2.2 鳞片胶泥衬里“迷宫效应”抗介质渗透性 抗介质渗透性能,树脂重防腐相较于涂料涂装防腐要强得多,随着树脂重防腐层的厚度增加,抗渗透性能也在增加,但鳞片胶泥内衬随着厚度增加抗渗透性能的增加远大于玻璃钢内衬随厚度增加而增加的抗渗透性能的增加幅度。 鳞片防腐材料之所以具有比玻璃钢高得多的抗介质渗透能力: (1)因为在鳞片防腐层中,扁平状鳞片在树脂中平行叠压排列(图2.2-1),介质渗透为绕鳞片曲折狭缝扩散过程,这不仅对腐蚀介质渗透构成一道道屏障,使介质在基料中的渗透必须经过类似“迷宫”般的曲曲折折的途径,也当于客观上增加了防腐层厚度(图2.2-2); (2)因为鳞片使渗透介质在不同鳞片层内渗透动力逐渐衰减,介质向纵深渗透趋缓。鳞片的“迷宫”效应(图2.2-2)有效得分割了基料中存在的微气泡,微裂纹、分子级空穴等固有缺陷,形成树脂基料固有缺陷的不连续分布,从而有效地抑制了介质的渗透; (3)因为鳞片是不连续片状实体,且在固化树脂中近似平行排列,使得鳞片与树脂界面间缺陷又为树脂分割。因此尽管在鳞片衬里内也存在许多缺陷,但相比玻璃钢,独特的衬层结构却使其对缺陷的抑制作用确较玻璃钢等衬里好许多。 (4)鳞片防腐层中渗入介质的分布是平台状的,导致这一渗透介质分布状态的原因是介质渗透是在“迷宫”式的狭缝中进行,且主要渗透方向垂直于防腐层的厚度方向,故对整个防腐层而言,在厚度方向上,介质渗透因受鳞片阻碍,介质在鳞片间狭缝中的积累速度大于在衬层断面方向的扩散速度,导致各鳞片间的介质含量不断趋于饱和。又由于介质渗透是在曲折的狭缝中进行,故渗透介质在不同鳞片层内渗透动力是逐渐衰减的,这也使得介质向纵深渗透趋缓,导致了腐蚀介质在鳞片衬里基体内渗透介质分布不同于其他有机材料衬里,即鳞片衬里是平台状,而不是通常的菲克S型或二阶型分布。 [attachment=39036] 图2.2-1 扫描电镜下的鳞片衬里结构 [attachment=39037]
图2.2-2 鳞片胶泥衬里渗透效果示意图 鳞片衬里的抗腐蚀介质渗透性可以通过玻璃钢与鳞片衬里试样的温度梯度渗透和加压渗氨对比试验得到明确的结论。温度梯度渗透试验是动态条件下研究有机非金属材料渗透性的有效方法之一,其装置如图2.2-3所示。 [attachment=39038] 图2.2-3 温度梯度试验装置 1-鳞片试片;2-回流管;3-温度计;4-加热圈;5-玻璃钢试片;6-连接杆;7-密封圈;8-法兰;9-继电器;10-调压器 [attachment=39039] 图2.2-4 温度梯度试验结果 1-鳞片试片;2-玻璃钢试片; 试验温度:高温80℃,低温21~23℃ 在试验中分别选用了0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm四种规格的玻璃钢和鳞片衬里试样。试验温度低温侧各粘一片0.02mm厚的铝箔。当高温侧水蒸气在差热动力作用下透过试样后,就会在铝箔与试片的界面间形成凝结,破坏粘贴面并导致铝箔鼓起,形成“鼓泡”。因此,可以从铝箔的“鼓泡”时间来判定介质透过试样的渗透时间。 图2.2-4所示为温度梯度渗透试验的试验结果。由图2.2-4中曲线不难得出两种材料试样的抗介质渗透的性能差别:玻璃钢厚度的增加虽然能增加介质的渗透时间,但其增量与厚度的关系近似成正比,曲线平滑近似成直线,且斜率较小,表明厚度增加对衬里的抗渗性影响较小。而鳞片衬里的渗透时间曲线则为突变型,其厚度的増加使渗透时间大大提高。从曲线对比分析看,0.5mm的鳞片试样其介质渗透时间已略高于2.0mm的玻璃钢试样。