手糊玻璃钢增强纤维材料的选择
赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主 张作华
重防腐施工中玻璃钢衬里是常见的也是最为重要的腐蚀控制手段，其中手糊玻璃钢因为操作简单，方便，灵活而被广泛应用，可以说在玻璃钢防腐蚀施工中，手糊法占了80%以上的比例。手糊玻璃钢中“三大材料”树脂，纤维，粉料之纤维是玻璃钢的骨架，支撑着玻璃钢体系的强度，是实现玻璃钢防腐蚀使用长效性的重要组成部分。
根据腐蚀环境及介质的差异，玻璃钢各组成材料也会发生变化，施工时进行有条件的材料选择是保证玻璃钢成品适应腐蚀环境并且耐久性的关键性因素。因此，玻璃钢增强材料选择必须在施工前确定，例如以玻璃纤维为代表的增强材料是最为普遍的纤维材料，其能够耐大部分酸腐蚀；但是不耐氢氟酸及热磷酸腐蚀，选择时可以使用涤纶，丙纶等有机纤维布和毡，也可以选择使用麻布或者脱脂纱布，也有一些玻璃钢产品需要耐蚀和导电，可以选择碳纤维材料等。总之，手糊玻璃钢增强纤维选择是防腐蚀技术及设计人员必须掌握的技能和知识点。
手糊玻璃钢产品中，增强纤维大部分都采用玻璃纤维，无论是布还是毡及纱，主要原因就是其除了价格因素外，还具有以下以下优异的特点：1.耐化学性无机玻璃纤维纺织纤维不会腐烂，发霉或变质。除了氢氟酸和热磷酸外，它们还能抵抗大多数酸。2. 尺寸稳定由于大气条件的变化，用于制造玻璃织物的玻璃纤维纱不会拉伸或收缩。标称断裂伸长率为3-4％。块状E玻璃的平均线性热膨胀系数为5.4×10-6cm / cm /℃。3.良好的热性能玻璃纤维织物具有较低的热膨胀系数和较高的导热性。玻璃纤维比石棉或有机纤维的散热更快。4.高拉伸强度玻璃纤维纱具有很高的强度重量比。一磅重的玻璃纤维纱的强度是钢丝的两倍。在织物中设计单向或双向强度的能力大大增加了最终用途产品的灵活性。5.高耐热性能无机玻璃纤维不会燃烧，并且基本上不受工业加工中经常遇到的高烘烤和固化温度的影响。玻璃纤维在700°F时将保持其强度的50％左右，在1000°F时将保持25％的强度。6.低吸湿性玻璃纤维纱由非多孔纤维制成，因此吸湿性极低。7.很好的电气绝缘性高介电强度和相对较低的介电常数，以及低吸水率和耐高温性，使玻璃纤维织物在电气绝缘方面表现出色。8.产品的灵活性玻璃纤维纱中使用的极细长丝，多种纱线尺寸和配置，不同的编织类型以及许多特殊的饰面，使玻璃纤维织物可用于广泛的工业最终用途。9.成本低廉，价格便宜玻璃纤维织物可以胜任，并且在成本上可与合成纤维和天然纤维织物相比。
因此，玻璃纤维是一种理想的手糊玻璃钢增强材料，经济价廉，并易于操作，是目前众多增强材料中使用最为广泛的材料之一。防腐蚀工程中采用的玻璃纤维布有无碱无捻玻璃纤维布，中碱无捻玻璃纤维布，耐碱玻璃纤维布，当然必须是无蜡型的玻璃纤维布，就是我们经常称之为“三无”产品。无碱玻璃纤维牌号为E,中碱玻璃纤维牌号为C，高碱玻璃纤维牌号为A（这种牌号材料手糊玻璃钢几乎不使用）陶土坩埚生产的玻璃纤维不仅在生产环节上存在安全隐患，其产品性能方面存在机械力学低，耐水性差，性能稳定性差等诸多缺点，已经被国家取缔，现在市面上防腐蚀玻璃钢施工用玻璃纤维材料大部分都是铂金坩埚生产的玻璃纤布，毡和纱。手糊玻璃钢所用玻璃纤维布通常使用厚度0.2㎜和0.4㎜的玻璃纤维布，密度为10*10 或者12*12，所用短切毡以300-450g/㎡为宜，含胶量达到70%左右，而作为富树脂层一般都使用表面毡作为增强材料，具有一定的美观光滑和平整效果，其树脂含量达到80%-90%之间，厚度0.3㎜-0.4㎜。
