книги из ГПНТБ / Неметаллические антикоррозионные материалы, переработка их в изделия и пути применения в химической промышленности (сборник материалов семинара, состоявшегося 28-29 марта 1961 г

Е. И. ШПАКОВСКАЯ, научный сотрудник НИИПластмасс

СТЕКЛОПЛАСТИКИ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Решение майского Пленума ЦК КПСС об ускоренном развитии химической промышленности, и особенно произ­

водства высокомолекулярных материалов, выдвигает перед исследователями целый ряд проблем. Одной из таких проб­ лем является создание новых прочных, химически и тер­ мически стойких материалов, которые могли бы заменить свинец, бронзу, нержавеющую сталь и другие дорогостоя­ щие металлы. Этим требованиям к материалу во многих случаях могут отвечать стеклопластики. .

Для изготовления стеклопластиков применяются синте­ тические Смолы и стеклонаполнители в виде ориентирован­ ных стеклянных волокон и нитей, стеклянной ткани различ­ ного плетения, неориентированных спутанных стеклянных волокон (стекломатов) или пучков, волокон (штапельного волокна).

В зависимости от вида стеклонаполнителя, даже при од­ ном и том же связующем, стеклопластики получаются с различными физико-химическими и механическими свойст­ вами.

Применение стеклянного волокна в качестве наполните­ ля обуславливается высокой прочностью элементарного стеклянного волокна (15000—20000 кг/см2) и недефицитяостью исходного сырья.

77

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ХИМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ

А. Природа стекловолокна. Стекловолокно бывает ще­ лочного и бесщелочного состава. Прочность щелочного стек­ ловолокна примерно на 2 0 % ниже прочности бесщелочного; наряду с этим щелочное стекло характеризуется большей гигроскопичностью и более низкими диэлектрическими свойствами.

Стекловолокно щелочного (известково-натриевого) соста­ ва обладает относительно высокой химической устойчиво­ стью к воздействию кислых сред, меньшей — к воздействию

щелочном стекловолокне образуется защитная пленка поли-

сти, кроме СаО и MgO, которые попадают в раствор в виде отдельных искрошившихся частиц.

В результате исследований можно рекомендовать .в ка­ честве стеклонаполнителя применять стекловолокно щелоч ного состава.

Б. Природа связующего. 1) Эпоксидные смолы — это линейные полимеры, которые получаются обычно конденса­ цией двухатомных фенолов с эпихлоргидрином. В . резуль­ тате взаимодействия с отвердителями линейные полимеры приобретают трехмерную структуру и превращаются в ме­ ханически прочные продукты.

Способность полимеризоваться без больших усадок как

позволила с успехом использовать эпоксидные смолы в ка­ честве клеев, связующих для различных пластмасс, защит­ ных покрытий и для других целей в машиностроении, элек­

78

тротехнике, химической и др. отраслях промышленности. Недостатком стеклопластиков на эпоксидных смолах яв­ ляются малая теплостойкость, чувствительность к колеба­ ниям влажности и дороговизна. -

Проведенные НИИХИММАШем исследования действия агрессивных сред на изменение веса и физико-механических

сыщенных полиэфирных смол служат двухосновные кислоты

переход их из вязко-жидкого состояния в твердое, представ­ ляет собой химический процесс, который заключается в сополимеризации обоих компонентов раствора (полиэфира и мономера) с образованием высокомолекулярных соедине­ ний пространственной (трехмерной) структуры. Реакция от­

промышленности, так как имеют относительно удовлетвори­ тельную устойчивость в агрессивных средах: противостоят маслам, слабым растворам кислот и щелочей.

В Советском Союзе проведены большие исследователь ские работы по созданию отечественных ненасыщенных rttl лиэфирных смол холодного отверждения. В частности, проф А. А. Берлиным совместно с сотрудниками еще в 1947 г

79

был разработан новый особый вид ненасыщенных полиэфи­

основных ненасыщенных кислот (метакриловой* .и акри­ ловой).

Основным недостатком полиэфирных смол, применяемых в -производстве стеклопластиков, является горючесть и недо­ статочно высокая теплостойкость. Для повышения тепло­ стойкости в раствор смолы вводится триаллилцианират. В этом случае удается получить стеклопластик, пригодный для эксплуатации при температуре до 260° С. Нашим институтом разработаны также марки самозатухающих полиэфирныхсмол.

, Снижение горючести стеклопластиков на основе полиакрилатной смолы было достигнуто в результате применения перхлорвиниловой смолы вместо МГФ-9.

Фенолформальдегидные смолы. Устойчивы в кислотах (кроме окислительных) и менее устойчивы в щелочах.

