[分享] 每日更新20240428【战疫纪念~2022春天～上海疫情封控】《乙烯基酯树脂及其树脂重防腐应用》更新到第五版

6.8.1.2 实验药品和仪器

试验仪器：①容器。带盖的广口玻璃容器，供常温试验用；配有回流冷凝器的广口玻璃容器，供加热试验用；容器的大小和体积应足以将纤维增强塑料试样完全浸没在试验选用的化学介质中；容器对化学介质应是惰性的，如化学介质对玻璃容器有腐蚀，则在容器内壁采取防护措施或改用其他耐腐蚀容器；②恒温槽。温度控制精度±2℃。

弯曲性能测试仪器：符合GB/T 1446的规定。

巴柯尔硬度计：符合GB/T 3854的规定。

分析天平：精度0.0001g。

厚度测试：精度0.01mm的游标卡尺或千分尺。

6.8.1.3 浸泡期间及实验前确认

浸泡期间的测试：①试验介质。按要求采用或配制；②试验温度。按要求设置；③试验期龄。常温：1d，15d，30d，90d，180d，360d。加温：1d，3d，7d，14d，21d，28d，90d，180d，360d。

测定浸泡前试样的特性：①外观；②几何中心厚度，精确到0. 01mm；③质量，精确到0.0001g；④巴柯尔硬度，按GB/T 3854执行；⑤弯曲强度和模量，按GB/T 1449执行。

6.8.1.4 实验步骤

（1）按要求制样和调试。

（2）记录试验化学介质的外观。

（3）将试样浸没在化学介质中，样板必须垂直于水平面，互相平行，间距至少为6.5mm，样板边缘与容器或液面的间隔至少为13mm。

（4）对常温浸泡试验，当试样浸入试验化学介质时，作为试验开始时间；对加温试验，试样全部浸入试验化学介质后，立即加温，当化学介质温度达到试验温度时，作为试验开始时间。

（5）按期龄取样。

（6）并按下列步骤操作：①观察试验化学介质是否有颜色变化，有无沉淀物生成；②观察试样表面是否有裂纹、失光、腐蚀、气泡、软化等缺陷；③将试样用自来水冲洗干净后，再用滤纸吸干表面水分，在常温、常湿（相对湿度45%～75%）下存放30min，接着测定试样的几何中心厚度、质量、巴柯尔硬度，巴柯尔硬度测试部位应距试样边缘25mm以上，以保证不影响弯曲强度测定；④按GB/T 1446及GB/T 1449的规定，在130mm×130mm试样中部，加工弯曲强度试样5根，封装在塑料袋中，并在封袋后48h内测试，每次取样到测定的时间应保持一致；⑤经常更换新鲜的化学介质，以保持化学介质的浓度和组成，至少在每一期龄末必须更换化学介质，对易挥发或不稳定的试验介质需要增加更换次数；⑥试验中若发现试样分层、起泡等严重破坏现象，则该试验终止，并记录终止时间。

6.8.1.5 试验结果

实验结果计算如下。

（1）巴柯尔硬度的变化。将巴柯尔硬度绝对值对期龄制成表或曲线图。定义某个期龄巴柯尔硬度绝对值与浸泡前巴柯尔硬度值的比值（以百分数表示）为试样巴柯尔硬度保留率。将巴柯尔硬度保留率对期龄制成表或曲线图。

（2）质量和厚度的变化。计算每一期龄后试样的质量分数和厚度保留率，精确到0.01%，以图或表格表示质量分数和厚度保留率随期龄的变化。

（3）弯曲强度和模量的保留率。计算每一期龄后试样的弯曲强度和模量的保留率（精确到1%），以浸泡前试样的弯曲强度和模量为100%。弯曲强度保留率=（S2/S1）×100%，式中S1为浸泡前试样的平均弯曲强度（单位MPa），S2为试验期龄后试样的平均弯曲强度（单位MPa）。弯曲模量保留率=（E2/E1）×100%，式中E1为浸泡前试样的平均弯曲模量（单位GPa），E2为试验期龄后试样的平均弯曲模量（单位GPa）。将弯曲强度和模量保留率对期龄制成表或曲线图。

试验结果描述如下。

①试样来源、名称及原材料的品种、规格。

②试样的制备方法，固化条件，封边情况及制备人。

③试验前化学介质外观、试样外观、质量、厚度、巴柯尔硬度、弯曲强度和模量。

④试验条件：化学介质名称、规格、浓度及试验温度。

⑤试验的起讫日期和期龄。记录各期龄的试验结果：化学介质外观（颜色、沉淀物等），试样外观变化（表面裂纹、光泽、蚀刻、起泡、点蚀、软化等现象）、质量、厚度、巴柯尔硬度、弯曲强度和模量。

