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玻璃鳞片涂料的概述及应用介绍
作者:金陵  来源:金陵  发布时间:2009-10-31 11:08:07  发布人:admin
    摘要:简要介绍了玻璃鳞片涂料的发展历史,品种规格和质量标准;着重介绍了在日本的一些应用实例,施工注意事项及国内现状。
    关键词:玻璃鳞片;涂料;耐蚀性;应用
    中图分类号:TQ630.49  文献标识码:A  文章编号:1002-7432(2005)01-0047-03
 
    1前言
    玻璃鳞片涂料(树脂衬里技术)首先是由美国开发出来的。20世纪50年代中期Owens Corning玻璃纤维公司推出了一种含有玻璃鳞片的树脂衬里材料[3]。据报道,这是一种适用于船壳以及化学品储罐、化工厂塔器和槽体的优良衬里材料,这种材料能耐环境介质的渗透,有助于延长衬里寿命。
    同期,日本开始研究一种性能优于一般不饱和聚酯树脂(UP)的环氧乙烯基酯树脂(VE)。1967年,FUJI树脂公司开发成功VE玻璃鳞片涂料,使用了日本板硝子公司独创的玻璃鳞片,以高粘度施工的衬里形式成功应用于烟气脱硫装置,开始了实用化,该技术还出口海外。20世纪80年代初,我国贵溪冶炼厂的烟气脱硫装置就是由该公司提供的VE玻璃鳞片衬里[1]。1972年日本三菱树脂公司、日本高分子化学公司引入Ceilcote公司技术,东洋橡胶工业公司输入了Heill公司技术,开始了大规模的研发和应用。一方面,由于玻璃鳞片涂料(衬里)是以毫米为单位的高厚膜涂层,非常适合苛刻的腐蚀环境,如海洋盐蚀区域、各类化学储罐、海上建筑、海岸混凝土建筑等;另一方面,日本四面环海,特殊的地理环境迫使其对长期而有效玻璃鳞片涂料倍加重视。对于树脂衬里薄膜技术的评价,日本目前处于领先地位[2]。日本于1974年由树脂衬里工业协会成立了“薄片衬里技术研究会”,通过渗透扩散理论进行了合理的解释,积极开展树脂鳞片衬里技术和薄片衬里工艺的研究开发,并扩大了玻璃鳞片涂料的应用范围。
 
    2玻璃鳞片涂料概述
    玻璃鳞片涂料是在热固性树脂里填充以特殊处理的鳞片状玻璃(含碱玻璃,C玻璃),同增强用的无碱纤维(无碱玻璃,E玻璃)相比,成份比率完全不同,其组成如表1所示,这些组成的不同,影响了玻璃的各种特性,特别是耐酸性有很大的差异,其特性如表2所示。
                                           表1玻璃鳞片的玻璃组成    (%)
玻璃种类
SiO2
Al2O3Fe2O3
CaO
MgO
B2O3
Na2CO3 K2O
BaO
C玻璃
64.6
4.2
13.4
3.3
4.3
9.3
0.9
E玻璃
54.2
14.6
21.1
0.3
9.0
0.5
0.3
 
    由于玻璃鳞片在涂层中是重叠排列的,因此对涂膜的抗渗透性起了很大作用。涂装方法可采用刷涂、高压无气喷涂或辊筒涂装。
                                             表2玻璃的耐蚀性    (%)
玻璃种类
冰醋酸
10%HCl
10%H2SO4
10%HNO3
28%NH4OH
H2O
C玻璃
0.42
4.08
2.43
4.35
1.25
0.95
E玻璃
0.78
43.88
42.74
40.2
0.66
0.64
注:测试数据为9.5um厚涂膜在96℃的各种介质中浸泡24h后的失重百分比。
 
    玻璃鳞片涂料的特性[2-4]
    1)对化学介质、气体、蒸气的渗透性远比玻璃钢衬里小,难以引起水蒸气扩散现象,这是由于层层重叠排列的玻璃鳞片,使介质渗透距离长的缘故。
    2)固化时收缩低,由于分散,粘接面残余应力小。
    3)热膨胀系数小,粘接热应力相应也小,耐热温度高,耐热冲击性能好。
    4)力学强度虽不如玻璃钢衬里,但耐磨性、耐刮擦性能出色,对机械损伤也只限于局部。
    5)玻璃鳞片涂料施工工艺性能也很好。
    玻璃鳞片涂料若仅是玻璃鳞片和树脂的物理混合,是不能充分发挥其性能的,这里还涉及玻璃鳞片的截面问题,玻璃鳞片混合量及混合方法,树脂的选择,基体的前处理,底漆的选择,施工方法等一系列的参数是决定玻璃鳞片涂料的技术关键。关于玻璃鳞片涂料品种及特性见表3,其物理性能见表4。

