酚醛环氧乙烯基酯树脂的性能及在耐高温强腐蚀场合中的应用

酚醛环氧乙烯基酯树脂的性能及在耐高温强腐蚀场合中的应用

（上海富晨化工有限公司   上海 200235）

摘要：本文简要介绍了酚醛环氧乙烯基酯树脂的性能特点，并介绍了在耐高温强腐蚀场合的应用。

关键词：酚醛环氧乙烯基酯树脂；耐高温强腐蚀；应用

1、 前言

    我国是以燃煤为主的国家，粉尘、二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）我国大气的主要污染物。这种能源结构决定了：在20世纪50年代的工业化初始发展阶段，全国煤炭消耗量为2000-10000万吨，二氧化硫的排放量为50-200万吨；在60-70年代的工业化第二阶段，煤炭消耗量为1000-45000万吨，二氧化硫的排放量为300-700万吨；在工业化第三阶段，煤炭年消耗量达80000万吨，二氧化硫的排放量为900-1500万吨；同时在燃煤过程中产生相当量的氮氧化物，如2000年我国燃煤电厂的NOx的排放量达到290万吨。因此我国的能源结构特点导致了较多的重腐蚀情况，形成了酸雨等污染情况，因此尤其是燃煤电厂中，对于二氧化硫或氮氧化物的防治是势在必行，目前国内外较为有效的手段是烟气脱硫（FGD）。

   同时，我国的化学工业、有色冶炼、或其它重工业的工业化技术得到了长足的发展，由此发展中的污染和腐蚀也越来越严重，如在钛白粉工业、制酸工业、有色金属冶炼中；同时工业结构中污染较重的工业所占的比例也较大。

   以上各种情况中，均会涉及到高温条件下的强腐蚀情况，根据腐蚀介质的特点，国内较多生产厂家较多的采用非金属材料等手段如玻璃钢来解决防腐蚀问题。而在耐高温强腐蚀场合，高交联酚醛环氧乙烯基酯树脂玻璃钢的应用引人注目。

2、 酚醛环氧乙烯基酯树脂简介

     酚醛环氧乙烯基酯树脂是采用高环氧值、多官能的酚醛环氧树脂与甲基丙烯酸反应而成，主要用于存在溶剂、氧化性介质和高温烟等殊耐腐蚀性环境，玻璃钢在高温条件下树脂具有高的强度保留率。特殊的化学结构赋予了该树脂独特的理化特性：①树脂具有非常高的热变形温度（达150℃），并具有良好的力学性能；②树脂的高交联密度使其具有良好的耐溶剂性；③能耐各种氧化性介质，如双氧水、湿氯气、二氧化氯等；④良好的粘接性，包括与碳钢、PTFE等基材。表1是898酚醛环氧乙烯基树脂与其它同类树脂的比较。

表1  酚醛环氧乙烯基酯树脂的比较

	国外D-470产品		898乙烯基
	典型值*	实测值
热变形温度（HDT） ℃	149-154	137	150
抗拉强度Mpa	85	59	72
抗拉模量Gpa	3.6	3.6	3.5
断裂延伸率%	3-4	2.1	2.6
弯曲强度Mpa	131	116	112
弯曲模量Gpa	3.8	3.9	4.1
冲击强度KJ/m2	2-4	2.0	2.0

*：国外产品典型值测试方法是按ASTM标准进行的，而实测值是按中国国家标准（GB）检测的。

   从上表可以看出：由于采用不同测试标准，测试结果相差很大，在同等测试标准（国标）下，898酚醛环氧乙烯基树脂的力学性能与国外产品相近，某些指标（如热变形温度、抗拉强度及断裂延伸率等）还要好一些。