⑥试样的巴柯尔硬度对期龄的表或曲线图。

⑦试样的质量和厚度对期龄的表或曲线图。

⑧试样的弯曲强度和模量保留率对期龄的表或曲线图。

6.8.1.6 半对数外延数据处理方法

迄今为止在国内现有标准和规范中，对于纤维增强塑料耐化学性能只有试验方法标准，即《玻璃纤维增强热固性塑料耐化学介质性能试验方法》GB/T 3857，国内在《GB 51160-2016 纤维增强塑料设备与管道工程技术规范》出来之前尚未有耐腐蚀性能的判定标准。笔者是《GB 51160-2016 纤维增强塑料设备与管道工程技术规范》耐腐蚀判定和综合评价章节主要执笔人，该标准的规范附录A “纤维增强塑料设备耐腐蚀内衬层分项设计系数K2的确定”主要引用了EN 13121-2:2003“GRP tanks and vessels for use above ground —Part 2: Composite materials – Chemical resistance” 中的内容，目的是通过建立耐腐蚀性能的判定标准，从而来确定分项系数K2值。其中该标准的附录A.4中“实验室或现场挂片验证与分项系数K2的确定”中，就需要对弯曲强度和弯曲模量的保留率应与时间的对数相对应，采用半对数线性外推法求出50%保留率点。详细计算举例可参见本文6.8.1.7的“实验室试验验证分项设计系数K2值举例”详细叙述。

6.8.1.7 静态耐蚀性综合评价方法

《ASTM C581-15 Standard Practice for Determining Chemical Resistance of Thermosetting Resins Used in Glass-Fiber-Reinforced Structures Intended for Liquid Service》、《EN ISO 175-2010 Plastics-Methods of test for the determination of the effects of immersion in liquid chemicals (ISO 175:2010)》、《JIS K 7070 Testing method for chemical resistance of fiber reinforced plastics》、《EN 13121-2:2003 GRP tanks and vessels for use above ground — Part 2: Composite materials — Chemical resistance》、《GB/T 3857-2017 玻璃纤维增强热固性塑料耐化学介质性能试验方法》、《GB 51160-2016 纤维增强塑料设备与管道工程技术规范》中都只是对静态浸泡的实验方法作了规定，仅仅是描述如何制造合适的积层板以及如何评定结果的程序，并没有最终评定的定量数据阐明资料；对强度保留率达到多少才算是耐蚀合格，或者其他定量的判断数据，三个标准中都未作出明确的说明。在标准中非强制条款中推荐使用6～12个月期龄的测试结果作为评判标准。

腐蚀评定标准是个复杂的问题，各国均没有统一的看法，而且差异也很大，有时从评定标准来看是不耐蚀的，而实际上却安全使用数年，应该说，从评定标准来看，是属偏严的，“耐不耐”并不等于表示“用不用”，“耐”的一般“可用”，“不耐”并不表示在实际上“不能用”，而与实际情况有关（如设备的要求使用期限、设备的重要程度），用静态试验得出的评定标准仅是参考，但往往会造成一种误解，因此，有的单位采用质量指数法综合评价，也有的单位以动态腐蚀变化曲线来判定其长期使用可靠性。腐蚀评定标准与腐蚀试验方法也有关，不同的试验方法，评定的范围有区别，而不是千篇一律的。因此，提出腐蚀评定标准必须慎重，要按照纤维增强塑料（FRP）在长期实际应用中的情况并参照有关标准提出确实可行的判断标准。

随着GB 51160-2016《纤维增强塑料设备与管道工程技术规范》的实施，国内终于有了一份与欧美水平相持平的耐腐蚀判断的标准。从安全系数角度来综合考虑是这份标准在判定耐腐蚀时的唯一方法。

6.8.1.7.1 设计安全系数

1）设备设计安全系数与许用应变

设备力学性能的设计安全系数应按下列公式计算：  

            