                    表3玻璃鳞片涂料的品种及特性
树脂种类
型号
适用范围
耐热性/℃
日本FUJI
中国华昌
液相
气相
间苯型UP
#3
-
耐酸
80
90
双酚型UP
#4
-
耐酸、耐碱
80
90
二甲苯型UP
-
FX
耐酸、耐碱、盐雾
80
90
环氧树脂
#106
FE
耐水、耐弱酸、耐碱、耐盐
78
80
乙烯基酯树脂
#5R
FV-5
耐酸、耐碱
90
100
#6H
FV-1
耐酸、耐热、耐溶剂
120
150
#6R
FV-2
耐强酸、耐碱、难燃性
110
130
#7H
MW-2
耐酸、耐碱、耐热
110
140
 
     3玻璃鳞片涂料在日本的应用实例

    由于玻璃鳞片涂料具有耐蚀,抗渗透性好,涂膜收缩率低,热膨胀系数小,固化残余应力少,耐磨损,施工简便,易于修补,因而玻璃鳞片涂料在化工、冶金、化纤、电镀、建筑等行业均有大量应用。特别是在各种海洋工程设备、海上石油天然气平台、港湾码头及船舶应用更为广泛。现举几个应用实例[5~7]
                                         表4玻璃鳞片涂料的物理性能(以#6R为例)
物理性能
测定方法
指标
拉伸强度/Mpa
-
40
断裂延伸率/%
-
0.4
弯曲强度/Mpa
-
80
弯曲弹性模量/Mpa
-
8
粘结强度/Mpa
-
13
弯曲性/(°)
拉伸剪断
4°裂缝
耐冲击性/(kg•cm)
4.5mm铁板450mm跨度
0.5×40裂缝
锥度磨损减量/mg
-
40
热膨胀系数/(1•℃-1)
CS-17 1000g 1000周期
2×10-5
固化收缩力/Mpa
-
0.2
蒸汽透过率g/(in2•h•mmHg)
涂膜收缩法ASTM-E-96-66
0.01
 
    1)北陆汽车公路混凝土桥盐雾腐蚀对策——沿海一侧每到冬季,由于飞来的盐份,不管钢结构还是混凝土构筑物,成为日本破坏最显著的地方。北陆汽车公路混凝土桥,1972年开始使用,后来遭盐雾侵蚀发生破坏,1987年开始修补,修补中使用了环氧玻璃鳞片涂料和乙烯基酯玻璃鳞片涂料,涂膜厚1000um。同年完成的从新泻县上越市至富山朝日镇59.3km的高速公路混凝土桥,为了对付盐雾,使用了乙烯基酯玻璃鳞片涂料涂装,在玻璃鳞片涂料上又涂聚氨酯树脂涂料和氟树脂涂料。
    2)冲绳地区的钢桥防锈蚀调查——冲绳综合事物局在日本钢桥专业协会的协助下,进行了防锈蚀性和防风砂磨蚀性的涂装系列试验,2年后测定,玻璃鳞片涂料性能最好,环氧树脂涂料次之,氯化橡胶涂料和邻苯型不饱和树脂涂料效果较差。
    3)机场联络桥的钢结构防锈蚀方案——关西国际机场联络桥的钢结构,提出了使用玻璃鳞片涂料的方案。铁道纵桁上面,使用后更换涂料困难,为了永久性的防锈蚀需要,采用了玻璃鳞片涂料和聚氨酯涂料,涂膜厚度为1090um的方案,其中使用的玻璃鳞片涂料的树脂是VE和环氧树脂。下部防锈蚀,提出了飞溅区涂装乙烯基酯树脂玻璃鳞片涂料和聚氨酯涂料(1000um);潮水涨落区域涂装玻璃鳞片涂料(1090um)。
    4)港湾钢构物防锈蚀方案——日本沿岸开发技术研究中心1986年发表了钢结构防锈蚀指南,其中海上大气部、海水飞溅部、潮水涨落部及海水中部位推荐乙烯基酯树脂、环氧煤焦油树脂和玻璃鳞片涂料。
    5)石油贮槽底板防锈蚀——日本冲绳石油基地(金武湾)石油贮槽高22m,直径80m,浮屋顶式贮藏量为10万m3,还建造了210万m3及510万m3的石油贮槽,其底板采用玻璃鳞片涂料防锈蚀,使用日本高分子化学公司生产的玻璃鳞片涂料,5年内施工面积达1.5×106m2
 
