玻璃鋼容器性能失效分析

　　玻璃鋼是樹脂/纖維復合材料，能耐酸、稀堿、鹽、大部分有機物、海水以及潮濕等腐蝕，對于微生物作用也有抵抗能力，因此玻璃鋼已經(jīng)在石油、化工、醫(yī)藥、染料、輕工業(yè)中得到越來越廣泛的應用。但玻璃鋼制品也有缺點，當使用一段時間之后也會出現(xiàn)滲漏、開裂等現(xiàn)象。出現(xiàn)這種情況后則標志著其使用期限已到，當然這個期限一般比金屬材料制品要長的多。

　　現(xiàn)分析一下玻璃鋼容器腐蝕失效原理。

　　6.2.1 物理腐蝕

　　6.2.1.1 滲透和擴散

　　滲透是介質(zhì)在高分子材料中的增加過程，而擴散是介質(zhì)在材料中滲透范圍進一步擴大的過程。玻璃鋼容器在制造過程中，樹脂之間，樹脂與纖維之間不可避免的要形成微孔、小縫隙，而介質(zhì)就在這些縫隙中滲透、擴散，另外樹脂大分子間雖然依靠范德華力連在一起，但當介質(zhì)分子有足夠的熱能，則可克服掉這個能量壁壘，使樹脂大分子鏈斷開，造成介質(zhì)在樹脂分子間的滲透與擴散。玻璃鋼材料的空隙率、環(huán)境的溫度、介質(zhì)的組成濃度、分子體積等是影響這兩種滲透和擴散過程的主要因素。

　　6.2.1.2 溶解和溶脹

　　樹脂的分子間相互作用較弱，且在成型過程中層間結(jié)構(gòu)較疏松，這就會使溶劑分子滲入這些縫隙內(nèi)部，而發(fā)生溶劑化作用，但由于樹脂的單個分子很大，分子鏈間又相互纏繞，因此被溶劑化的大分子仍不能擴散到溶液中去，只能引起材料在宏觀體積上的增大或重量的增加，造成了溶漲。玻璃鋼的溶脹與樹脂交聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度越大則溶脹現(xiàn)象越小，反之則大。

　　6.2.2 化學腐蝕

　　樹脂結(jié)構(gòu)中含有一些活性的官能團，它們在特定的介質(zhì)中能夠發(fā)生化學反應，從而導致了樹脂結(jié)構(gòu)的改變，造成材料的老化或腐蝕。最常見的化學腐蝕反應如酸、堿等介質(zhì)中的水解反應，空氣中由于氧、臭氧作用而產(chǎn)生氧化反應，還有側(cè)基的取代反應和交聯(lián)反應等都會使玻璃鋼容器內(nèi)壁或外表發(fā)生腐蝕。樹脂在介質(zhì)中的耐水解反應能力主要與其水解基團在相應的酸、堿介質(zhì)中的水解活化能有關(guān)，表6-2-1列出一些基團的水解活化能。

　　表6-2-1 一些基團的水解耐腐蝕反應活化能

　　基團類型

　　酰胺鏈

　　酯鏈

　　酰亞胺鏈

　　酯鏈

　　硅氧鏈

　　(kJ/mol)

　　酸性介質(zhì)

　　-83.6

　　-75.2

　　-83.5

　　-100.3

　　50.2

　　堿性介質(zhì)

　　66.9

　　58.5

　　66.9

　　-

　　-

　　實踐證明樹脂的活化能越高其耐水解性越好。

　　玻璃鋼耐溶劑介質(zhì)能力關(guān)鍵也與樹脂的化學結(jié)構(gòu)有關(guān)，樹脂中一些官能團在不同介質(zhì)中腐蝕性能見表6-2-2。

　　表6-2-2 官能團的耐腐蝕性能

　　介 質(zhì)

　　有利的基團

　　不利的基團

　　耐酸性

　　耐堿性

　　耐水性

　　耐氧化性

　　耐油性

　　6.2.3 應力腐蝕

　　日常生活經(jīng)驗告訴我們，有裂縫的材料極易開裂，而且，裂縫端的銳度對裂縫的擴展有很大影響。裂紋尖端處裂縫最大張應力σm可表示為

　　σo——均勻張應力

　　a——裂縫長度之半

　　ρ——裂縫尖端的曲率半徑

　　以上公式表明應力集中隨平均應力的增大和裂縫尖端半徑減小而增大。這樣，當應力集中到一定程度時，就會達到和超過分子、原子的最大內(nèi)聚力而使材料破壞。

　　實踐證明，現(xiàn)今的玻璃鋼容器纏繞工藝尚不能保證材料表面和結(jié)構(gòu)中不存在缺陷(如：表面劃痕、內(nèi)部夾雜、微孔、裂縫、晶界、相界等)，產(chǎn)品在運輸安裝過程中不可避免的要被磕碰產(chǎn)生銀紋或裂紋，玻璃鋼這些缺陷會使應力局部集中于其尖端而大大超過其受到的平均應力，當它達到或超過某一臨界條件時，裂縫最終失去穩(wěn)定性而發(fā)生擴展，最終在低應力下引起材料斷裂。造成玻璃鋼容器的滲漏，從而性能失效。

　　鑒于以上玻璃鋼容器性能種種失效原理，因此我們無論從材料的選擇，結(jié)構(gòu)的設(shè)計，制造、運輸與安裝都要嚴格加以控制，才能使這種材料能更好的發(fā)揮其防腐性能。