图片:?G1.jpg

   （式6.8.1.7.1-1）

图片:?G3.jpg

（式6.8.1.7.1-2）

式中：K——设计安全系数，不得小于6；

      F——屈曲安全系数，不得小于4；

      K1——材料性能的试验和验证分项设计系数；

      K2——化学环境的分项设计系数；

      K3——设计温度和树脂热变形温度（HDT）影响的分项设计系数；

      K4——层合板长期性能的分项设计系数。

2）材料性能的试验和验证分项系数K1的取值，应符合下列规定：

①当设计所用力学性能值采用铺层计算法确定、单层板性能采用本规范表5.3.1中的性能值时（详见《纤维增强塑料设备与管道工程技术规范》GB 51160-2016的“5.3 单层板和层合板的性能”节），应对单层板性能（5个数据一组）进行验证：当验证和测试数据的时间超过12个月时，K1应取2.0；当验证和测试数据的时间在12个月内时，K1应取1.5；

②当设计所用力学性能值采用铺层计算法确定、单层板性能采用铺层实测法（至少15个数据一组）确定时：测试数据的时间超过12个月，K1应取 1.5；测试数据的时间在12个月内，K1应取1.3；

③设计所用力学性能值采用铺层实测法（至少15个数据一组）确定时，K1应取1.2。

3）化学环境的分项设计系数K2的取值，请参见后文“（2）纤维增强塑料设备耐腐蚀内衬层分项设计系数K2的确定方法”的详述。

4）设计温度和树脂热变形温度（HDT）影响的分项设计系数K3取值范围应为1.0～1.4，并应按下列公式计算：

    

图片:112121.jpg

                 （式6.8.1.7.1-3）

式中：Td——设计温度；

  HDT——树脂的热变形温度。

5）层合板长期性能的分项设计系数K4应按表6.8.1.7.1取值，并应符合下列规定：当同时采用短切原丝毡、纤维布、纤维缠绕纱制造层合板时，K4值应按主要纤维成分取值；屈曲安全系数F的计算，应采用K4的弯曲值；设计安全系数K的计算，当载荷中同时有拉伸和弯曲时，K4应取拉伸值。

6.8.1.7.2 纤维增强塑料设备耐腐蚀内衬层分项设计系数K2的确定方法

纤维增强塑料设备耐腐蚀内衬层的分项设计系数K2应按下列方法确定：①制造商提供的树脂耐腐蚀数据；②应用经验；③实验室试验或现场挂片验证。当采用不同方法得到分项设计系数K2值时，设计中应选用最低值。

6.8.1.7.2.1 树脂耐腐蚀数据的确定方法

①树脂耐化学腐蚀数据内容应符合下列规定：a)腐蚀介质的相态应包括液态、气态、固态以及混合相态；b)腐蚀介质的作用量应包括质量百分比浓度或pH值；c)在腐蚀介质条件下推荐的材料数据应包括树脂的最高使用温度Tmax和热变形温度（HDT）、与树脂配套的增强纤维及固化体系；d)推荐使用树脂的固化条件，应包括固化时间和温度、后固化时间和温度。

②分项设计系数K2应按表6.8.1.7.2.1的规定选用，并应符合下列规定：a)推荐使用的树脂热变形温度（HDT）应高于设计温度（Td）20°C；b)树脂的后固化应在树脂热变形温度或树脂制造商推荐的温度下至少保持4h；c)采用最高使用温度Tmax的条件，应符合前文设计安全系数的规定。

6.8.1.7.2.2 应用经验的确定方法

在应用经验下的分项设计系数K2确定，应符合：①在相同或相似的应用工况下，具有3年以上使用记录，可采用原设计的分项设计系数K2；②在相同或相似的应用工况下，具有3年以上使用记录，且设备内衬表面已通过按“6.8.1.7.2.3实验室试验或现场挂片验证的确定方法”中方法的检测评估，分项设计系数K2的取值应符合下列规定：可降低原设计的K2取值，但降低幅度不得大于0.1；K2的取值不得小于1.1；③在相同或相似的应用工况下，有大于6个月但少于3年的使用记录，且设备内衬表面已通过按“6.8.1.7.2.3实验室试验或现场挂片验证的确定方法”中方法的检测评估，可采用原设计的K2值。

当分项设计系数K2确定后，应采用与原设计相同树脂、纤维组成的内衬层结构、固化体系、固化及后固化条件。当分项设计因子K2无法获得时，可按原设计准则计算。

6.8.1.7.2.3 实验室试验或现场挂片验证的确定方法

试验和验证的样板应采用耐腐蚀内衬层结构，耐腐蚀内衬层的组成、树脂含量应符合GB 51160-2016的第5.1.7条的规定，其样板制作和试验方法应符合现行国家标准《纤维增强塑料 试验板制备方法 第2部分：接触和喷射模塑》GB/T 27797.2和《玻璃纤维增强热固性塑料耐化学介质性能试验方法》GB/T 3857的有关规定。

