树脂重防腐之“玻璃钢衬里防腐”

2018-08-28 11:18:53 作者：欧阳来源：防腐蚀论坛分享至：

现状：目前FRP衬里方面的资料，成文的系统的较少，大多数是工程领域朋友们的现场经验，说说还行，但是写成论文，拿不上台面。并且这东西和经验和责任心关系很大，很多工程，不是不会做，而是没用心做。

期待：期待篇文章能让行业里面的朋友了解，FRP内衬不仅仅只有混凝土衬里，不仅仅只有环氧和乙烯基的，不仅仅只有短切毡的。希望大家站在一个系统整体上角度去看待FRP衬里的：与基材的粘结性能、密实性、线性膨胀系数、抗渗透性、耐腐蚀性等等。

思路如下：

1. 树脂玻璃钢衬里重防腐的定义、特点、表现形式

2 FRP内衬树脂重防腐之树脂

3 FRP内衬树脂重防腐之纤维

4 FRP内衬树脂重防腐之施工技术

4.1 FRP积层板成型

4.2 FRP衬里施工准备

4.3 FRP衬里施工

4.3.1 胶料配制

4.3.2 通用FRP衬里工艺

4.3.3 不同基材的FRP衬里作业

4.3.3.1 金属基材FRP衬里施工

4.3.3.2 FRP混凝土衬里施工

4.3.3.3 FRP二次衬里施工（FRP上内衬FRP）

4.4 FRP衬里施工安全防护及注意事项

5 FRP衬里树脂重防腐之缺陷及解决办法

6 树脂玻璃钢衬里重防腐之新的方向（复合树脂重防腐）

希望各位朋友看完之后，尤其是涂装领域的朋友看完后对FRP衬里会有一个系统的了解

1 树脂玻璃钢衬里重防腐的定义、特点、表现形式

玻璃钢衬里防腐是以热固性树脂为基体树脂，以连续状材料（多为玻璃纤维）为增强材料的混凝土或碳钢FRP内衬的树脂重防腐形式。这种树脂重防腐的形式整体强度高、韧性好、抗渗耐蚀效果好、施工便捷，但在间歇式施工时，有些需要做二次粘结处理，并且一次性积层厚度有限制，在形状不规则地方施工容易出现空洞。

玻璃钢衬里利用了玻璃钢的化学稳定性和一定的物理机械性能来达到防止设备受到腐蚀的目的。施工成型原理是利用树脂作为纤维增强材料的粘合剂，固化后将整个内衬层连成一个牢固的整体，覆盖被保护设备的表面，与涂料涂装相比，更厚，并且有了纤维增强层，抗渗性更好，物理机械性能也更好。但是玻璃钢衬里还是存在渗透性的可能，在纤维和树脂的界面层，一旦腐蚀开始，则沿着纤维的界面层直接渗透到基材。此外玻璃钢衬里尽管有一定的韧性和耐冲击性能，但毕竟还是一个刚性材料，它受热应力变化、使用环境温度骤变、固化收缩应力作用，也容易导致衬里层的开裂，整体脱壳等缺陷。

玻璃钢衬里树脂重防腐施工简单、成本较低、修复方便，衬里层材质及厚度可随介质条件合理调整，衬里设备的刚度则由碳钢或混凝土壳体等材料来承载，并可承受一定的外力冲击和振动，因此，玻璃钢衬里树脂重防腐在防腐工程中有着广泛的应用，也是笔者接触非常多的下游领域：

（1）石油、化工、环保、硫酸、冶炼等领域的容器、槽、池、反应器、塔器等设备的内部防护或外部防护；

（2）大型地下储槽或地坪类衬里防护；

（3）砖板衬里防腐的隔离层；

（4）其他衬里层破坏后的二次玻璃钢衬里修复；

（5）塑料或其他设备的外防腐增强一体化解决；

（6）土建构筑物的外防护。

常见以树脂种类进行分类，玻璃钢衬里树脂重防腐的表现形式主要有：环氧树脂玻璃钢衬里、不饱和聚酯树脂玻璃钢衬里、乙烯基酯树脂玻璃钢衬里、呋喃树脂玻璃钢衬里、酚醛树脂玻璃钢衬里、环氧煤沥青玻璃钢衬里。其中环氧、不饱和、乙烯基酯树脂玻璃钢衬里在实际中采用最多。

