[公告] 每日更新20241114《玻璃钢衬里防腐》（实战全集之第陆卷第14章）

（5）呋喃树脂

呋喃树脂，固化后，耐低浓度中低温下的酸、碱、酸碱交替、部分有机溶剂，但它非常脆，与基材粘结性能也很差，酸性固化剂导致在施工时基本都要做隔离层。本章篇幅所限，不作更多呋喃树脂的介绍，请参见《第陆卷 树脂重防腐》之《第2章 现场施工用热固性树脂之基础理论知识》的介绍。

由于现场玻璃钢衬里成型，主要适用的树脂集中在两类：环氧树脂和乙烯基酯树脂。其他树脂即使可以用作为衬里，但相对不多，故第3节～第10节就不展开详细阐述。其中不饱和聚酯树脂的固化及施工与乙烯基酯树脂相似，直接类比即可。呋喃树脂更多是作为商品级防腐蚀胶泥出现的，由于固化和施工的特殊性，直接做玻璃钢衬里常温固化施工的极少，因此不做展开阐述。酚醛树脂则常规固化会有水分子生成，因此基本不作为玻璃钢衬里使用，故不展开。

3 玻璃钢衬里之“纤维”

可用于FRP衬里的纤维，有合成有机纤维、玻璃纤维、碳纤维、麻纤维等天然纤维。

玻璃纤维，应用的最多。有无碱（E型）、中碱（C型）、高碱（A型）、耐酸性之分，也可按照形式不同分为：表面毡、短切毡、方格布、连续纱、短切原丝、玻璃鳞片等。

棉纤维等天然纤维，强度不如玻璃纤维，但柔性更好。

有机纤维，常见的有聚酯纤维和芳纶纤维（Kevlar纤维），耐碱性和耐盐溶液性能优于玻璃纤维，耐硫酸，盐酸性能较玻璃纤维差，不含二氧化硅成份，适用与含氟介质的玻璃城衬里。目前聚酯纤维已经可以做成表面毡（工程中用到较多）、短切毡，天略纺织新材料公司的产品的型号较全。丙纶纤维可有使用，但不多。芳纶更多是在建筑补强玻璃钢衬里时采用到，此时多为环氧树脂作为粘结树脂（芳纶和除环氧树脂外的其它热固性树脂的粘结性能都较差）。  

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按照《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》（对应《ASTM C 581 液体设备用的玻璃纤维增强结构用热固性树脂耐化学腐蚀性测定的标准实施规范》）制作的耐腐蚀标准积层板的结构如图3-1，适用于整体玻璃钢制品防腐。

图3-1中，接触腐蚀介质的纤维表面毡浸渍的富树脂层的树脂含量一般达到90%以上，甚至95%。常用的纤维表面毡主要有C型玻璃纤维表面毡、有机纤维表面毡（聚酯表面毡用得较多）、碳纤维表面毡，大多数在腐蚀介质接触层用到两层纤维表面毡。

图3-1中，耐腐蚀阻挡层主要用到的增强材料是短切毡或喷射型短切原丝。一般耐腐蚀阻挡层要求做到2.54mm～3.18mm厚，特殊情况时甚至要做到5mm厚，树脂含量在70%～80%，纤维含量20%～30%。整个树脂、表面毡、短切毡形成的致密的整体结构起到整个玻璃钢设备主要的耐腐蚀功能。短切毡采用较多的是450g/m2规格的。

图3-1中，结构增强层主要提供整个玻璃钢设备的强度。结构层中方格布和短切毡交替进行积层达到要求的厚度，整个结构层中树脂相对含量为50%～60%，纤维占比为40%～50%。在一些玻璃钢设备中，结构层也经常采用缠绕的方式进行积层，这样就可以做到60%的纤维含量了。整个结构层的厚度可以根据设备的载荷强度要求而改变。

图3-1中，最外层也同样制造一到两层表面毡的富树脂层，最外层的富树脂层要求添加液蜡和紫外线吸收剂，有些还要求添加色浆。

FRP积层手糊成型经常从内层开始，其表面直接和腐蚀介质接触。第一层积层就是通常所说的耐腐蚀内衬层，耐腐蚀内衬层的主要功能是提供腐蚀保护的。表面毡被添加完固化剂的树脂胶料饱和浸渍之后，就可形成一层连续的保护层。耐腐蚀内衬层一般包括以下几部分：表面毡、两层短切毡（也被树脂胶料饱和浸渍过）。玻璃纤维复合材料的耐化学腐蚀性能主要是靠树脂提供的，表面毡被用于去帮助控制表面富树脂层的厚度，提供阻碍腐蚀介质侵入的关键部位足够的强度。

