玻璃钢容器性能失效分析

　　玻璃钢容器性能失效分析

　　玻璃钢是树脂/纤维复合材料，能耐酸、稀碱、盐、大部分有机物、海水以及潮湿等腐蚀，对于微生物作用也有抵抗能力，因此玻璃钢已经在石油、化工、医药、染料、轻工业中得到越来越广泛的应用。但玻璃钢制品也有缺点，当使用一段时间之后也会出现渗漏、开裂等现象。出现这种情况后则标志着其使用期限已到，当然这个期限一般比金属材料制品要长的多。

　　现分析一下玻璃钢容器腐蚀失效原理。

　　6.2.1 物理腐蚀

　　6.2.1.1 渗透和扩散

　　渗透是介质在高分子材料中的增加过程，而扩散是介质在材料中渗透范围进一步扩大的过程。玻璃钢容器在制造过程中，树脂之间，树脂与纤维之间不可避免的要形成微孔、小缝隙，而介质就在这些缝隙中渗透、扩散，另外树脂大分子间虽然依靠范德华力连在一起，但当介质分子有足够的热能，则可克服掉这个能量壁垒，使树脂大分子链断开，造成介质在树脂分子间的渗透与扩散。玻璃钢材料的空隙率、环境的温度、介质的组成浓度、分子体积等是影响这两种渗透和扩散过程的主要因素。

　　6.2.1.2 溶解和溶胀

　　树脂的分子间相互作用较弱，且在成型过程中层间结构较疏松，这就会使溶剂分子渗入这些缝隙内部，而发生溶剂化作用，但由于树脂的单个分子很大，分子链间又相互缠绕，因此被溶剂化的大分子仍不能扩散到溶液中去，只能引起材料在宏观体积上的增大或重量的增加，造成了溶涨。玻璃钢的溶胀与树脂交联度有关，交联度越大则溶胀现象越小，反之则大。

　　6.2.2 化学腐蚀

　　树脂结构中含有一些活性的官能团，它们在特定的介质中能够发生化学反应，从而导致了树脂结构的改变，造成材料的老化或腐蚀。最常见的化学腐蚀反应如酸、碱等介质中的水解反应，空气中由于氧、臭氧作用而产生氧化反应，还有侧基的取代反应和交联反应等都会使玻璃钢容器内壁或外表发生腐蚀。树脂在介质中的耐水解反应能力主要与其水解基团在相应的酸、碱介质中的水解活化能有关，表6-2-1列出一些基团的水解活化能。

　　表6-2-1 一些基团的水解耐腐蚀反应活化能

　　基团类型

　　酰胺链

　　酯链

　　酰亚胺链

　　酯链

　　硅氧链

　　(kJ/mol)

　　酸性介质

　　-83.6

　　-75.2

　　-83.5

　　-100.3

　　50.2

　　碱性介质

　　66.9

　　58.5

　　66.9

　　-

　　-

　　实践证明树脂的活化能越高其耐水解性越好。

　　玻璃钢耐溶剂介质能力关键也与树脂的化学结构有关，树脂中一些官能团在不同介质中腐蚀性能见表6-2-2。

　　表6-2-2 官能团的耐腐蚀性能

　　介 质

　　有利的基团

　　不利的基团

　　耐酸性

　　耐碱性

　　耐水性

　　耐氧化性

　　耐油性

　　6.2.3 应力腐蚀

　　日常生活经验告诉我们，有裂缝的材料极易开裂，而且，裂缝端的锐度对裂缝的扩展有很大影响。裂纹尖端处裂缝最大张应力σm可表示为

　　σo——均匀张应力

　　a——裂缝长度之半

　　ρ——裂缝尖端的曲率半径

　　以上公式表明应力集中随平均应力的增大和裂缝尖端半径减小而增大。这样，当应力集中到一定程度时，就会达到和超过分子、原子的最大内聚力而使材料破坏。

　　实践证明，现今的玻璃钢容器缠绕工艺尚不能保证材料表面和结构中不存在缺陷(如：表面划痕、内部夹杂、微孔、裂缝、晶界、相界等)，产品在运输安装过程中不可避免的要被磕碰产生银纹或裂纹，玻璃钢这些缺陷会使应力局部集中于其尖端而大大超过其受到的平均应力，当它达到或超过某一临界条件时，裂缝最终失去稳定性而发生扩展，最终在低应力下引起材料断裂。造成玻璃钢容器的渗漏，从而性能失效。

　　鉴于以上玻璃钢容器性能种种失效原理，因此我们无论从材料的选择，结构的设计，制造、运输与安装都要严格加以控制，才能使这种材料能更好的发挥其防腐性能。