试验和验证的实验室试验应符合下列规定：①试验温度应为设计温度，温度波动不得大于2°C；②试验期龄可协商确定，且浸泡时间不应少于16周；③试验的液体介质应定期更换；④试验样板应采用下列两种浸泡方法：一个试验样板的单面应浸泡在液体介质中，另一个试验样板的单面应暴露在液体介质的气相中；试验样板应全部浸泡在液体介质中。

现场挂片验证应符合：①在运行工况条件下，现场挂片可单面或双面浸泡在设备或管道中；也可采用短管件以毗邻管道的形式浸泡或暴露在运行环境中，但管件尺寸应满足制样和检测的要求；②试验期龄不得少于3个月。

试验和验证样板的耐腐蚀性能评估项目和指标应按表6.8.1.7.2.3-1的规定选用，并应符合下列规定：

（1）外观指标的性能评级应符合下列规定：

①颜色应从没有变化的半透明初始颜色（0级）开始，到在介质中浸泡后颜色逐步变化，直到完全变色和变暗（5级）进行性能评级；

②光泽保持应从浸没后保持原始的光泽无损失（0级）开始，到亚光表面（5级）进行性能评级；

③不透明度应从浸没后无变化（0级）开始，到完全不透明且纤维发白（5级）进行性能评级；

④发粘应从浸没后察觉不到发粘（0级）开始，到表面发粘且接触时带有可去除的可粘物（5级）进行性能评级。当达到5级，应单独按此评级否定该材料的使用；

⑤纤维裸露应从不裸露（0级）开始性能评级，纤维裸露的等级以纤维溶胀露出、到和纤维重叠部位有小气泡时，应划分为1到5级；

⑥面层树脂缺失应从没有缺失（0级）开始，到面层树脂缺失（5级）进行性能评级。当树脂和纤维都有缺失，应单独按此评估否定该材料的使用；

⑦气泡形成，应对表面的气泡大小和分布进行评估，应按与原始相同（0级）开始，到一些直径为1mm～2mm的气泡（1级）逐步到直径大于5mm的中量气泡（5级）进行性能评级。当发生大量直径大于5mm气泡或偶有直径大于20mm的气泡时，应单独按此评估否定该材料的使用；

⑧龟裂应从无龟裂（0级）开始，到不超过50%的表面已龟裂（5级）进行性能评级。当超过50%的材料表面有龟裂，应单独按此评估否定该材料的使用；

⑨裂缝生成应从无裂缝（0级）开始，到多裂缝（5级）进行性能评级。当多裂缝导致深的裂缝和材料“完全开裂”时，应单独按此评估否定该材料的使用；

⑩分层应从无分层(0级)开始，到分层至长度为25mm（5级）进行性能评级。

（2）尺寸稳定性指标的性能评级应符合下列规定：

①溶胀应从厚度没有变化（0级）开始，到20%的厚度增加（5级）进行性能评级；

②重量变化应从无重量的变化（0级）开始，到5%重量变化（5级）进行性能评级；

③巴氏硬度变化应从没有变化（0级）开始，到巴氏硬度降低50%（5级）进行性能评级

（3）机械性能的评估应采用弯曲强度和弯曲模量的半对数图，并应符合下列规定：

①弯曲强度和弯曲模量的保留率应与时间的对数相对应（半对数外延方法），并应采用渐进逼近小于50%保留率或采用线性外推法到50%保留率点的方法确定；

②试验应从保留率没有变化（0级）开始，到10年后保留率到50%（10级）进行性能评级；

③当弯曲强度或弯曲模量在50%保留率点的相对应时间少于10年时，应单独按此评估否定该材料的使用。

（4）耐腐蚀性能评估应符合下列规定：

①应采用相同的浸泡试验方法和耐腐蚀性能评估量表；

②不得缺少机械性能的评估指标；        

③在评估指标范围内，把各项指标的性能评级分数乘以所对应指标的加权因子后再相加，应得到最后的耐腐蚀性能评定总分；

④在选定的评估指标范围内，应把各项指标性能评级的最大（最坏）分数乘以所对应指标的加权因子后再相加，应得到最大总分；

⑤当最后的评定总分小于最大总分的50%时，材料应被采用。

（5）分项设计系数K2应按表6.8.1.7.2.3-2的规定取值。