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防腐老兵谈橡胶衬里
中国腐蚀与防护学会会员 张作华
腐蚀是无处不在，无处不见的，预防腐蚀的发生或者控制腐蚀的蔓延是我们防腐蚀技术人员最艰巨而又光荣的工作。在与腐蚀长期对抗的实践中，我们防腐蚀技术工作者总结并且形成了成熟的腐蚀控制方法，如涂层物理隔离（大部分的防腐蚀涂料）、电化学保护（阴极保护阳极保护）、衬里防护（玻璃钢衬里，塑料衬里，耐蚀砖板衬里，耐蚀金属衬里，橡胶衬里）等。其中橡胶衬里应用已有百年历史，随着橡胶品种的增多，加工技术的进步，装备设备及检测手段的完善，目前已形成了配套胶料生产和施工技术非常先进的耐蚀橡胶衬里行业，这种传统的衬里防护在化工、冶金、电力、矿山、轻工和制药等行业中仍然被广泛采用。
橡胶是一种弹性高分子材料，可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。橡胶具有优良的可塑性、可粘结性、可配合性和可硫化性，高弹耐磨、防空蚀、适应交替变形和温度变化，特别适合复杂形状设备，大型设备现场施工，致密性高可在复合衬里工艺中作为防渗层使用，容易维修造价较低。橡胶的品种很多，衬里常用的橡胶品种有天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、丁基橡胶（IIR）、丁晴橡胶橡胶（NBR）等。
天然橡胶（NR）化学稳定性较好，可耐一般非氧化性强酸，有机酸，碱溶液和盐溶液，在强氧化性酸和芳香族化合物中不稳定。
丁苯橡胶（SBR）软胶耐酸性能与天然橡胶相似，但不耐盐酸腐蚀，因为不能在表面形成氯化物的保护膜，在氧化性酸中也不稳定；硬质胶可耐36%温度为80℃的盐酸长期使用而不腐蚀，在65℃以下可耐湿氯气腐蚀，在醋酸介质中稳定。
氯丁橡胶（CR）耐寒-40℃，使用温度70℃，短期用于90℃，耐酸耐碱耐油和非极性溶剂仅次于丁晴橡胶，耐磨性能优于天然橡胶粘结力高，具有自动硫化的特点比天然橡胶硫化过程简便。丁基橡胶（IIR）耐酸碱性能，耐热老化性能，耐氧化性能，气密性和粘结性良好。耐有机溶剂性能比丁晴橡胶好。
丁晴橡胶橡胶（NBR）具有良好的耐油性能，在轻质油和重质石油产品中，当芳香烃类化合物小于30%时耐腐蚀性良好，是丁苯橡胶和氯丁橡胶所不能比及的，耐腐蚀性能与丁苯橡胶相似，耐油和耐溶剂超过丁苯橡胶，丁晴橡胶具有较高的耐热性能，可以在130-150℃以下使用，但是高温环境下耐腐蚀性能有所下降，实际适宜温度很少超过100℃。
橡胶衬里施工按照硫化形式不同分为自然硫化、加热硫化、预硫化等，一般工艺为金属表面处理---胶板剪裁--涂刷胶浆---铺贴辊压--硫化成型--修补。
碳钢设备或者管道表面必须除去焊瘤，毛刺，再进行干喷砂或者抛丸处理，符合GB8923所规定的Sa2.5级以上标准，喷砂后在4小时内涂刷第一道胶浆，一些沙眼孔隙及转角处使用刷过胶浆并干燥的胶条填塞，然后烙成圆滑过渡，保证衬里表面光滑平整。冬季和干燥地区在露天存放的时间不应超过24小时，当气温较低时应将设备或者管道运进室内保持一段时间，待设备或者管道壁的温度达到室温时再刷胶浆，以防金属表面吸附水分影响金属与胶板的粘结强度。
胶板裁剪要按照设备或者管道几何尺寸进行计算，准确无误，和钣金工下料相似，留出足够的搭接宽度，尽量减少衬里的接缝，充分利用胶板并且尽量减小贴衬应力。下料工作台建议使用不锈钢板台面，干净无灰无油，开卷的胶板必须经过针孔检测，合格的胶板才能使用，形状复杂的工件需要制作样板按照实样下料。下料三角刀要锋利，坡口宽度不应小于胶板厚度的3-3.5倍，削边应该平直，宽窄一致，上下坡口应该严密合缝，切削坡口时刀口可以沾水以利操作，但是下料后必须干燥，下好的胶板应该保持清洁，干燥，摆放整齐备用。
金属壁板与橡胶板一般需要涂刷2-3次胶浆，根据实践金属表面涂刷3遍，胶板涂刷2遍，衬里经过硫化后其粘结强度可以达到7.4Mpa。涂刷时应该将胶浆搅拌均匀，严禁堆积，流淌，起泡，避免杂质污染物落在胶膜上面，如果出现上述问题应该刺破起泡除去杂质，然后在缺陷处再涂刷一次胶浆，通常每遍胶浆厚度在0.08-0.1㎜，总厚度在0.2-0.3㎜之间。每一道涂刷间隔时间以不粘手为宜，最后一遍干燥时间不得超过12小时。
