[公告] 每日更新20240428《玻璃钢衬里防腐》（实战全集之第陆卷第14章）

手糊FRP样板-2（OYCHEM^®8001+泰山玻纤450#无碱玻璃纤维短切毡）的弯曲强度强度和弯曲模量的原始测试数据如表8.2.1.7.2.4-7. 手糊FRP样板-2的弯曲强度强度和弯曲模量与时间的对数关系见表8.2.1.7.2.4-8。手糊FRP样板-2弯曲强度均值保留率与时间的对数拟合一次线性关系如图8.2.1.7.2.4-3。手糊FRP样板-1弯曲模量均值保留率与时间的对数拟合一次线性关系如图8.2.1.7.2.4-4。其中表8.2.1.7.2.4-8中的黑体加粗部分数据是根据半对数拟合函数（图8.2.1.7.2.4-3和图8.2.1.7.2.4-4）之后倒推计算或外延计算出来的结果。

（1）部分样板的纤维外露“正面”比“反面”情况好，制样时正、反两面都是采用薄膜覆盖的，这可能与正、反面树脂含量不同有关；

（2）“无碱E型玻璃纤维短切毡”比“中碱C型玻璃纤维短切毡”更易纤维外露，这可能与无碱E型玻璃纤维短切毡的耐酸性能和表面处理偶联剂类型有关；

（3）由此可以得出结论：纤维增强塑料的耐腐蚀性能应与树脂结构类型、纤维类型及表面处理均有关系。

（4）根据以上实验结果，汇总各综合评分后得到的结论为：

8.2.1.7.3 不同标准间耐腐蚀评估判定的差别

目前树脂重防腐行业内，判定是否耐蚀的标准一般为：第一，已实际使用于现场令人满意的成功案例，且目前持续使用者；第二，后固化树脂固化物连续处于该介质温度环境下，耐腐蚀挂片静态试验6个月后，表面硬度、弯曲强度、模量的保持率大于60%，1年静态试验后还保持50%者。

尤其需要强调的一点是弯曲弹性模量保留率测量是十分必要的，尤其对于有些溶剂介质而言，由于溶剂的渗透起增塑效应，树脂变软，有时FRP弯曲强度仍很高，而弯曲弹性模量却有相当的下降。目前，绝大部分单位未测定弯曲弹性模量就判断耐腐蚀与否是不全面的。

ASTM C 581用来测定浸泡在液体中的FRP的耐化学腐蚀性，评估并不特别说明FRP是否适合使用，或者为什么不适合使用，并没有定量的数据阐明资料。因此说该标准规范仅仅陈述了测试和指导原则，而不是用于FRP结构材料中热固性树脂的选择依据，仅仅是一个实验方案，可以得到一些实验结果和强度、模量保留率的变化曲线，但并不能就试验结果和曲线进行更加详尽的解释。所以它并不意味着可以用来确定特定化学环境中的FRP使用寿命，这就使得该规范对FRP使用者很少有实用价值。

如何让这些数据能在实践上派上用场呢？除前述6个月后60%的保留率定性判断方法之外，是否有更合理的判断方法呢？

欧美一些乙烯基酯树脂供应商近年来提出一种用“化学强度”的判断方法。

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这个数据在短期（两年内）是可以得到确定的数据的，但时间太长了，实验室标准数据就不可能得到了。这里推荐采用一种“对数Log外推”的方法来实现预判外推至10年（Log10=1），乃至20年（Log20=1.3）后的化学强度保留率的推测值。具体方法为以化学强度的对数值为纵坐标Y轴，浸泡时间的对数值为横坐标X轴。欧美方面认为：化学强度保留率高于70%可以认为耐腐蚀，低于50%认为不能耐腐蚀。当外推至10年、20年之后的化学强度保留率在50%～70%时，耐腐蚀性被标记为临界状态，并要有其他的标准被用来确定耐化学腐蚀的程度，如12个月后的表面巴柯尔硬度有50%以上的保留率、玻璃纤维不裸露、表面无气泡、没有裂纹和分层等。

采用这种“对数Log外推”方法时，需要有在工业条件下训练有素经验丰富的工程师来预测FRP的耐化学腐蚀性能。

欧标与美标的对应关系如下：美标中70%保留率的耐腐蚀性能A₂因子选取1.1和1.2，临界位于50%和70%之间的A₂因子取1.3和1.4，而大于1.4的所有数值都是美标中不推荐作耐腐蚀区。EN 13121-2中安全设计因子和ASTM C 581中强度保留率对应关系如表8.2.1.7.3-1。