内表面层一般厚0.25mm～0.8mm，一层厚0.25mm～0.5mm，二层厚0.5mm～0.8mm。内表面层树脂含量约90%，毡材约占10%。单丝玻璃纤维或聚酯玻璃纤维通常用作为表面毡材料。有几种表面毡材类型，用得最多的是C型玻璃纤维、聚酯表面毡，其他表面毡较少。

短切毡一般由E型或ECR型玻璃纤维粘结而成的矩阵组成，以0.5mm～2.0mm长而松散的纤维用苯乙烯溶解的树脂粘合在一起。ECR短切毡是由耐腐蚀E型玻璃纤维组成的。短切毡被树脂胶料充分浸渍更易成型。

方格布是一种粗糙的厚织物由长且连续的玻璃纤维绳束组成，经常被用于和短切毡交替积层使用，尤其在一些手糊的容器类制品的结构层，这种交替使用非常频繁。手糊成型时，积层品的玻璃纤维含量一般为40%～50%，仅靠短切毡是做不到的，使用方格布，树脂相对使用量会下降。采用乙烯基酯树脂进行手糊作业时，使用玻璃纤维方格布，能得到非常稳定的高性能效果。

在耐腐蚀内衬层经常被用到的两层短切毡，能提供约2mm厚度的腐蚀保护。短切毡也经常被用于与方格布一起制造成结构层，或单独作为结构层的增强材料。在最终的FRP积层中短切毡层一般由70%的树脂和30%的玻璃纤维组成。短纤维束和高树脂含量能有助于制造同时兼具优异的耐蚀性能和强度的玻璃钢。圣戈班、OCS、巨石等公司的短切毡已经被证明与不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂能够很好地结合在一起并获得优异性能，其他性能相似的短切毡也可被用于这两种树脂的成型，但是应该经过积层品样板的质量性能评价。

连续纤维纱根据缠绕和拉挤应用方向不同，分为多种密度和尺寸规格。喷射纱在一些耐腐蚀玻璃钢制品制造时也常被用来取代短切毡使用。缠绕和拉挤玻璃钢经常含有30%～40%的玻璃纤维，OCS、PPG、圣戈班、巨石等公司都生产适用于环氧乙烯基酯树脂的纤维纱。

玻璃纤维产品应仔细妥善存储，应保持清洁、不吸潮。脏或者吸潮了的玻璃纤维是不可以被使用的，因为灰尘和湿度太大都会导致树脂和纤维的相容性和浸润性大大下降，导致玻璃钢品质下降。

玻璃纤维材料选材尽管有一些一般准则，但无论怎么选择，都应先联系玻纤供应商得到一些建议，不论选择哪种类型的玻璃纤维，都应在实际大量使用前制作耐腐蚀玻璃钢测试积层板，测试积层板中，玻纤应浸渍充分，最终固化后的玻纤也没有白化现象，并进行机械性能测试验证。

按照《50212-2014 建筑防腐蚀工程施工规范》和《GB/T 50590-2010 乙烯基酯树脂防腐蚀工程技术规范》制作的典型的耐腐蚀玻璃钢内衬层截面示意图3-2。

一般有四种类型常用于不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂的玻璃纤维，分别是表面毡、短切毡、方格布、连续纱。玻璃纤维的表面用浸润剂进行了处理，务必保证所用浸润剂和积层用树脂的相容性。图3-3是常用的几种连续纤维状增强材料的照片。

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（1）表面毡

表面毡（见图3-4）相比短切毡更为致密，表面毡增强的富树脂层的耐渗透性更好，可以防止短切毡突出的毛刺扩展到富树脂层表面以上形成毛细管效果的腐蚀通道，可以起到更好的屏障效果，而且可以避免开裂和龟裂。用得最多的玻璃纤维表面毡是C型玻璃纤维表面毡。在一些特殊场合（主要是含氟介质、次氯酸盐介质、氢氧化钠等碱性介质），会用到有机纤维，主要为聚酯涤纶纤维表面毡。聚酯表面毡的耐热温度较玻璃纤维表面毡的耐热温度要低，在氯桥酸不饱和聚酯树脂、酚醛型乙烯基酯树脂等固化放热峰温度较高的场合，聚酯有机表面毡会收缩更大，因此需要在拉铺表面毡时特别减少应力的影响。在一些腐蚀特别严重的场合，建议用多层表面毡以增加耐腐蚀性能，但表面致密度高，用多了，会阻碍表面毡下面的气泡的溢出和压赶，因此需要特别注意。