根据基材不同也可表现为：混凝土（水泥基材）玻璃钢衬里、碳钢玻璃钢衬里、塑料玻璃钢衬里等。还有其他基材，但实践中以这三种基材居多。

2 FRP内衬树脂重防腐之树脂

树脂在玻璃钢衬里中起到主要的抗渗耐蚀作用，同时还起到粘结基材、粘结增强材料、传递载荷等作用，是最终玻璃钢衬里防腐是否有效的关键原料。玻璃钢衬里常用的树脂有：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、呋喃树脂。应按照各自树脂的防腐蚀性能、耐温的不同，对应介质环境选择不同的树脂。

不饱和聚酯树脂，采用较多的是间苯UPR、双酚A型UPR和二甲苯型UPR，现在氯桥酸型UPR和耐蚀对苯型UPR的也多起来了。这里仅简要的介绍，更加详细的这些树脂信息，请参见周菊兴老师编着的《不饱和聚酯树脂及其应用》一书。

间苯型UPR，由间苯二甲酸（/酸酐）和二元醇及不饱和二元酸缩聚而成，具有较好的耐酸性、耐温性和良好的机械性能，属于中等耐蚀UPR树脂。市场上较多的是199#。但间苯UPR树脂在耐蚀玻璃钢衬里领域的位置很尴尬，性价比很多时候并不高，因此实际用作耐蚀玻璃钢衬里场合的并不多。

于是有了双酚A型UPR，它由D33醇取代二元醇而制得的一种UPR，耐蚀性较之间苯、邻苯UPR更好，且具有一定的韧性，机械性能也更好。耐酸耐氧化性介质的能力更强，耐碱尽管不乙烯基酯树脂，但较之二甲苯型UPR、间苯UPR而言，要好得多。市场上较多的是197#，3301#，3201#这些牌号。双酚A型UPR最终的耐蚀性能与D33醇的取代比例有很大关系，D33醇的成本较一般的二元醇要高很多，取代的比例大了，耐蚀性就更好，反之亦然，这也就是目前市场上双酚A型197树脂的价位相差很大的原因，有卖15-16元，有卖20多元的。高价的197不敢说D33醇一定高，但廉价的197一定是D33醇含量极低（这个市场上不可能有人会做亏本的生意的），其最终的耐蚀性能其实就和一般的间苯树脂差不多，所以要想得到较好的耐蚀性能，就必须慎重选择197树脂的供应商。耐蚀性能好的197树脂，是具有非常好的耐腐蚀性能，在很多地方完全可以取代乙烯基酯树脂使用，性价比相对于乙烯基酯树脂而言，那是要高很多，这也是目前市场上使用这类树脂量较大的一个原因。

双酚A富马酸聚酯树脂，典型的牌号就是帝斯曼的382，这类树脂介于乙烯基酯树脂和双酚A型UPR之间，其耐蚀性能和机械耐热性能和目前市场通常采用富马酸、己二酸改性的乙烯基酯树脂差不多。性价比也很高，因此市场上使用者也很多。

二甲苯UPR树脂，典型的就是笔者母校企业华昌聚合物有限公司的X41、902-A3，具有一定的耐蚀性能，但树脂的韧性和力学强度都较之197有较大的不足，更不用说和乙烯基酯树脂相比了。这种树脂生产过程中，废水特别多，且最终树脂的颜色也非常差，按照现行国家的环保政策，这类树脂是不能生产的，二甲苯不饱和树脂在上海是不可能通过环保验收的，想必定是外地环保管得不严格的地方的厂家所代工。整个市场上仅有一两个厂家在供这种树脂，并不是其他厂家做不出来，而是该树脂的性能以及综合性价比都不高，完全可以使用价格相当，耐蚀性能更好，力学性能更好的其他树脂取代它。

氯桥酸型UPR，典型就是XXXX公司的HS-297，它是采用氯桥酸部分取代二元酸和二元醇去缩聚而成的UPR，耐高温、阻燃，突出的耐蚀就是耐湿氯气及次氯酸介质。这种树脂，之前采用较多，但随着乙烯基酯树脂介入市场，尤其是酚醛型乙烯基酯树脂的应用，氯桥酸型UPR的耐蚀优势就不明显了，并且该树脂的力学性能和韧性较差，除湿氯气介质外的耐蚀广谱性，和乙烯基酯树脂相比，显得不足，性价比不足，因此这类树脂现在是玻璃钢衬里树脂重防腐领域，采用的已经越来越少了。