3、 酚醛环氧乙烯基酯树脂玻璃钢在高温下的力学性能

酚醛环氧乙烯基酯树脂较多的应用在高温条件下的耐腐蚀场合，如脱硫装置（FGD）、高温烟囱等。在这些高温应用场合中，对树脂的要求较高，尤其是树脂玻璃钢在高温条件下的力学强度保留率，因为树脂玻璃钢在较高的使用温度下，会发生力学性能的损耗，若按室温条件下的力学强度进行设计就可能会导致玻璃钢制品的失效，因此，树脂的高温性能指标对于产品的设计是非常重要的。表2和表3 是898酚醛环氧乙烯基树脂玻璃钢高温力学性能的测试结果，测试方法按GB9979-88进行，其中积层板采用6层450g/m²短切纤维毡手糊而成，树脂含量达70%，积层板的厚度为6mm，所有试样均经过充分的后固化处理。

   从表2中可以看出，898树脂制作的玻璃钢在150℃时仍保持着良好的力学性能。

表2  898树脂玻璃钢的高温力学性能

特性	单位	测试温度（℃）	树脂积层板	保留率（%）
抗拉强度	Mpa	25	127.5	100
		65	127.6	100
		100	127.5	97.5
		120	124.0	97.2
		150	118.1	92.6
		175	86.1	67.5
抗拉模量	Gpa	25	12.1	100
		65	12.3	102
		100	12.1	100
		120	12.1	100
		150	7.5	62.0
		175	5.6	46.3
弯曲强度	Mpa	25	165.4	100
		65	168.8	102
		100	166.1	101
		120	165.4	100
		150	144.7	87.5
		175	55.2	33.4
弯曲模量	Gpa	25	8.8	100
		65	8.3	94.5
		100	8.1	92.1
		120	7.5	85.2
		150	5.9	67.1
		175	3.7	42.1

表3 连续高温下的898树脂玻璃钢弯曲强度保留率

温 度	弯曲强度保留率
	7天	90天	180天	365天
200℃	103%	83%	72%	63%
175℃	100%	101%	87%	76%
150℃	102%	97%	95%	86%

  注：表3中的数据表示经连续高温放置后的弯曲强度保留率，以25℃下的弯曲强度为100%。

4、 酚醛环氧乙烯基酯树脂的耐腐蚀性

   特有的化学结构赋予了树脂优良的耐腐蚀性能，我们的试验结果和现场挂片试验证明了这一点。我们根据试验挂片的强度保留率、表观、硬度保留率、色泽变化和增失重等综合情况判断树脂是否耐某个特定的腐蚀条件。表4是898酚醛环氧乙烯基树脂的耐腐蚀情况。

表4 898酚醛环氧乙烯基树脂的耐腐蚀性能

介质	浓度	推荐使用温度	介质	浓度	推荐使用温度
冰醋酸	100%	40	双氧水	35%	65
盐酸	37%	50	湿氯气	-	110
硫酸	75%	50	SO2（气）	-	120
四氯化碳	100%	80	SO3（干）	100%	150
氯乙烷	100%	25	烟道气	-	175
氯苯	100%	40	CLO2	-	80
氯苄	100%	25	硝酸	40%	25
甲苯	100%	50	硝酸烟气	60%	80
二甲苯	100%	50	氢氟酸	20%	30

5、 耐高温强腐蚀场合中的应用

5.1耐高温强腐蚀场合的应用优势

    在各种高温条件下的重腐蚀场合，酚醛环氧乙烯基酯树脂制作的玻璃钢，与金属材料相比，重量较、比强度高、耐瞬时超高温性能，因此在相关领域中得到应用。

5．1．1耐腐蚀性能

     由于酚醛环氧乙烯基酯树脂的高交联密度与高的热变形温度特点，使树脂的耐蚀性能较好，如8mm的普通碳钢在浓度为0.1% 的二氧化硫潮湿环境中，只需1-3个月即可腐蚀透，而6mm防腐蚀层的玻璃钢制品则可保持10年的使用寿命。