树脂制造商推荐的最高温度T_m的说明及对应的A₂列在表8.2.1.7.3-2中。材料的HDT也应该被考虑进去；储罐或容器的树脂固化后热变形温度应当高于最高设计温度T_d至少20℃。

        注：后固化需按照树脂制造商要求的条件进行后固化处理

局部设计因子A₂也可以根据实际案例经验来确定，在相同或相似的条件下有超过3年的实际文件记载的案例经验，是可以允许用作安全设计的案例安全因子的。局部设计因子A₂建立在一套严格标准之上，每一个因子数值取决于专门性能的保留率，而外观、尺寸稳定性和力学性能等必须检验。

8.2.2 乙烯基酯树脂玻璃钢动态耐药品腐蚀试验

玻璃钢的耐药品试验标准都是采用“静态浸泡法”，这与实际使用时玻璃钢在腐蚀介质中的行为存在着差距，因在实际使用中材料受应力及应力分布、介质流动、介质溶液组成变化、杂质及杂质含量、温度梯度等动态条件的影响。但“静态浸泡法”简便可行，因素单一，仍不失为基准的方法。如果与动态条件下实地挂片试验相结合，可以获得与实际使用条件较接近的结果，因此动态或模拟动态的耐腐蚀实验数据更具实际参考价值。

动态下介质环境的变化指标主要指：介质环境温度往复性变化、介质浓度和含有物往复性变化、介质非“常压状态”、VER-FRP设备受一定载荷或存在一定的应力（载荷和应力可变）等。

静态耐蚀方法（ASTM C 581）判断的结果仅仅是FRP材料在耐蚀性设计时考虑的安全因子之一（局部化学环境安全因子A₂）。除了A₂之外，FRP耐蚀结构材料设计时还需要考虑的其他静态和动态因素有：非均相性和分散性因素A₁、设计温度与耐热性A₃、动力载荷A₄、长期行为A₅。

动态腐蚀试验以及实际介质环境模拟实验是VER-FRP耐腐蚀实验研究的方向和热点，目前仅在日本和美国见到一些报道。

8.2.2.1 动态耐药品腐蚀试验方法

目前《JIS K 7107 Testing methods for chemical resistance of plastics under constant tensile deformation》和《JIS K 7108 plastics -- determination of environmental stress cracking (ESC) -- constant-tensile-stress method》是比较成型的动态耐蚀性能的判定方法。其他还有一些零散的关于动态下的耐腐蚀实验方法总结的论文，但成文的标准很少。笔者自己在这一领域深入探究也很少，也一直在查询相关文献资料，但愿意花精力去做这一研究的工程师或高校科研人员的确很少。

8.2.2.2 应力消除

应力对FRP动态耐腐蚀性能的影响是非常大的。在进行动态耐腐蚀实验之前，消除应力是需要做的工作。

FRP消除应力的方法大致有四种。

其一是自然时效，通过自然放置消除应力，这种方法耗时过长（最短也要几个月），难以适应现代FRP生产需要。

其二是热时效法，它是最传统，也是目前使用最普遍的方法。把FRP放进热时效炉中进行热处理，慢慢消除应力。这种方法的缺点也非常显著，FRP尺寸太大易变形、增加大量的能耗等都是个问题。

第三种方法是利用亚共振来消除应力，这种方法虽然解决了热时效法的环保和能耗问题，但是使用起来相当繁琐，要针对不同形状的工件编制不同的时效工艺，而且在生产时操作相当复杂，需要操作者确定处理参数，复杂工件必须是熟练的专业技术人员才能操作。更令人遗憾的是这种方法只能消除20%左右的应力。

第四种方法是振动消除应力，通过机械组装形成一整套消除应力设备，将激振器夹在FRP工件上进行振动就可以达到短时间内（10min左右）消除应力的效果。

复合材料界面残余应力是指复合材料成型后由于基体的固化或凝固所造成的收缩应力（一般为收缩，但也有膨胀的情况），以及因增强体和基体的热膨胀系数不匹配而由环境温度造成的热应力，两者结合起来所构成的总残余应力。

残余应力的大小和方向对复合材料的性能有较大影响，FRP减小残余应力的方法有如下几种：①在不增加界面反应或者扩散的前提下，降低制备FRP过程中的冷却速度；②制备中间层时，选择线性膨胀系数介于基体和增强体之间的材料，缓解应力释放造成的损伤；③控制界面的结合强度，结合越强应力越高；④在满足材料性能的前提下，适当降低固化温度（尽量对VER树脂进行常温固化），减小固化产生的应力；⑤分次成型，但要控制好界面；⑥在固化前对纤维或其他连续增强材料进行预拉伸。