乙烯基酯树脂，分富马酸己二酸型、丙烯酸型、TDI改性前面两种类型、标准双酚A环氧型、酚醛环氧型、溴化阻燃型、高交联密度型等多种类型，相较于前面几种UPR树脂，乙烯基酯树脂的耐酸、耐碱、耐氧化性介质及有机溶剂性能都好一大截，分子式结构设计不一样，其耐温耐蚀也不一样，这里不具体详细去介绍具体细分乙烯基酯树脂的性能，读者可以在本书的前面几个章节找到详细信息。

环氧树脂，采用最多的现场玻璃钢衬里的是双酚A型液态环氧树脂，E-44和E-51是采用最多的了。环氧树脂玻璃钢衬里最大的优势是与基材的粘结性能好，收缩小，不易脱壳。固化后的环氧树脂玻璃钢衬里耐弱酸、弱碱和部分溶剂，但常温固化耐热不足，和乙烯基酯树脂和呋喃树脂玻璃钢衬里相比要差。

环氧树脂催化型的固化剂（如咪唑、叔胺、酸酐等）不便于现场常温玻璃钢衬里施工，多采用交联型的乙二胺、酚醛胺T31（毒性更低）。芳香族胺590#固化剂固化速度太慢，采用不多，聚酰胺固化剂是一个不错的选择。

E-44和E-51中，无机氯和有机氯杂质含量过高，会影响到最终环氧树脂玻璃钢衬里的电性能。关于环氧树脂玻璃钢衬里施工时加入的稀释剂，本书篇幅所限，不作详细介绍，请参考《树脂重防腐》集合一书相关章节的详细介绍。

酚醛型环氧树脂F-44和F-51在实际现场FRP衬里工程中，采用极少，主要还是因为它的施工操作性实在太差。这类环氧在涂料涂装防腐中应用比树脂重防腐中多。本书篇幅所限，不作详细介绍，请参考《树脂重防腐》集合一书相关章节的详细介绍。

酚醛树脂，热固性的，采用酸性固化剂进行固化，固化后的玻璃钢耐温，耐酸性优良（尤其是冰醋酸），不耐碱，也不耐氧化性介质，耐乙醇、甲苯、氯苯、二氯乙烷等有机溶剂。热固性酚醛树脂在常温玻璃钢成型时，采用酸性固化剂，固化过程中，会有小分子逸出，导致最终衬里层的致密性不足，抗渗性变差。本书篇幅所限，不作更多酚醛树脂的介绍，请参考《树脂重防腐》集合一书相关章节的详细介绍。

呋喃树脂，固化后，耐低浓度中低温下的酸、碱、酸碱交替、部分有机溶剂，但它非常脆，与基材粘结性能也很差，酸性固化剂导致在施工时基本都要做隔离层。篇幅所限，不作更多呋喃树脂的介绍，请参考《树脂重防腐》集合一书相关章节的详细介绍。

3 FRP内衬树脂重防腐之纤维

可用于FRP衬里的纤维，有合成有机纤维、玻璃纤维、碳纤维、麻纤维等天然纤维。

玻璃纤维，应用的最多。有无碱（E型）、中碱（C型）、高碱（A型）、耐酸性之分，也可按照形式不同分为：表面毡、短切毡、方格布、连续纱、短切原丝、玻璃鳞片等。详细的介绍请参见第十章的介绍，这里不累述。

棉纤维等天然纤维，强度不如玻璃纤维，但柔性更好。

有机纤维，常见的有聚酯纤维和芳纶纤维（Kevlar纤维），耐碱性和耐盐溶液性能优于玻璃纤维，耐硫酸，盐酸性能较玻璃纤维差，不含二氧化硅成分，适用与含氟介质的玻璃城衬里。目前聚酯纤维已经可以做成表面毡（工程中用到较多）、短切毡，天略纺织新材料公司的产品的型号较全。丙纶纤维可有使用，但不多。芳纶更多是在建筑补强玻璃钢衬里时采用到，此时多为环氧树脂作为粘结树脂（芳纶和除环氧树脂外的其他热固性树脂的粘结性能都较差）。