    4玻璃鳞片涂料施工简介
    玻璃鳞片涂料施工简单,可用刷涂、滚筒涂和高压无气喷涂。涂装前必须进行表面处理,除油后用喷砂、喷丸进行去锈及粗化处理。通常用4号砂或20-40目的石英砂,以5-7kg/cm2压缩空气带动砂粒,砂粒以50~70m/s速度从喷嘴中喷出,表面达SIS Sa2.5规格,清除喷砂后的灰尘,在8h小时内进行涂装。涂装一般在干燥天气进行,温度5℃以上,相对湿度85%以下。用同一种树脂或玻璃鳞片(粒度较小的)作底漆,厚度为50微米,在底漆指触干燥后就涂玻璃鳞片涂料。在涂装时需要留意以下几点:
    a.涂料的充分搅拌;b.涂料基料同固化剂的混合;c.粘度调整;d.活性适用期;e.涂装机具(机械)的清洗与保养;f.玻璃鳞片尺寸。
    关于以上诸点,通常按涂料厂规定进行,逐层施工,直至涂到设计厚度,表面用细料或纯树脂罩光一道。完成涂装后,在20℃养护48h以上,进行目测是否存在明显凹凸、脱层、气泡、开裂、异物夹人及不固化缺陷。再用放电式脉冲电火花针孔仪检查针眼、孔隙,用电磁测厚仪测定厚度(钢结构),用巴柯尔硬度计检测硬度。对针眼等缺陷处,要认真修补,首先将缺陷及周围处加工成钵状,铲去原涂层,打毛粗化处理,涂底涂层后再涂玻璃鳞片涂料。
 
    5玻璃鳞片涂料的质量标准
    玻璃鳞片涂料用于贮槽内部的耐蚀例子较多,作为外部防锈蚀目的的例证还较少,主要是取决于树脂的耐候性;同时,作为外部防锈蚀的涂料还有2个问题没有解决:
    a.玻璃鳞片涂料还没有适当质量标准;b.目前与富锌底漆和玻璃鳞片面漆配套也没有标准。现介绍日本玻璃鳞片涂料标准的部分内容,见表5。
                                           表5玻璃鳞片涂料的质量标准
项目
质量标准
在容器中的状态
主剂、固化剂加入混合时没有结块,质地均匀
混合性
能均匀混合
涂膜的外观
与样板相比差异不大
厚涂性
垂直面500um厚涂装无流挂、无裂纹、无剥落
适用期
20℃时使用2h以上
耐冲击性
500g重钢球从500mm高落下冲击涂膜,无裂纹、无剥落
干燥时间
16h以内
玻璃鳞片含量
20%以上
注:1)适用范围:本标准是玻璃鳞片涂料的标准,包括不饱和聚酯玻璃鳞片涂料、环氧玻璃鳞片涂料、乙烯基酯树脂玻璃鳞片涂料;2)玻璃鳞片涂料的质量必须符合上述标准。
 
    6结语
    上世纪80年代中期,我国从引进的许多日本设备中开始了解和接触玻璃鳞片涂料,并且开发出与日本相应的各种玻璃鳞片涂料、胶泥,部分取代日本的产品进行维修,取得了良好的效果和工程经验;华东理工大学华昌公司及兰州化工机械研究院还分别制订了二甲苯型不饱和聚酯树脂(注:含玻璃鳞片涂料)防腐蚀工程技术规程(CECS 73:1995),玻璃鳞片衬里施工技术条件(HG/T 2640-1994),中碱玻璃鳞片(化工部行业标准:HG/T2641-1994)。在玻璃鳞片的生产和研究领域,国产玻璃鳞片的质量及表面处理能力已达到国际先进水平。相信今后,随着玻璃鳞片涂料质量的完善和应用推广的深入,其卓越的防锈蚀性能、抗渗透性能和耐蚀性能必将得到进一步发挥。

    参考文献:
    [1]陆士平,胡剑斌,王晓东.耐蚀鳞片胶泥在脱硫烟道中的应用[J].腐蚀与防护,2001,22(1):30-31.
    [2]中国腐蚀与防护学会,腐蚀与防护全书[M].合成树脂及玻璃钢,化学工业出版社,1989.
    [3]中国腐蚀与防护学会,腐蚀与防护全书[M].附腐蚀涂料和涂装,化学工业出版社,1994.
    [4]竹村.玻璃鳞片树脂衬里技术[D].上海:中日耐蚀高分子材料国际交流会,1994.
    [5]三浅克弘.玻璃鳞片增强的乙烯基酯树脂衬里的特点和应用[c].上海:中日耐蚀高分子材料国际交流会,1994.
    [6]奥田聪.耐蚀塑料的技术发展动态.1994.
    [7]S Okuda,M Takada.Society of chemical engineers,Japan,Annual Meeting.1993

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