在实际手糊玻璃钢施工中，玻璃纤维布的厚度与树脂耗量存在着一定的关系，估算好树脂耗量对于成本造价和有效的质量保证具有重要的意义，在确保耐蚀和强度的条件下，最大限度的降低材料成本，特别是树脂用量是玻璃钢施工中最重要的技术措施。如1㎜厚度玻璃纤维布树脂耗量大约1Kg/㎡，02布树脂耗量大约0.2-0.3Kg/㎡左右，而04布树脂耗量大约0.4-0.5Kg/㎡左右。短切毡及表面毡根据重量不同树脂耗量也不一样，计算公式为毡重（Kg）/0.35*0.75（每平方米树脂耗量），350g短切毡每平米树脂耗量为0.35/0.35*0.75=0.75Kg/㎡。通过这样的计算就可以基本掌握保证玻璃钢质量的前提下，使用玻璃纤维增强材料所需要的树脂耗量了，当然树脂类型不同，耗量也有所差异，具体情况还需要根据实际小样试验得出准确结论。
手糊玻璃钢产品中一些酸如氢氟酸和热磷酸会对玻璃纤维材料产生腐蚀，此时玻璃纤维布或者毡不具备耐蚀作用，必须使用其他纤维材料代替。如棉纤维及其制品，有脱脂纱布和棉布。脱脂纱布采用酒精脱脂，常用于玻璃钢衬里的底层，尤其是在含氢氟酸作用下可以选择脱脂纱布替代玻璃布，棉纤维表面有许多折皱，有利于树脂吸附，所以脱脂纱布衬里与基体的粘结强度高于玻璃纤维，能够防止树脂层的开裂，降低固化收缩率。棉纤维的抗拉强度和弹性模量低于玻璃纤维，因此不用于制作大承载力的玻璃钢部件。合成纤维主要有涤纶纤维及其织物，丙纶纤维及其织物，其与树脂有较高的粘附性和浸润性，制品表面非常光滑，耐磨，抗刮削。合成纤维之涤纶纤维密度1.38g/㎝3，软化点238-249℃，熔点255-260℃，可以满足玻璃钢衬里设备的使用温度，其耐盐酸性能优于玻璃纤维，但耐硫酸性能较差，可用于氢氟酸或含氟介质，防腐蚀工程常选择用涤纶纤维晶格布，经纬密度为每平方厘米8*8根纱，涤纶毡单位质量宜为30g/㎡；合成纤维之丙纶纤维密度为0.9-0.91g/㎝3，纤维软化点为140-165℃，熔点为160-177℃，可满足玻璃钢衬里的温度，其耐腐蚀性能优良，可耐除氯磺酸，浓硝酸及某些氧化剂之外的任何酸碱介质，用于氢氟酸或者含氟介质工程时，丙纶布的经纬密度为每平方厘米8*8根纱。另外还有碳纤维布，碳纤维布又称碳素纤维布、碳纤布、碳纤维编织布、碳纤维预浸布、碳纤维加固布、碳布、碳纤维织物、碳纤维带、碳纤维片材（预浸布）等 。碳纤维加固布是一种单向碳纤维加固产品，通常采用12K碳纤维丝织造，非常适合高酸、碱、盐及大气腐蚀环境中使用，碳纤维布，可以耐1000度左右高温，完全满足玻璃钢衬里高温环境下使用，碳纤维具有导电性能，所以可以应用在需要导静电的玻璃钢防腐蚀设备，缺点就是其价格比较高。 通过对手糊玻璃钢增强纤维的特性了解，防腐蚀技术人员在施工时就可以根据腐蚀环境或者介质情况有条件的选择纤维增强材料，同时还需要参考相关标准要求，对玻璃纤维或者其他纤维制品质量及施工进行鉴别和控制。相关标准有：《钢质储罐内衬环氧玻璃钢技术标准》SY/T0326-2002，《玻璃钢衬里设备维护检修规》HG26196-91，《纤维增强塑料设备和管道工程技术规范》GB51160-2016，《玻璃纤维无捻粗纱》GB18369，《玻璃纤维短切原丝毡和连续原丝毡》GB/T17470，《玻璃纤维无捻粗纱布》GB/T18370，《玻璃纤维工业用玻璃球》JC935-2004，碳纤维及其制品符合《聚丙烯晴基碳纤维》GB/T26752，《经编碳纤维增强材料》GB/T30021等。防腐蚀玻璃钢衬里，纤维增强材料有了相应规范标准的强制约束，就能确定纤维材料及树脂耐蚀性能的适用范围，保证了玻璃钢系统正常稳定使用和长久的耐蚀效果。
随着纤维技术的发展和进步，许多新型纳米纤维相继进入玻璃钢应用领域，在原有加强承载和耐蚀的基础上，其更加优良的物理性能和化学性能被呈现出来，已经被广泛用于不仅仅是防腐蚀范围内的汽车，飞机，风电，民用等领域，向着更加安全更加轻型的方向发展。其中当今世界三大高性能纤维是:芳纶、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维将以高强高模、耐冲击性、耐磨性、强耐化学腐蚀、电绝缘和耐光性等优异的独特性能领跑复合材料前沿市场，也是防腐蚀玻璃钢纤维增强材料的赋能的风向标。
