认识无机玻璃钢|工业腐蚀与防护

张作华

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[复制链接] 只看楼主正序阅读楼主发表于: 2024-08-08

认识无机玻璃钢

赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主张作华

玻璃钢是我们防腐人员最为熟悉的一种耐蚀材料，即FRP是Fiber Reinforced Polymer的缩写，中文名称为：纤维增强复合材料；但是以有机树脂玻璃钢居多，如环氧树脂玻璃钢、乙烯基树脂玻璃钢、不饱和树脂玻璃钢、呋喃树脂玻璃钢、酚醛树脂玻璃钢等等；而无机玻璃钢接触的比较少。其实，无机玻璃钢是一种以玻璃纤维来增强氯氧镁水泥而制得的无机复合材料。氯氧镁水泥由法国人索瑞尔（Sorel）于1867年发明，所以又称为索瑞尔水泥，国内氯氧镁水泥通常也被称为菱镁水泥。

菱镁水泥是用菱苦土（主要成分为氧化镁）与氯化镁水溶液混合制成的水泥。理论和实践证明，菱镁产品是轻烧氧化镁和氯化镁及水按照科学配比组合反应后生成的一种胶凝材料，即5.1.8相（5MgO.MgCl2.8H2O），是菱镁材料的稳定相，是胶凝硬化体材料产生的贡献相。其具有以下一些特点：
1.具有突出的防火性能，属于不燃材料，熔点为2270℃，耐火极限可达1-4h。
2.抗压强度大，在相同密度下，强度是普通硅酸盐水泥制品的2-5倍。
3.耐磨性好，在相同密度下，耐磨性高出普通硅酸盐水泥的3倍。
4.抗弯强度高，密度为1.8g/㎝3的壁板经过多层玻纤布增强抗弯强度为67MPa，而同类的水泥板约为17MPa。
5.粘结力大，PH值低，其粘结力高于硅酸盐水泥2倍，可以与木粉及塑料泡沫材料粘结，低PH值也可以采用中碱玻纤布增强，而硅酸盐水泥必须使用耐碱玻纤布增强，成本较高。
6.常温固化，无需加温措施（10℃以上）就可以干燥硬化。
7.环保无毒，不含石棉，甲醛，挥发性污染物及放射性物质，生产过程中无“三废”排放。
8.重量轻，密度1.8g/㎝3，是硅酸盐水泥的1/2，利于生产轻质结构。
9.成形方便，可以制作中高档产品。
10.耐酸碱及大气腐蚀，隔热保温，可以长期在200-350℃环境下使用，而且价格便宜使用寿命长。

我们国家菱镁制品，已经有60年的发展历史，至今为止随着工业化生产的需要，应用领域不断扩大，特别是氯氧镁水泥无机玻璃钢产品可以说涵盖了工业民用的方方面面，应用非常广泛，重点表现为：
1.建筑领域。制作通风管道，制作水箱，檐口腰线，装饰墙板，加气轻质墙板等。
2.化工领域。制作设备外壳和管道，储存腐蚀性液体的储罐。
3.环保领域。制作污水管道，污水处理设备的零部件及废气处理设备。
4.农业领域。制作温室大棚骨架，建造沼气池池体等。
5.电力领域。制作电线杆，标志桩等电力设施。
6.交通领域。制作车辆外壳和内饰件，减轻车辆重量。
7.工业领域。机器设备的防护外壳，鼓风机外壳，排烟道等。

目前，氯氧镁增强水泥无机玻璃钢从最初单一的包装箱，农业大棚架产品发展到现在的100多个品种，其中最具代表性和广泛性的产品就是防火板及工业风管。据不完全统计，我国生产菱镁无机玻璃钢防火板企业近1600多家，2013年产量达到6亿㎡左右；通风管道生产企业100多家，年产量2000多万㎡，而每年新增中央空调风管约1亿㎡，菱镁无机玻璃钢风管占到了20%的量。