碳纤维表面毡有导电功能，其耐磨性能也较C型玻璃纤维表面毡和聚酯表面毡好很多，在一些特殊场合也会用到。其他诸如A型（高碱）玻璃纤维和ECR型（无硼无碱玻璃）玻璃纤维制造的表面毡除特定场合外用得很少，使用前也需要做耐腐蚀试验确认。

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聚酯表面毡用得越来越多，因此拿出来单独介绍。

应用于复合材料加工的聚酯纤维大多是聚酯表面毡，在拉挤、缠绕、手糊、RTM、模压和真空注射等加工工艺中都有应用。聚酯表面毡因强度、成本的局限性，多用作为辅助材料，主要具有如下特点：耐磨损性能、耐腐蚀性能（尤其对含氟介质和碱性介质）、抗紫外线性能、耐机械损伤性能、表面光洁性、高品质的表面富树脂层、保护生产过程中的模具等。

通常情况下，表面富树脂层可以通过表层涂敷来获得，但也可以通过使用聚酯表面毡来直接完成。使用表面毡还可以在以下几个方面带来便捷和优势：节省涂敷涂层时间、没有分层的危险、可形成一个精细的表层、简单而快捷的作业方式。拉挤工艺中，为了获得更加完美的表面性能，提高表面富树脂层光洁的表面效果，增强产品耐磨损性、耐机械损伤性、抗紫外线性能，保护加工过程中的模具以延长模具的使用寿命，使用聚酯表面毡是个不错的选择；缠绕工艺中，使用聚酯表面毡，可以大大提升产品的耐化学腐蚀性能，尤其是管道生产领域，在耐氢氟酸产品中获得广泛应用；手糊工艺中，使用聚酯表面毡，可以帮助提高产品的物理机械性能，提高耐腐蚀性能，尤其是耐含氟介质，改善表面粗糙度，并保护作业人员不受玻璃纤维的伤害；RTM工艺中，使用聚酯表面毡、聚酯增强毡，将提升产品的力学强度和耐腐蚀性能。

聚酯表面毡具备以下耐化学品性能：①对氧化剂具有良好的抵抗能力，对含氟介质和碱性介质的耐蚀性尤为突出；②通常情况下，能很好抵抗高温弱酸水溶液和常温下的强酸水溶液，但能被浓度为95%的浓硫酸腐蚀；③对常温下的强碱水溶液具有较好的耐腐蚀性，但能被沸腾的强碱溶液腐蚀。

聚酯表面毡与玻璃纤维（玻纤表面毡、短切毡、连续毡、多轴向布）具有很好的预复合性能。聚酯表面毡的耐热性能不足、抗皱褶不足是其最大的缺陷，为此可将玻璃纤维和聚酯纤维缝编预复合成型，制成复合纤维表面毡，满足一些特殊需求。目前，市场上典型的聚酯表面毡规格有20g/m2、30g/m2、38g/m2、45g/m2、60g/m2等几种。

（2）短切毡

耐腐蚀玻璃钢中用到最多的两类短切毡就是E型玻璃纤维短切毡和ECR玻璃纤维短切毡。通常是12.5mm～50mm长的短切纤维丝经化学处理（偶联剂浸润剂处理）后粘合编织在一起形成玻璃纤维束再形成短切毡。耐腐蚀玻璃钢领域常用的玻璃纤维短切毡有以下规格：225g/m2，300g/m2，450g/m2，600g/m2。

（4）连续纱

大部分无捻连续纱都是卷成一个圆筒形包装的，方便连续使用。连续纱多用于缠绕成型、拉挤成型和喷射成型。

（5）短切原丝

BMC领域主要用干法短切原丝，要求集束性好，易为树脂很快浸透，具有很好的力学强度及电气性能。图3-5是玻璃纤维增强材料的最常用的几种形式。

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（6）多轴向织物

玻璃纤维多轴向织物是一种不卷曲、具有多轴向和多层结构的增强材料。层数、轴向、克重以及每层具体的纤维重量取决本身用途的不同而有所差异。每一层之间通过聚酯纱线加以缝合而成。该类织物的制造，可通过使用多个方向（0°，90°，45°，-45°）不同的组合，或者与短切纤维或薄毡等无纺材料缝合而成。多轴向织物大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。

各种助剂的相关技术参数以及安全注意事项和储存运输等处理方式（材料安全数据表MSDS）可从材料商处获得。表3列出了玻璃钢成型辅助材料的一些供应商，供读者参考。

4  玻璃钢衬里之“填料”