4 FRP内衬树脂重防腐之施工技术

4.1 FRP积层板成型

在玻璃钢衬里制作前，需要确认强度和耐冲击性能是否合格，这时需要制作测试用积层板。从配料到平铺薄膜，到刷底涂，到放表面毡，到刷树脂，到铺第一层短切毡，到刷树脂铺第二层短切毡，到刷树脂铺连续纤维布，到压辊气泡，到铺最后一层短切毡压气泡，到铺表面毡刷含蜡富树脂层，整个过程的详细介绍和示意图也可参见本书第十章的“10.3.7 玻璃钢积层”相关介绍。

典型FRP积层板成型指导建议：A. 安全事项；B. 工作计划；C. 确保施工区域安全；D. 基材处理或模具表面准备工作；E.切割玻璃纤维；F.制作测试用积层板；G.树脂的称量和混合作业；H.树脂静置脱泡；I.刷树脂；J.表面毡层铺；K.其他层铺，其他短切毡、纤维布等的层铺；L.富树脂层；M.彻底清扫；N.FRP积层板凝胶固化降温。

4.2 FRP衬里施工准备表面准备：

（1）必须保证施工时手或工具能够顺利进行操作，不要有极度狭窄或死角部位。

（2）衬里金属壳体的表面必须平整，不得有大于3mm的凹凸不平。

（3）内外衬里的螺孔或支耳孔，其孔径需增大，增大量为衬里总厚度的2倍。且必须打磨成圆滑过渡状。

（4）与壳体相焊的所有零部件，必须在衬里施工前焊接完毕，衬里后严禁施焊（5）设备内部支撑环、加强筋等内部件应与筒体连续满焊，且应将棱角部位和焊缝打磨成圆滑过渡状。

（6）衬里设备金属壳体，要求平整光滑，凡是棱角部位，均应成圆弧过渡，凸部圆弧半径R不小于5mm，凹部圆弧半径不小于10mm。

（7）需衬里接管的最小口径为DN25，如需更小的联接尺寸，可将法兰设计成异径法兰，但接管口径不得小于DN25。

（8）焊缝质量要求：a、焊缝表面应平整均匀，不得有裂纹、气孔、焊瘤、夹渣、弧坑等缺陷；b、对接焊缝的凸出母材高度应均匀一致，一般高度不得超过2mm，且不得低于母材；c、角焊缝的高度一般等于较薄钢板的厚度；d、焊缝边缘咬边深度不大于0.5mm，且连续长度不大于100mm，两侧咬边总长度不大于该焊缝长度的10%；e、所有需衬里的焊缝应连续满焊不得漏焊；f、焊接结束应采用打磨的方法对所有焊缝进行打磨清理、去除焊缝及其周围的飞溅物、焊瘤、毛刺等，并将需衬里部位的焊缝打磨成圆滑过渡状。

（9）被衬里面外观要求：a、被衬里面不得有油漆、油污、油脂等异物附着；b、被衬里面不得有焊疤，临时支承等部件；c、被衬面不得有深度0.5mm以上机械损伤等。

金属表面喷砂处理要领：金属表面喷砂的目的是为了除去被衬表面的氧化铁皮、锈蚀等异物，同时也是为了增加衬里材与被衬里面的粘接强度。

（1）确认温度是否在5℃以上，湿度在80%以下，且不能有结露发生。

（2）喷砂压力控制在6～8kgf/cm2，完全除去杂物。

（3）砂子必须经过充分干燥。

（4）喷砂等级为Sa2.5。

（5）喷砂后必须充分清扫，以完全除去喷砂残余物和灰尘，特别要注意脚手架、内部支架等的上面不能残留砂子。

（6）不需衬里部位必须预先保护，注意不要被喷。

（7）水泥基体表面喷砂处理要领：喷砂的目的是为了除去被衬表面的浮灰、水泥末等异物。

（8）确认温度是否在5℃以上，湿度在80%以下，且不能有结露发生。

（9）喷砂力控制在3～6kgf/cm2，完全除去杂物。

（10）砂子必须经过充分干燥。