铺贴胶板作业是在第二遍胶黏剂干至微粘手（晾胶时间大约15-20min）时进行。晾胶完毕后的胶板面，用聚乙烯薄膜或者丝绸布作衬布，把胶板卷起来（管道类的需要将搭边预先粘结）按照线的位置将胶板平铺在基层上面，随铺随将薄膜或者丝绸布抽出，此时注意坡口处的接缝。胶板接缝应吻合或者过搭接宽度1-2㎜，如果两侧胶板衬里时，上下层胶板应该错缝，错缝宽度不小于50㎜。贴衬的胶板就位后，开始辊压粘合，管道可以采取气胀法后再进行辊压，辊压前应该划分区域，防止漏压。辊压操作从胶板中间依次向四边辊压，第一遍轻些，第二遍用力，辊子移动速度均匀，辊印互相重叠，辊完后做好记录。传统的搭接缝处理还需要加贴盖缝条，现在的胶黏剂粘结强度很高，不需要增加盖缝条。
橡胶衬里硫化也是衬里体系最重要的组成部分，硫化是橡胶分子与硫化助剂发生无论化学反应的过程，可以使得胶料从塑性变成高弹性或者钢弹性的有机高聚物，其化学及物理性能得到充分的改善，赋予橡胶很高的年腐蚀性，抗溶胀性和化学稳定性。天然橡胶衬里均采用热硫化，包括加压蒸汽硫化，常压蒸汽硫化和热水硫化法，可以根据设备的结构特点和外形尺寸，选择适宜的硫化方式，在此不在赘述。合成橡胶衬里大部分采用自然硫化或者预硫化，胶浆和胶板需要在一定的低温条件下贮存，以防止凝胶失效。
自然硫化和预硫化因为现场操作简单方便，不需要复杂以及加温设备，被大量使用。预硫化橡胶衬里技术的实质就是使用自然硫化的胶黏剂，把已经硫化过的胶板粘贴在设备或者管道金属表面，起到防腐蚀作用。所以预硫化橡胶衬里对胶板有特殊要求，主要是胶板的硬度不要太大必须满足防腐要求的化学稳定性，配套使用的粘结剂应该具有良好的粘结强度，因此预硫化橡胶衬里在施工技术上有自身特征，不能完全按照一般热硫化橡胶衬里施工方法施工，必须严格按照预硫化橡胶衬里技术要求施工，才能够保证工程质量。预硫化胶板硬度高弹性大，失去了未硫化胶料的可塑性，胶板的任何变形都是由于弹性延伸的结果，较大的必须都会影响粘结性和耐蚀性，因此施工下料是要求尺寸准确无误。自然硫化或者预硫化在常温下，一般约需7天以上的时间才能硫化完全，甚至更长久一些时间才能交付使用。
橡胶衬里的施工质量可以通过以下几点来检测：
1.用目测法观察外观是否有起泡，脱开，翘边缺陷，胶层表面允许凹陷和深度不超过0.5㎜的外伤及粘结辊压时产生的印痕，有无裂纹和海绵状气孔。
2.用直尺,卡板,样板检查尺寸规格是否符合要求。
3.用测厚仪检查衬胶层贴合时易拉伸变薄及硫化后关键部位的厚度。
4.用电火花检漏仪检查衬胶层的致密性，不得有漏电现象。
5.用金属棒轻轻敲击衬胶层是否空鼓，软胶层也可以用手指按压来判断粘结的连续状况。常压设备允许橡胶与金属脱开在20厘米平方，突起高度2㎜以下，衬里面积大于4㎡的不多余3处，2-4㎡的不多于2处，小于2㎡的不多于1处。常压管道衬胶层允许有不破的气泡，每处面积不大于1厘米平方，突起高度不大于2㎜，脱开面积不大于管道总面积的1%。
橡胶衬里硫化完全后，对于检查出来的缺陷必须修补。新的未使用的衬胶层可以按照常规工艺修补；已经使用的衬胶层还需要分析介质，操作温度和浸蚀持续时间因素，经过修补的衬胶层应该确保使用要求。修补时应该先将橡胶缺陷处周围剔除，加工成30°坡口，双层胶板应该做成梯形，露出金属光泽，用溶剂擦洗干净，如果双层胶板只有上层起泡注意不要损坏下层胶板，并且打磨下层胶板表面。处理好缺陷部位后采用原胶贴衬防腐修补，作局部硫化处理，注意原胶层不得过硫化；也可以使用预硫化胶板或者未硫化胶板（常温硫化用）自然硫化工艺进行修补；也可以使用自硬化修补膏，如高分子合金修补剂，合成树脂胶泥等进行修补；也可以采取最常用的就是玻璃钢修补工艺。总之，修补橡胶衬里缺陷要考虑到材料之间的粘结性能和膨胀系数及腐蚀介质环境的影响，保证局部与整体的统一，确保橡胶衬里的正常使用年限，减小因局部缺陷造成的整体防腐蚀失败的危害。
橡胶衬里属于传统的的重防腐工艺之一；但是受限于某些缺陷，如耐热性较差，不耐强氧化性物质，溶剂能使胶层溶胀，衬胶层易被硬物损伤，衬胶设备不能焊接，不能用于传热，硬胶比金属膨胀系数大3-5倍容易开裂脱层，不环保易燃有毒，导致几十年未有大的发展和外延应用。即使如此，笔者认为重防腐领域依然离不开橡胶衬里，特别希望橡胶研发和施工部门能够在环保，安全，成本，轻量化及免高温硫化方面多探索多创新，开发橡胶新品，使得橡胶衬里这一传统的防腐蚀工艺焕发出新生命。
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