4.1 无机填料的种类

无机填料的种类分为：①无机填料和有机填料；②惰性填料和活性填料；③微球形（实心或空心）填料；④片状、纤维状、针状填料；⑤玻璃粉与磨碎玻璃纤维填料；⑥复合型填料。这里主要介绍无机填料。无机填料主要以天然矿物为原料经过开采、加工制成的颗粒状填料，少数填料是经过处理制成的。

无机矿物填料的分类方法很多，一般来说，填料的化学组成决定填料的本质，尤其是赋予材料以功能时，其化学组成起决定作用。

①碳酸钙类

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碳酸钙分为天然的和人工合成的两种：天然产品称为重质碳酸钙，人工合成的称为轻质碳酸钙。重质碳酸钙是将天然矿石（如方解石）经筛选、破碎、干磨或湿磨，再经分级而制成。合成碳酸钙多采用沉淀法，首先将石灰石煅烧成氧化钙后制成氢氧化钙，与锻烧出的二氧化碳反应生成碳酸钙，再经过滤、烘干、粉碎、筛分，最后制成成品。轻质碳酸钙，粒径在0.5μm～6μm之间，化学沉淀法制得，有微弱的补强效果。轻质碳酸钙按其粒径大小分为普通轻钙、超细碳酸钙、纳米钙，超细碳酸钙、纳米钙粒径在0.01μm～0.1μm之间，有较好的补强效果。天然碳酸钙又称大白粉、白垩、石灰石粉、方解石粉等，其主要成分是碳酸钙，此外，还含有碳酸镁、二氧化硅及三氧化二铝等杂质。天然碳酸钙为白色粉末，颗粒粗大。合成碳酸钙的质量分数都在98%以上，颗粒细，吸油量大大增加，超细型碳酸钙的颜色比一般碳酸钙更白、更纯净。碳酸钙是碱性颜料，在酸中可以溶解，所以不耐酸雨。由于它的pH在9左右，不宜与不耐碱的颜料共用。碳酸钙性能稳定。重质碳酸钙的吸油量较低，又起骨架增强作用，提高机械强度和耐磨性等。重质碳酸钙是很好的接缝材料，大量用在底漆、腻子、胶泥中。

②云母粉

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云母粉是一种含Al、Mg的硅酸盐。云母矿经过干式或湿式研磨后形成细粉，去杂质，经过滤、干燥，成为片状细粉产品，其外观呈银白色至灰色。云母粉的化学稳定性好，能提高涂膜的耐温性、耐候性，能起阻尼、绝缘、减震、防护紫外线、防放射性辐射的作用，还能提高机械强度、抗粉化性、耐久性，可用于阻尼漆、防火漆和外墙乳胶漆等。

③滑石粉

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滑石粉是一种天然产品，其分子式为3MgO·4SiO2·H2O，外观呈白色粉末。滑石粉由天然滑石经干法、湿法粉粉碎或高温煅烧而得，是六方或菱形结晶颗粒，粒径为1.3μm～149μm。其化学组成为水合硅酸镁。用作橡胶填充剂、增容剂、隔离剂及表面处理剂。滑石粉的颗粒形态分为片状和纤维状两种，涂料中片状滑石粉用的更多，玻璃钢中两者都用。滑石粉易于粉化是它的缺点。

④石英粉/砂（二氧化硅）

二氧化硅可分为天然产品和人造产品两大类，在化学属性上都具有SiO2的特性，为白色粉状中性物质，化学稳定性较高，耐酸不耐碱，不溶于水，耐高温，但在两者物理状态上却有极大的差别：天然产品颗粒粗大，吸油量很低，颜色不够纯净，较致密，质地硬、耐磨性强；合成产品颗粒由一般到极细，吸油量由一般到非常高，白色中略带蓝相，折射率较低，在1.45左右，可以做得相当蓬松。

天然无定形二氧化硅为非结晶形，颗粒大部分在40μm以下，呈细白粉末，因其价廉和化学稳定性好，广泛用于底漆、平光漆和地板漆等。天然结晶型二氧化硅即天然石英砂，经粉碎风选而得，呈白色粉末，耐热性、化学稳定性好，在乳胶漆中使用不仅起到填充作用，而且涂刷性、平光作用及耐候性均良好。其大量用于真石漆和饰纹涂料中。

如果分子内含水，就成了硅藻土，即含水二氧化硅，其分子式为SiO2·nH2O。它是海生物的遗骸，资源非常丰富。由于来源和制造方法不同，质量波动较大，外观呈灰色粉末至细白粉末。质地轻软，颗粒蓬松且较粗，粒径为4μm～12μm，具有多孔性，吸油量高达120g/100g～180g/100g。它有引进气孔而提高遮盖力的作用，主要应用于平光涂料和厚质涂料中。