶泥涂料可按树脂种类、鳞片片径大小、涂料黏度、衬里厚度分类。按粘度可分为玻璃鳞片涂料（ 薄膜型0.2mm~0.4mm、中膜型0.4mm~1.0mm）、玻璃鳞片厚浆涂料（ 厚膜型1.5mm~2.0mm）、玻璃鳞片胶泥（ 胶泥型2.0mm~4.0mm） 三种。

 

       在鳞片胶泥配制中，要求鳞片无杂物、干燥、无污染，符合《HG/T 2641-2009 中碱玻璃鳞片》的技术指标。玻璃鳞片是以中碱玻璃（C 玻璃）为原料（市场上也有以E 型玻璃为原料的玻璃鳞片，但极少， 一般都要定做），采用高温熔融经吹制而成的。常见的玻璃鳞片为厚2μm~4μm, 比重在2.5 左右， 片径50μm~3000μm 鳞片状薄片，片径在10μm~400μm 之间的称为微型，常用于喷涂或刷涂的涂料； 片径在400μm~600μm之间的称为中型， 常用于刷涂的涂料；片径大于600μm 的称为大型，常用于制作衬里胶泥和厚涂型涂料。应用于胶泥和涂料领域，片径大小和目数规格，也可咨询相应玻璃鳞片制造商， 一般都是目数大的多用于涂料中，目数小的多用于胶泥中。

 

       可根据衬里方法、衬里性能要求选择大小合适的鳞片和树脂混合达到防腐的要求。与单层厚度相比，玻璃鳞片的长度有10 倍以上之多，形状为鳞片状极薄的薄片。根据不同的涂覆方法、物性要求来选择大小不同的薄片。鳞片涂料相较于鳞片胶泥而言，玻璃鳞片的目数更大、偶联剂处理要求更高。

 

       玻璃鳞片由于其自身的特殊结构和优良的耐腐蚀性能，通常被用作重防腐蚀涂料和衬里的填料，玻璃鳞片在胶泥或涂料中呈层状分布（1000μm~1500μm 涂层中有100~150 层玻璃鳞片），使防腐层构成迷宫式结构，有效降低空气和环境液的透过率，从而达到抗介质渗透之目的，同时玻璃鳞片可降低整个涂层的膨胀系数及硬化收缩率从而提高了涂层和基体材料的接着性，防止裂缝和剥离脱落现象的出现。

 

       玻璃鳞片化学处理剂及处理方式的选择，对材料的性能及其制备工艺影响很大。经过偶联剂处理和不经过偶联剂处理的玻璃鳞片，其耐蚀性能相差很大，特别是耐一些强腐蚀介质时区别很大。偶联剂不仅能有效地在树脂和鳞片界面起到化学键合作用，提高其物理性能，而且形成的联接键还必须具有耐化学腐蚀介质破坏的性能。玻璃鳞片表面处理采用的偶联剂的选择以及适宜的添加量，目前都还只是经验数据， 通常使用的偶联剂有硅烷偶联剂和酞酸酯偶联剂，目前市场上出售的绝大部分是经偶联剂处理后的玻璃鳞片产品。必要时， 建议向欧文斯- 康宁、坂硝子等公司咨询。

 

        玻璃鳞片是个好东西，但是并不是说任何情况下都适合去使用或单独使用玻璃鳞片。因此需要特别指出的是：①固体含量低，成膜类涂料涂层的挥发性溶剂太多， 则不宜加入玻璃鳞片；②在使用玻璃鳞片的同时，一定要辅以其它颜、填料；③玻璃鳞片的片径不是越大抗渗透性能越好， 往往需要大小配合使用。

 

       玻璃鳞片采用防水牛皮纸袋包装，产品存放应高于地面10cm 并作防潮处理，打开包装时，发现有结块和互粘附等现象， 说明吸潮变质，不可使用。

 

       总结来说，玻璃鳞片之于涂料和树脂胶泥的主要好处有以下几点：①受介质、气体、水蒸气的渗入远小于普通涂料或玻璃钢，不容易产生介质扩散，可有效地避免底蚀、分离、鼓泡、剥离等物理破坏； ②提高了涂层和胶泥的机械强度；③降低了涂层或胶泥衬里层热膨胀系数，防止应力剥离；④耐磨性和擦伤抵抗性较强，遇机械损伤只限于局部，扩散趋势小；⑤由于玻璃鳞片分散了应力，各接触面的残余应力小、热膨胀系数也小，故粘接强度不会因热膨胀而衰减，热稳定性好；⑥修复性佳，使用几年后，破坏处只需简单处理， 即可修补；⑦对防护面适应性强，尤其适用于复杂表面的防腐；⑧施工性好。可用喷涂、滚涂、刮涂等多种方法施工，整体性好，且现场配料方便，可室温固化及热固化。

 

    助剂

 

        鳞片胶泥涂料常用的助剂有润湿分散剂、消泡剂、增稠剂、偶联剂等。

 

      （1） 偶联剂

 

       玻璃鳞片具有高极性，易吸水而与树脂粘结不良。玻璃鳞片的表面状态与树脂的润湿能力，将直接影响它们之间的界面状态及其在涂层中的平行排列率。因此，玻璃鳞片需用偶联剂进行处理，使树脂和鳞片界面产生亲和性共价键，既能明显增加玻璃鳞片与树脂之间的黏结力，又能有效地增加涂层的抗渗性，降低了涂层的吸水性。常用的处理剂为有机硅烷偶联剂，但不同的树脂应选择不同分子结构的偶联剂。

