电厂FGD脱硫系统中高耐磨防腐材RCC 树脂陶瓷聚合体的研究与应用

电厂FGD脱硫系统中高耐磨防腐材RCC

树脂陶瓷聚合体的研究与应用

（刘伯温6374cσm 技术研究中心，上海200235）

摘  要：本文针对现有电厂FGD脱硫系统的耐磨防腐蚀要求和可用陶瓷基先进复合材料的现状，研发出了一种新型的高耐磨防腐RCC树脂陶瓷聚合体复合材料,该材料以高性能树脂为基体，球形多孔碳化硅陶瓷、纳米氧化锆为骨架材料，同时填充碳化硅晶须为补强增韧材料，是一种新型树脂/陶瓷复合材料。本文对该复合材料的力学性能、耐磨性能及现场应用性能等进行了研究,结果显示该材料具有优良的耐磨性能和施工粘附性，这为电厂防磨领域提供了良好的材料选择。

关键词：电厂脱硫；耐磨防腐；陶瓷树脂复合材料

1     引言

我国90%以上燃煤电厂采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术^[1]。由于FGD系统内循环运行的主要是石灰石-石膏浆液及其他部分杂质，这些流体不但具有一定的腐蚀性，更具有较强的磨损性，对浆液循环泵、叶片及管道等脱硫装置产生严重磨损^[2]。

现有的FGD系统脱硫系统的耐磨和防腐蚀材料主要有镍基耐蚀合金、橡胶衬里、鳞片胶泥、耐磨鳞片胶泥、玻璃钢、耐蚀塑料、耐蚀硅酸盐材料等，这些材料有不同性能特点，应用区域也各不相同（你想替代的是那种材料？还是可以全部替代）。针对重点磨损需求，不少专业学者和技术人员对陶瓷基先进复合材料做了大量研究，一般采用级配的碳化硅（SiC），或刚玉粉（主要成分Al₂O₃），或陶瓷粉（主要成分SiO₂和Al₂O₃）等与**复合，制备成树脂陶瓷耐磨复合材料，并开发出多种陶瓷类耐磨防腐材料^[3-5]。其中碳纳米材料改性树脂基陶瓷纤维混杂复合材料，从不同组合的力学性能等方面进行了研究，并有成功应用案例^[6]。但是未进一步对比测试上述陶瓷基复合材料和传统材料的耐磨性能，尤其是陶瓷粉还分不同种类，即使是同一种陶瓷粉因为其生产工艺不一样而具有不同的微观结构，进而表现为较大的性能差异。本文以高性能树脂为基体、以球形多孔陶瓷和纳米氧化锆等为骨架材料、碳化硅晶须为补强增韧材料，对其耐磨性能、力学性能等进行研究。

2    实验部分

2.1  原材料

高性能树脂（大概的组分名称？）、球形多孔陶瓷（ABC三种规格）、碳化硅晶须、纳米氧化锆、固化剂、偶联剂、其它助剂等。

2.2  工艺

对球形多孔陶瓷、碳化硅晶须、纳米氧化锆分别采用偶联剂进行表面改性处理，然后按照一定的比例先后倒入到已添加助剂的高性能树脂当中并搅拌均匀，最后加入固化剂，再次搅拌均匀后制备出RCC树脂陶瓷聚合体，按力学性能和耐磨性能等测试要求加工成相应的形状。另外，采用上述方法（配比有改变）制备RCC树脂陶瓷聚合体底涂并涂覆到已喷砂处理的钢板样块上，用于粘接性能测试。

最终制备的材料的照片（宏观/微观），至少应该有简单的相关描述，例如，最终获得了陶瓷纤维/陶瓷球互相穿插****，复合增强的*****材料，

2.3  测试设备及标准

力学性能测试设备：德国Zwick Roell集团制造的Zwick Allround电子万能试验机；测试标准：GB/T1447-2005、GB/T1449-2005。（GB/T 1041-2008 塑料 压缩性能的测定。）

摩擦磨损性能测试设备：美国Falex 多试件摩擦磨损试验机；测试标准：GB3960-2016（《塑料滑动摩擦磨损试验方法》）。

底涂粘接性能测试设备：进口“液压式粘合度测试仪HATE”， 该仪器的测量范围是1～18MPa；测试标准或方法：ASTM D4541“便携式附着力测定仪测试涂层附着力方法（拉开法）”。

3    实验结果与分析

3.1  RCC树脂陶瓷聚合体的力学性能

采用万能试验机对RCC树脂陶瓷聚合体（样件尺寸为30×6×4mm）的抗弯强度和压缩强度进行测试，分别测试了5组，测试结果如下表3.1:

表3.1 RCC树脂陶瓷聚合体力学性能测试结果表

从表3.1中可以看出RCC树脂陶瓷聚合体的抗弯强度在27Mpa以上，抗压强度在285Mpa以上。目前广泛使用的耐磨内衬材料丁基橡胶的抗弯强度小于10Mpa、抗压强度小于100Mpa，说明RCC树脂陶瓷聚合体在力学性能方面远远优于衬胶。

3.2  RCC树脂陶瓷聚合体热稳定性

对RCC树脂陶瓷聚合体（样件尺寸为30×6×4mm）的热变形温度进行测试。加载速率为1mm/min，测量其从室温到200℃的尺寸变化情况，观察RCC树脂陶瓷聚合体在高温情况下的尺寸稳定性。分别测试了5组，测试结果如下表3.2:

表3.2 RCC树脂陶瓷聚合体热稳定性测试结果表

上表看似数据较多，但对比效果不明显，建议简化上述表格，或增加传统材料的变化数值进行对比。

从表3.2中可以看出RCC树脂陶瓷聚合体的在200℃时仍然没有发生形变，这说明球形多孔陶瓷、碳化硅晶须、纳米氧化锆等的加入，大幅度（多少？）提高了（为什么说提高了？跟谁比的？要不就不比，只进行简单的描述，要比较就得有简单的数值或对象）树脂基复合材料的热稳定性，因为这些骨架等材料本身具有较高的耐热性，不容易在高温条件下发生形变，同时特殊的结构（哪些地方特殊了？）还可以约束树脂基体的形变。

3.3  RCC树脂陶瓷聚合体摩擦磨损性能分析

图3.3是RCC树脂陶瓷聚合体样块（3#）与耐磨鳞片胶泥样块（2#）、纯树脂样块(1#)在不同摩擦时间下的磨损量折线图。（是否由磨损试验前后的照片？）图3.3中60min时，3#样块的磨损量为1.0mg，2#样块的磨损量为5.2mg，1#样块的磨损量是13.8mg。结果表明，在树脂基体中加入球形多孔陶瓷、纳米氧化锆和碳化硅晶须后，大大提高了RCC树脂陶瓷聚合体的耐摩擦性能。这是因为碳化硅晶须和纳米氧化锆具有较高的表面能，对树脂中的大分子链有吸附作用，从而可以传递和吸收分子链之间的应力，同时他们又能阻碍树脂中的大分子呈条状形式从整体中剥离，减弱树脂基体的摩擦磨损；更重要的是，球形多孔陶瓷骨架对树脂基体具有很强的束缚作用，可以有力阻止树脂基体在摩擦过程中的形变，同时球形多孔陶瓷特殊的结构成了载荷的主要承受骨架，分担了绝大部分载荷，减少了树脂基体与外界摩擦接触，很好的保护了树脂基体，使得磨损量降低到最低。

图3.3 RCC树脂陶瓷聚合体（1#）、树脂（2#）及耐磨胶泥（3#）的磨损量

3.4  RCC树脂陶瓷聚合体与基体的粘接性能

在150×150×5的单面钢板上进行喷砂除锈达到Sa2.5,粗糙度75微米左右，再将配制好的RCC树脂陶瓷聚合体底涂层涂覆在钢板上。钢板试样在经后固化处理后进行测试，每组5个试样，金属粘接头的Φ19.2，粘接面积280.0mm²。

表3.4 RCC树脂陶瓷聚合体底涂粘接强度表

采用拉开法可以在涂装现场进行附着力检测的方法。它能更加直观和及时地测出涂层对基材的附着力情况^[7]。从表3.4中看出，RCC树脂陶瓷聚合体底涂的附着力高达20Mpa以上，而丁基橡胶衬里的粘接强度不超过8Mpa。

4    结  论（按重要性排序）

（1）    RCC树脂陶瓷聚合体具有优异的耐磨性能，耐磨耗系数小于15mg/1000g；

（2）    RCC树脂陶瓷聚合体具有优异的力学性能，抗弯强度在27Mpa以上，抗压强度在285Mpa以上。目前广泛使用的耐磨内衬材料丁基橡胶的抗弯强度小于10Mpa、抗压强度小于100Mpa，说明RCC树脂陶瓷聚合体在力学性能方面远远优于衬胶；

（3）    RCC树脂陶瓷聚合体具有较高的热稳定性，200℃时仍然没有发生形变；

（4）    RCC树脂陶瓷聚合体配套专用底涂具有超强的附着力，可以直接涂刷在碳钢、不锈钢、钛、玻璃纤维、复合材料、塑料及混凝土的表面^[8]，其中与碳钢基体的粘接强度高达20Mpa以上。

5    应  用

针对FGD系统内高磨损区域、设备或管道的磨损特点和要求，以高耐磨耐腐蚀耐温的RCC树脂陶瓷聚合体复合材料为基础，可以给出FGD系统耐磨防腐解决方案。该方案具有如下特点：

（1）   适应性广：针对多宗不同应用环境和部件，可调整配方满足各种复杂工况；

（2）   耐磨性好：特殊处理下，可以表面光洁度高、运行阻力小、耐磨强度高；

（3）   防腐性优：可耐酸、碱、盐水、有机溶剂、氧化性物质等多种介质；

（4）   粘接性强：与碳钢的粘接强度≥20Mpa，是衬胶和衬塑材料的几倍；

（5）   安全性高：产品为难燃设计，可有效消除施工过程中的火灾隐患；

（6）   工艺性佳：施工简单、方便，可修复性好，使用寿命长；

目前，RCC树脂陶瓷聚合体已广泛应用于FGD脱硫塔内防腐的维修，浆液循环管道弯头、变径头、法兰端面等特殊部位修复，以及有大量粉尘的、高耐磨防腐需求（如垃圾焚烧电厂）等领域。具体已使用该产品的典型业主有：齐鲁石化热电厂、扬子石化热电厂、新疆哈密电厂、江苏望亭电厂、河南荥阳电厂等。

【参考文献】

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[6]曾邵.碳纳米材料改性树脂/纤维/陶瓷超混杂复合材料的力学性能研究及应用[J]. 山东工业技术, 2016(15):28-29.

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