酸酐固化玻璃鋼管材在三元液中的耐腐蝕性

陳先雷 張麗 東北石油大學(xué) 大慶油田設(shè)計院

酸酐固化玻璃鋼管材在三元液中的耐腐蝕性

陳先雷1張麗21東北石油大學(xué) 2大慶油田設(shè)計院

酸酐固化玻璃鋼管材的主要成分為玻璃纖維、環(huán)氧樹脂和固化劑，其腐蝕機(jī)理與腐蝕過程遵循高分子材料的腐蝕過程，主要為物理、化學(xué)及生物等腐蝕。酸酐固化玻璃鋼管材在65℃三元介質(zhì)（NaOH含量850 mg/L、聚合物1 100 mg/L、表活劑130 mg/L）中浸泡135天時，其彎曲應(yīng)力、環(huán)向拉伸、巴氏硬度均出現(xiàn)下降趨勢。酸酐固化玻璃鋼管存在大量的游離酸性物質(zhì)和大量的酯鍵，易與堿發(fā)生酸堿中和反應(yīng)及水解反應(yīng)，降低了玻璃鋼管材的承壓能力及力學(xué)性能。

玻璃鋼管材；三元介質(zhì)；腐蝕機(jī)理；耐腐蝕試驗

1 腐蝕機(jī)理

酸酐固化玻璃鋼管材的主要成分為玻璃纖維、環(huán)氧樹脂和固化劑，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性，分為基體相、增強(qiáng)相和界面相[1]。其腐蝕機(jī)理與金屬不同，一方面腐蝕介質(zhì)會向材料內(nèi)部滲透。另一方面，材料中的某些成分也會從材料內(nèi)部向外擴(kuò)散遷移，并溶解在介質(zhì)中。它的腐蝕機(jī)理與腐蝕過程遵循高分子材料的腐蝕過程，主要為物理、化學(xué)及生物等腐蝕[2]。

2 耐腐蝕性試驗

2.1 性能變化

將酸酐固化玻璃鋼管段在65℃三元介質(zhì)（NaOH含量850 mg/L、聚合物1 100 mg/L、表活劑130 mg/L）中進(jìn)行225天的腐蝕試驗，并對不同試驗周期的管段進(jìn)行力學(xué)、熱學(xué)性能測試，以確定酸酐固化玻璃鋼管道在三元介質(zhì)中的性能變化。

從試驗曲線可以看出，酸酐固化玻璃鋼管材在三元介質(zhì)中浸泡135天時，其樹脂含量及Tg值無明顯變化，而彎曲應(yīng)力、環(huán)向拉伸、巴氏硬度均出現(xiàn)下降趨勢。說明在試驗過程中，三元介質(zhì)與管材表面樹脂發(fā)生反應(yīng)，使管材表面的巴氏硬度出現(xiàn)下降；并且三元介質(zhì)逐漸進(jìn)入纖維毛細(xì)管和樹脂與纖維界面的微裂紋中，削弱了管材的承壓能力。短時水壓失效壓力的下降，進(jìn)一步證明此時玻璃鋼管在三元液的腐蝕下，化學(xué)鍵已經(jīng)發(fā)生斷裂，致使管材的承壓能力下降。

2.2 XPS能譜分析

對腐蝕模擬試驗前、后的試驗管段進(jìn)行XPS能譜測試，分析管體中各元素含量的變化，見表1。從表1中數(shù)據(jù)可以看出，管段在三元液中浸泡135天時，各元素含量均有變化，尤其是Na元素的出現(xiàn)，說明已有三元介質(zhì)滲透到樹脂或微裂紋中。酸酐固化玻璃鋼管是以酯鍵為主體鏈接，酯鍵可與堿發(fā)生置換反應(yīng)生成鈉鹽。分析認(rèn)為，酸酐固化玻璃鋼管存在大量的游離酸性物質(zhì)和大量的酯鍵（-R'-COO-R-），易與堿發(fā)生酸堿中和反應(yīng)及水解反應(yīng)。雖然在三元介質(zhì)中堿的含量只有850 mg/L，反應(yīng)比較緩慢，但因三元介質(zhì)中存在超低表面張力表面活性劑，加速了三元介質(zhì)向玻璃鋼基體滲透及腐蝕速度，使管壁內(nèi)表面的巴氏硬度下降，力學(xué)性能削弱。隨著浸泡周期的延長，樹脂含量將會明顯下降，管道性能的變化將會更加顯著。

表1 酸酐固化玻璃鋼管各元素含量%

3 結(jié)語

（1）酸酐固化玻璃鋼管材在65℃三元介質(zhì)（NaOH含量850 mg/L、聚合物1 100 mg/L、表活劑130 mg/L）中浸泡135天后其力學(xué)性能明顯下降。

（2）酸酐固化玻璃鋼管存在大量的游離酸性物質(zhì)和大量的酯鍵，易與堿發(fā)生酸堿中和反應(yīng)及水解反應(yīng)，降低了玻璃鋼管材的承壓能力及力學(xué)性能。

[1]劉洋，董事爾，劉倩，等．玻璃鋼管的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J]．油氣田地面工程，2011，30（4）：98-99.

[2]李卓球．岳紅軍．玻璃鋼管道與容器[M]．北京：科學(xué)出版社，1990.

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.060