 

      （2） 增稠剂（触变剂）

  

       具有很大表面的不溶性添加剂。常用的有高分散性的气相二氧化硅（俗称白炭黑）、膨润土、氢化蓖麻油等。二氧化硅白炭黑分气相法和沉淀法的两大类，气相法的又分亲水型和疏水型的两类，是较早使常用的触变剂。其外观是固体粉末，是球形微粒的集合体，分子上含有羟基基团， 球形颗粒表面有硅醇基，能吸附水分子和极性液体。当白炭黑分散于基料中，相邻球形颗粒之间的硅醇基团，因氢键结合而产生疏松晶格，形成三维网络结构，产生凝胶作用和很高的结构黏度。在受剪切力作用时，因氢键结合很弱，网络结构破坏， 凝胶作用消失，黏度下降。剪切力除去后， 恢复原静止时形状。膨润土外观为粉状物，微观为附聚的黏土薄片堆，黏土薄片两面都附聚有大量的有机长键化合物，经活化后，相邻薄片边缘上的羟基靠水分连接，从而形成触变性网络结构，宏观上则成凝胶状态，使用时需要活化。用作乙烯基酯树脂鳞片胶泥的白炭黑和其它鳞片胶泥使用的亲水性白炭黑不一样，它较多采用疏水型气相二氧化硅，但这并不代表亲水型的气硅不可以使用在乙烯基酯树脂鳞片胶泥里面，适当添加增加体系极性的分子量适中的助剂，是可以使用亲水型白炭黑作为乙烯基酯树脂鳞片胶泥（VER-FC） 的触变剂的。VER-FC 使用较多的是德固赛公司的AEROSIL R202 和卡博特公司的TS- 720.

 

      （3） 消泡剂、防沉剂、浸润剂等

 

       消泡剂、防沉剂、浸润剂等的添加可提高体系的施工操作性能。关于消泡剂、防沉剂、浸润剂的知识，请参见笔者著作《乙烯基酯树脂及其应用》一书中有关“表面活性剂、消泡剂”的介绍。

 

      （4） 填料

 

       可适当添加滑石粉，钙粉，硫酸钡， 氢氧化铝，云母粉等填料。粉料的添加和耐腐蚀介质的不同而不同，还与粉料的密度有关，添加量一般都非常少，仅仅起到辅助填料的作用（主填料还是玻璃鳞片）。填料的添加会降低成本的同时，也降低了鳞片胶泥的耐腐蚀性能。并且添加的量不合适的话，会对施工性能产生影响。不同填料对VER-FC 的耐腐蚀性能的影响请参见著作《乙烯基酯树脂及其应用》中的相关介绍。

 

      （5） 颜料

 

        颜料的选择以不影响最终鳞片胶泥的耐蚀性能为前提，还需要在对应的基体树脂中具有较好的分散性，鳞片胶泥固化后， 不迁移。

 

       （6） 促进剂和固化剂

 

        根据鳞片胶泥采用的基体树脂的不同， 选择对应的促进剂和固化剂，以及对应所需操作作业时间，添加相应合适的量。

 

    鳞片胶泥制造技术

 

      （1） 混料工艺过程

 

        ①物料称量；②真空分散；③真空捏合； ④出料。

 

      （2） 鳞片的分散和消泡技术

 

       鳞片衬里要发挥出良好的抗渗性能， 得要有两个先决条件：①鳞片在树脂中均匀分散；②固化后的鳞片衬里均匀致密、气泡少且小、即使有气泡也被鳞片封闭住。

 

        气泡的产生分两种来源：①配料过程中气泡；②施工过程中产生的气泡。（属于施工问题）

 

        配料过程产生的气泡原因：①松散的鳞片、白炭黑、粉料里面存在大量空气； ②搅拌混料时带入的空气。

 

        配料过程中除泡方法：真空搅拌分散。

 

      （3） 配制工艺说明

 

        ①先将树脂和鳞片外的物料，真空搅拌混合均匀，再和鳞片混合；②先中低速搅拌，后高速搅拌；③真空结束后，先静置几分钟，再打开放气阀。

 

        （4） 典型配料比

 

                                                                                                      表2 是参考配方一例。

 

        以C 型或ECR 型玻璃为原料制造的再经偶联剂处理的玻璃鳞片、乙烯基酯树脂、白碳黑、浸润剂、消泡剂、无机粉料、色浆、促进剂等为原料，经真空分散而成的胶泥，简称VER-FC,有中温、高温和特高温VER-FC 之分。其在实际应用时的表现形式有：VER-FC 底涂、 VER-FC 中涂、 VER-FC 面涂。VER-FC 的优点有：抗渗、耐酸（不耐含氟酸）、耐腐蚀、耐热、粘结好、耐磨等。VER-FC 的缺陷有：韧性不足、耐热循环不足、耐温骤变不足、耐应力骤变还不完美。VER-FC 的应用方式： 鳞片胶泥衬里、FRP 和胶泥复合使用、砖板衬里及地面工程之勾缝、挤缝和灌缝。VER-FC 材料新方向：柔性纤维改性VER-FC、热塑性低收缩剂改性VER-FC、金属鳞片改性VER-FC 等（待续）。