2. Основные типы полиэфирных смол

В настоящее время для производства стеклопластиков используют в основном пять типов полиэфирных смол:

- орто- и изофталевые;

- бисфенолфумаратные;

- хлорэндиковые;

- винилэфирные.

Наибольшей коррозионной стойкостью отличаются бисфенол­фумаратные, хлорэндиковые и винилэфирные, что объясняется их структурой, в которой эфирные группы стерически защищены.

Ортофталевые полиэфирные смолы, обычно относящиеся к смо­лам общего назначения, обладают наименьшей коррозионной стойко­стью и не применяются в сильно корродирующей среде.

Изофталевые смолы (гибкие и жесткие) на основе изофталевой кислоты и гликолей разного типа используются в умеренно корродирующих средах. При температурах, не превышающих 80÷85 °С, они обладают стойкостью к слабым кислотам и щелочам, растворителям и нефтепродуктам.

Полиэфирные смолы отличаются высокой коррозионной стойкостью к кислотам и щелочам до 120 °С, но непригодны в присутствии сильных окислителей и в сре­де растворителей.

Хлорэндиковые смолы – на основе хлорэндикового ангидрида или кислоты, используются при температурах до 180 °С, устойчивы в аг­рессивных, сильных окислительных средах, концентрированных кисло­тах, но мало устойчивы в щелочной среде. Огнестойкие сорта этих смол в жестких условиях эксплуатации уступают только асбесту.

Особый интерес проявляется в настоящее время к винилэфирным смолам, которые по свойствам занимают промежуточное положение между обычными полиэфирными и эпоксидными. Это – продукты ре­акции эпоксидных олигомеров с ненасыщенными органическими кисло­тами, например метакриловой, которые сшиваются путем радикальной полимеризации со стиролом, как и стандартные ненасыщенные поли­эфирные смолы. Они кислотостойки как полиэфирные, но в то же вре­мя обладают высокими прочностью, адгезией, стойкостью к раствори­телям, как эпоксидные смолы.

Используя различные эпоксидные олигомеры в качестве исходных продуктов, можно получать винилэфирные смолы с широким спектром свойств, в том числе огне- и термостойкие, ударопрочные. Так, винилэфирные смолы на основе эпоксиноволаков отличаются повышенной термостойкостью и стойкостью к растворите­лям

Винилэфирные смолы отличаются чрезвычайно высокой коррози­онной стойкостью в широком диапазоне рН. Они устойчивы, например, в среде 37 % соляной кислоты и 50 %-ной щелочи. Это единствен­ные из всех полимеров, применяемых для производства стеклопластиков, пригодные к эксплуатации в контакте с хлором, диоксидом хлора в больших концентрациях. Температурный диапазон эксплуата­ции винилэфирных смол ограничен 95÷105 °С, но специальные сорта с большей степенью сшивки могут использоваться до температуры 120°С. Огнестойкие сорта винилэфирных смол получают путем дополнительного введения брома в бензольное ядро.

Коррозионностойкие полиэфирные стеклопластики часто эксплуа­тируются в условиях повышенных температур и пожароопасности. В табл. 1.8 приведены данные по теплостойкости различных полиэфир­ных смол и стеклопластиков на их основе.

Таблица 1.8 – Теплостойкость полиэфирных смол

	Изофталевая	Винил- эфирная	Бисфенол- фумаратная	Хлорэн- диковая
Температура тепловой деформации литой смолы, °С	95	100	132	150
Температура длительной эксплуата­ции слоистого пластика с содержа­нием стекловолокна 65 %, °С	-	120	150	177

В качестве примера оборудования, где требуются одновременно термо- и огнестойкость, можно привести, в частности, скрубберы теплоэлек­тростанций, в которых части, контактирующие с горячими корродирующими газами, изготовлены с применением кислотостойких стеклопла­стиков на основе хлорэндиковых смол.

Повышение температуры усиливает воздействие агрессивных аген­тов на стеклопластик, но если в случае металлов действует правило, по которому при повышении температуры на каждые 6 °С скорость коррозии удваивается, то у стеклопластиков коррозия развивается мед­леннее.

По сравнению с металлическими стеклопластиковые резервуары имеют еще и то преимущество, что представляют собой практически одну деталь с непрерывной поверхностью и небольшим числом соеди­нений. Кроме того, стеклопластик хороший звуко- и теплоизолятор. Его теплопроводность в 100 раз меньше, чем стали, поэтому темпе­ратура наружной поверхности стенки резервуара намного ниже, чем внутренней.