5．1．2耐热性能

     在各种高温应用场合，如在湿法脱硫工艺中，混合气体在进口的温度在160-180℃左右，系统中的部件又要承受瞬间的温度交变，潜在的热破坏和产生的强腐蚀性副产品导致人们选用一些昂贵价格高镍合金等结构材料。而酚醛环氧乙烯基酯树脂由于具有较高的热变形温度，玻璃钢制品可以成功替换一些金属制件，玻璃钢脱硫塔可用于更高的温度，寿命更长，也更可靠。

5．1．3耐磨蚀性能

     可以通过加入适当的耐磨、耐蚀填料来提高玻璃钢的耐磨性，因此在腐蚀环境中的玻璃钢耐磨性能优于钢材。

5．1．4玻璃钢的价格优势

     根据设备的尺寸和类型，玻璃钢的造价约是高镍合金的造价的1/3。直径为4米的玻璃钢吸收塔造价仅是高镍合金包覆吸收塔的一半。

5．2应用案例

   898酚醛环氧乙烯基酯树脂由于其优良的力学性能，使其在国内外的众多高温强腐蚀条件中得到应用。

5.2．1 150℃长期使用条件下的强酸尾气装置: 该甲方工厂生产过程中，排放的尾气中含有硫酸废气、二氧化硫、氯化物和氮氧化物等复杂的强腐蚀介质，长期使用温度为150℃，偶尔作用温度达到180℃。该公司原来采用进口的不锈钢制作，成本较高，但防腐蚀性能不太理想，几乎每年都要进行维修。后改用898酚醛环氧乙烯基树脂，已使用近2年未出现异常。

5.2．2脱硫装置：近期在一滨海的火力发电厂的玻璃钢脱硫装置中得到成功应用。该装置最高使用温度达到150℃左右，玻璃钢制造厂对国内外几家乙烯基树脂供应商的产品进行了测试和综合评价，最终选定了898酚醛环氧乙烯基树脂，厂家认为，该树脂具有优良的耐蚀和耐温性的同时，工艺性也相当好。

5.2．3 含湿氯气的碳钢内衬：在该工程中，要求对于金属槽盖进行防腐处理，长期使用温度达130℃，偶尔作用温度达150℃，又含有湿氯气的强腐蚀环境，原来该厂采用316L号不锈钢进行防腐蚀，但不到一年金属表面就严重腐蚀，在应用898树脂作内衬防腐处理后，使用已近12个月未有发现表面腐蚀，使用情况良好。

5.2.4在智利一铜矿冶炼厂：在该公司的脱硫装置和高温烟囱中均采用898树脂，使用情况表明，898乙烯基树脂的耐高温性能和耐腐蚀性能良好。

5．3应用中的注意点

    根据我们的实际应用经验，树脂在高温条件下使用时，对于玻璃钢制作中的每个细节都应该给以充分的注意，包括结构层树脂选择、增强材料的选择等。

5．3．1 在含氟介质的条件下，增强材料不应该选用玻璃纤维，此时应该选用碳纤维或者其它能耐高温的有机纤维。

5．3．2结构层树脂的选择一定要注意树脂高温下的力学性能，应该选择耐温性能较好树脂，以保证玻璃钢在高温使用条件下应有的力学强度。在高温玻璃钢烟囱的设计中，应根据不同温度段要求选用相关的结构层树脂以降低制作成本。

参考文献：

[1]陆士平,等.建筑防腐蚀材料设计与施工手册.北京:化学工业出版社,1996.

[2]陆士平,等.耐蚀鳞片胶泥在脱硫烟道中的应用.腐蚀与防护,2001,22(1) :30-31.

[3]郭东明.硫氮污染防治工程技术及其应用.北京:化学工业出版社,2001.

Application of Novolac Vinyl ester in aggressive corrosion cases with elevated temperature

Wang Tiantang  Lu Shiping

(Shanghai Fuchen Chemicals Corp.,Shanghai200235, P.R.China)

Abstract: This article presents some features of Novolac vinyl ester resin, and its special applications in aggressive corrosion cases with elevated temperature are covered.

Keywords: Novolac vinyl ester; resistance to aggressive corrosion with elevated temperature; application