鳞片衬里厚度超过1.5mm时,即可达非常理想的抗渗效果。 温度梯度渗透试验实质上反映了衬里材料抗介质渗透和温差热应力破坏的综合能力。在温度梯度渗透试验中,试样受到两方面的热应力制约:一是不同组分材料间热性能差异形成的界面制约,当试样受到环境温度作用时,材料内的不同组分受热作用产生不同的热胀效应,由于各组分间的相互制约导致热胀受阻,在衬里材料层本体内产生热应力;二是试样(毫米级厚度)内两侧温度(低温侧为20℃,高温侧为80℃)因存在温度梯度致使试样截面各单元层间热效应表现不同,形成层间热胀能力不同,从而导致较大的层间温差热应力产生。热应力与渗入介质的相互激发作用导致试样高温介质侧产生较多的表面微裂纹。因鳞片衬里具有很好的抗介质渗透性及对应力的抑制作用较强,故试验结果远优于玻璃钢。 加压渗氨试验也属于动态研究试验之一。介质在规定压强的作用下,渗透能力提高,可较迅速地透过衬里材料,导致基体的腐蚀破坏。为了便于观察判定氨水渗透的时间,在试样的非加压侧贴了一张氨水显示试纸,当氨水在压力作用下透过试样达到试纸时,试纸变色。试验装置如图2.2-5所示。 在加压渗氨试验中,试样除受到介质的渗透作用外,还受到外加应力(即类似于负载应力)的作用,外加应力不仅促进了介质的渗透速度,同时也促进了衬里材料表观微缺陷的发展,从而进一步加速介质的渗透。图2.2-6所示为加压渗氨试验结果,与温度梯度渗透试验结果相同。为了进一步了解介质渗入衬里层内的分布状态,还做了扫描电镜的元素线和面扫描分析。将经过硫酸或盐酸浸泡的鳞片及玻璃钢试片沿介质渗透方向剖开,在其渗透面上使用扫描电镜的硫元素或氯元素线、面扫描分析,结果如图2.2-7~图2.2-10所示。 由扫描电镜照片对比,可得到以下结论。 ①介质渗透途经。从面扫描照片可以看出:介质渗透途经为包裹鳞片(图2.2-7左侧三层鳞片)的树脂层形成的曲折狭缝(图2.2-8左侧白色亮斑集积区),其扩散过程是介质在鳞片间狭缝中逐层积累的渗入过程,照片中显示的硫元素白色亮斑在衬层断面中有一明显的分界面,渗入区密集堆积,而在非渗入区则几乎看不到。 [attachment=39040] 图2.2-5 加压渗氨试验装置 1-鳞片试片;2-玻璃钢试样;3-观测孔;4-压力分布器;5-止逆阀;6-压力表;7-稳压罐;8-加压装置 [attachment=39041]
图2.2-6 加压渗氨试验结果 1-鳞片衬里试片;2-玻璃钢试片 [attachment=39042] 图2.2-7 试验后试样的S元素面扫描 [attachment=39043]
图2.2-8 与图2.2-7对应的S元素面扫描 [attachment=39044] 图2.2-9 鳞片衬里S元素线扫描 [attachment=39045]
图2.2-10 玻璃钢S元素线扫描 ②介质渗透分布。从线扫描(图2.2-9和图2.2-10)分析可看出:渗入介质的分布为平台状,不服从传统有机衬里的菲克扩散渗透分布规律。这说明衬层内渗入介质浓度不是沿断面逐渐减小的,而是或饱和或几乎无介质渗透。 ③介质渗透深度。玻璃钢试样在相同条件下线、面扫描分析的结果为全渗透,而鳞片层仅150μm左右,并基本被抑制在头几层的鳞片层内,表明鳞片衬里的抗介质渗透性远优于玻璃钢衬里。 以上 欧阳13918593706 2022年10月21日 AM8:00 于上海 office
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