Производство стеклопластиковых труб и резервуаров для транспортировки и хранения агрессивных жидкостей приобретает все большие масштабы благодаря появлению новых сортов полиэфирных смол, обеспечивающих лучшие коррозионную стойкость и механиче­скую прочность. Это, в первую очередь, относится к винилэфирным смо­лам, практический опыт применения которых показал их высокие экс­плуатационные качества. Так, трубы из стеклопластика на основе смолы Diacryl за два года испытаний в различных средах (бензин, этанол, соляная и серная кислоты) сохранили >90 % исходной прочности. Смола отличается быстрым отверждением при УФ-облучении и поэто­му очень удобна для производства изделий методом намотки.

Во Франции, Марокко, Тунисе, Алжире и других странах с большими запасами фосфатов – стеклопластики в течение ряда лет успешно применяются в установках по получению фосфорной кислоты (хранилища, скрубберы). Так, в 1974 г. были пущены в эксплуатацию скрубберы и дымовые трубы из слоистого пластика на основе Derakane 411-45. Скруббер имеет высоту 34 м. и диаметр 2,8 м. рабочие температуры достигают 60÷70 °С.

Коррозия представляет собой большую проблему при хранении и транспортировке химикатов, и здесь значение полиэфирных стеклопла­стиков трудно переоценить. Прочность стеклопластиков позволяет изго­товлять из них крупные автоцистерны, являющиеся самонесущими кон­струкциями. Винилэфирные стеклопластики благодаря химической инертности считаются наиболее пригодным материалом для емкостей, используемых при транспортировке широкого ассортимента химикатов, что дает возможность сокращать до минимума порожние рейсы.

Хранилища для агрессивных химикатов изготовляют намоткой, применяя тангенциальное и аксиальное направления нити с целью обеспечения большей прочности на растяжение и сжатие. Для тепло­изоляции хранилища в толщу стенки в процессе изготовления помеща­ют слой пенопласта. Стальные и бетонные хранилища облицовывают слоистым материалом из винилэфирной смолы и С-стекла методом руч­ной выкладки.

Как было установлено потребителями в процессе эксплуатации, по­лиэфирные смолы, такие как бисфенольные и винилэфирные, обнаруживают повышение эксплуатационных качеств после нескольких лет использования в коррозионных средах, т.е. способность выдерживать более жесткие условия. Еще одной важной областью применения труб из полиэфирных стеклопластиков является транспортировка морской воды, представляю­щей собой также коррозионную среду.

Полиэфирные стеклопластики практически разрешили многолет­нюю проблему химической промышленности – поиск конструкционного материала для насосов и вентилей, который сочетал бы прочность ме­таллов с коррозионной стойкостью пластмасс. В начале 1980 г. амери­канская фирма Ingersoll-Rand поставила на рынок свой первый пол­ностью пластмассовый насос для корродирующих жидкостей, все дета­ли которого, контактирующие с коррозионной средой (корпус, крыль­чатка, прокладка, уплотнение сальника), изготовлены из стеклопласти­ка на основе винилэфирной смолы Derakane. Материал обладает усталостной прочностью до 50 млн. циклов, детали изготовляются прессо­ванием и пропиткой под давлением. Как показала практика, такие на­сосы могут эксплуатироваться, не требуя ухода, в течение нескольких месяцев и даже лет в средах, в которых срок эксплуатации металличе­ских деталей исчисляется несколькими сутками. На одном из нефтепе­регонных заводов в шт. Техас такой насос работал >6 мес., перекачи­вая 5%-ную серную кислоту по 12 ч/сут при температуре 43 °С. Насос из нержавеющей стали в тех же условиях подвергся сильной корро­зии после 10 дней работы. На другом заводе насос перекачивал хлори­рованную воду с рН-2 в течение 5 мес. без ремонта. Использовавшему­ся ранее насосу из металлического сплава через две недели со дня на­чала эксплуатации потребовалась замена основных частей. Среди других примеров использования полиэфирных смол в корро­зионных условиях следует упомянуть устройство полов на химических предприятиях, там, где пока используются эпоксидные смолы. На эти цели идут винилэфирные смолы, которые придают полам устойчивость к сильным кислотам, щелочам и окислителям.