菱镁无机玻璃钢防火板不但具有优秀的防火性能（属于不燃材料）；而且是减排降碳的不可多得的木材替代品。如果按照每立方菱镁无机玻璃钢防火板（333㎡/m³，3㎜厚）替代同规格的木材胶合板计算，可以节约木材10m³。菱镁无机玻璃钢通风管道（机制）比铁皮风管重量轻50%，减小建筑物荷载，另外，菱镁无机玻璃钢风管综合造价（含安装）约为100-120元/㎡，而铁皮风管综合造价（含安装）约为120-160元/㎡，可以节约造价20-40元/㎡，即使按照替换新增7000万㎡铁皮风管的一半量计算，可以节约工程造价70-140亿元/年，是一笔巨大的经济收益，铁皮风管潮湿环境下耐蚀寿命只有7年，普通环境下15年，平均寿命12年，而菱镁无机玻璃钢风管使用寿命长，耐腐蚀，基本使用年限都在20年以上。另外，菱镁无机玻璃钢风管具有很高的环保价值（如减少铁皮使用量），每㎡风管还可以消耗粉煤灰填充料2Kg左右，如果按照年生产1亿㎡菱镁无机玻璃钢风管计算，则可以消化掉粉煤灰15万吨，这对于处理粉煤灰废渣“固废”具有重要的意义。菱镁无机玻璃钢风管的制作方法最初和手糊环氧玻璃钢相似，即在预先制作好的模具上面缠绕或者铺贴玻璃纤维布，再用糊状氯氧镁浆料（菱镁水泥）涂抹在玻璃纤维布上面，至规定的厚度，干燥养护成型后脱模。常见无机玻璃钢施工方法如下：
1.氯氧镁水泥浆（糊状物）配制。主要原材料有氧化镁，氯化镁，硫酸镁，脲醛粘结剂，UP树脂，H剂，自来水等。配制时将氯化镁加水制成波美度26-28的水溶液，称取氧化镁100Kg加入搅拌器内，再称取33Kg氯化镁溶液加入搅拌器内，再称取22Kg硫酸镁加水制成的饱和溶液加入搅拌器内。启动搅拌器搅拌3分钟左右，加入脲醛树脂4Kg，继续搅拌，加入UP树脂5Kg，加入固化剂H适量，搅拌至糊状物。（不同的应用场景及生产企业具有不同的配制方法，特别是对于改善氯氧镁水泥浆各种性能的添加剂都不一样）。
2.制作无机玻璃钢。无论是模具还是在平台上面，必须保持表面平整光滑，并涂抹脱模剂，便于后续脱模操作。将氯氧镁水泥浆均匀的涂刷在模具或者平台表面，再将裁剪好的玻璃纤维布铺贴在其上。要求玻纤布平整服帖，料液浸透布眼，排除气泡和皱褶，搭接宽度不得小于5㎝，上下层玻纤布应该错开距离30㎝以上。按照同样的施工步骤，重复铺贴至所需的氯氧镁无机玻璃钢厚度。
3.脱模及固化。手糊成型后的氯氧镁无机玻璃钢在适宜的温度和条件下固化，随着温度的不同，固化时间不一样，通常需要一定的时间，其最佳温度在25-40℃。夏天温度高，要及时脱模，无堆积散开放置十几个小时，利于产品散热，保证固化质量。冬季温度低，达不到20℃以上的温度条件，因此产品初凝及固化时间比较长，为改善这一缺陷可以在配方中加入一些早强剂或者促凝剂，最有效的方法还是提高环境温度。
4.脱模后的氯氧镁无机玻璃钢后期处理。脱模后的氯氧镁无机玻璃钢是一种毛坯产品，还需要进行“修理整形”，如修补、打磨、修整、切割、喷漆等后期处理，以满足各种应用场景的需求。

氯氧镁无机玻璃钢施工过程中必须严格控制材料的配比，搅拌时必须充分搅拌并均匀，避免结块成团现象。配制材料时，要按照添加次序进行，不能一次性混合搅拌。固化和养护的温度及时间要控制好，特别是脱模时间根据实际干燥时间和经验决定，确保氯氧镁无机玻璃钢制品的质量和性能，施工时注意安全防护，避免化学物质对身体产生的伤害。当然，随着氯氧镁无机玻璃钢产品应用领域的扩大，人工手糊工艺已经不能满足市场需求，取而代之的是现代化的机械化生产，如浙江天仁风管有限公司、泉州永祥玻璃钢公司全部实现机制风管生产线机械化，国内以氯氧镁无机玻璃钢风管、防火板兴旺一时的生产基地如河北、山东也逐渐由手工向机械化转型。其他以氯氧镁无机玻璃钢板制品为基地的代表性地区如浙江永康、广东东莞等两地上千家企业基本实现机械化生产，部分企业已经向智能化方向发展。另外，随着氯氧镁无机玻璃钢产品新技术、新工艺的应用，经常出现的质量缺陷如返卤、开裂、变形、软化系数低等逐渐得到控制或者解决，可以说我们国家氯氧镁无机玻璃钢产品由粗放型正在快速的向技术型高质量高科技迈进。其不燃性、可塑性、工艺简单、环保低成本、原料资源丰富等诸多优异特点，使得大量的氯氧镁无机玻璃钢制品走向国外。

我国菱镁矿资源丰富，居世界第一，主要产地辽宁（大石桥市被称为中国镁都）、山东。我国的氯化镁储量也是相当丰富，主要产地青海盐湖及沿海各个制盐厂的副产品。因此我国发展氯氧镁无机玻璃钢复合材料产品具有得天独厚的优势，以菱镁复合材料生产的大型仿彩钢瓦具有节能环保、强度高、韧性好、隔热保温、不燃防火、耐酸碱防大气腐蚀、施工简单、使用寿命长等优点，是有机树脂瓦、镀锌铁皮瓦、彩钢瓦、石棉瓦及普通硅酸盐水泥瓦最佳的替代产品，使用寿命20年以上。如果氯氧镁无机玻璃钢仿彩钢瓦得到大范围推广应用，那么最近防腐界比较火的彩钢瓦翻新工艺将会一去不复返。因此，无论是氯氧镁无机玻璃钢风管还是氯氧镁无机玻璃钢防火板、其它产品或者是氯氧镁无机玻璃钢仿彩钢瓦菱镁产品都是非常有前景的产业并且拥有广阔的市场空间。

笔者认为，我国的菱镁无机玻璃钢产品原材料资源丰富，应用市场规模大，为氯氧镁无机玻璃钢步入规范化、品质化和个性化打下了良好的基础，传统的无机玻璃钢将会再次出现新的发展热潮，也为我们当下防腐界产品供大于求的内卷市场带来一些信心和力量，笔者建议防腐人应该多关注一些无机产品，特别是对无机玻璃钢的了解和认识。

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