В этих смолах лучше чем в других связующих сочетает­ ся теплостойкость, упругость и хорошая адгезия к стеклян­ ному волокну. Эти смолы ранее других связующих начали применяться для изготовления^стеклотекстолита и стекловолокнита. Однако необходимость применения в процессе "формования высоких давлений создавало серьезные затруд­ нения.

Одним из возможных путей, позволяющих осуществлять процесс формования при пониженных давлениях (до 7 кг/см2), является модификация этих смол соединениями, замедляю­ щими процесс отвердения смол. С этой целью, в частности, используют такие соединения, как поливинилацетаты, поли­ эпоксиды, глифтали. Все они способствуют повышению ад­ гезии связующего к стеклянному волокну.

В НИИХИММАШе был испытан на химстойкость стек­ лопластик марки «СТ», полученный путем горячего прессо­ вания бесщелочной стеклоткани марки «АСТМ» или «ЭСТБ», пропитанной фенолформальдегидной смолой.

При действии 30%-ной серной кислоты в течение 40 су- .. ток образцы из стеклопластика марки «СТ» набухают, при-

80

чем набухаемость у незащищенных образцов почти в 2 раза больше, чем у защищенных. Предел прочности при растяже- * нии у защищенных образцов уменьшается больше чем в 2 раза, а у незащищенных—почти в 6 раз. Испытания этого вида стеклопластика в 15%-ной НС1 и травильном растворе дали отрицательные результаты, а в медном и никелевом ра­ створах—напротив, положительные.

-хаемость за 40 суток не превышала 2—2,75% при понижении прочности но сравнению с первоначальной на 10—20%. Бы­ ли проведены также испытания действия воды при комнат­ ной температуре и при 280° С. Установлено, что длительное воздействие воды обязательно вызывает набухаемость стек­ лотекстолита: при этом величина набухания как у незащи­

щенных, так и у защищенных образцов не превышала 1,6%, а уменьшение прочности составляло приблизительно 30% (с 1600 до 1070 кг1см2).

Практически стеклопластик устойчив в этих средах. Фурансвые смолы. В зависимости от состава эти соеди­

нения обладают большой стойкостью либо к кислым, либо к щелочным средам.

Эти смолы получаются в результате реакции конденсации соединений различного типа (спиртов, фенолов, пептонов, альдегидов и т. д.), в состав одного из которых входит фурановое кольцо. Оно обуславливает, повидимому, устойчи­ вость этих соединений к воздействию химических реагентов.

ФЛ-1—смешанный продукт .конденсации фенола, фурилового спирта в формальдегиде и ацетате—стоек к действию кислых сред. Требует дополнительного применения ускори­ теля отверждения на холоде.

ФЛ-2—продукт конденсации фурилового спирта и ацето­ на, стойкий к действию щелочных сред; не требует дополни­ тельного применения отвердителя.

Стеклопластики на основе вышеуказанных смол были ис­ пытаны в производственных условиях. Результаты испытаний оказались удовлетворительными. Более подробно о них ска­ зано в разделе применения стеклопластиков в химической промышленности.

НИИХИММАШем были проведены испытания следую­ щих стеклопластиков на основе фурановых смол; фенольно-

81

фуриловой (ФФС); (ФЛ-2) фурилового лака; фурфуролацетоновой смолы в смеси с фенольной смолой.

Испытания этих стеклопластиков в 15%-ной серной кис­ лоте дали удовлетворительные результаты: уменьшение ве­ са за 40 суток испытания образцов на смоле ФФС состав­ ляло всего лишь 1,62%; на смоле ФЛ-2—около 2% при не­ значительном изменении прочности. Образцы на связующем, состоящем из 50% мономера «А» фурфуролацетоновой смолы и 50% фенольной смолы, при испытании в горячей 30%-ной серной кислоте набухали за 40 суток на 5—8%; предел проч­ ности при растяжении уменьшался при этом до 800—

100кг/см2. Изменяя процентное соотношение мономера «А»

ифенольной смолы, можем повысить химстойкость и умень­ шить набухаемость материала.

Нанесенные на производственную колонну защитные .по­ крытия на основе фурило-феноло-формальдегидоацетальной смолы (марки ФЛ-1) были испытаны с положительным ре­ зультатом при воздействии на колонну медно-аммиачного раствора с примесью углеводородов жирного ряда, а также при воздействии других агрессивных сред. Антикоррозион­ ные свойства фуриловых лаков различных марок проверены с положительным результатом на промышленных агрегатах суперфосфатных заводов, на заводах СК и на ряде других объектов. Покрытия на основе совмещенных фуриловых смол способны противостоять высоким температурам (170— 180° С), они обладают высокой водостойкостью и могут экс­ плуатироваться в условиях работы под водой.

Производство 100%-ных фуриловых и совмещенных фу­ риловых смол освоено на опытном заводе института, полу­ ченные технические данные переданы на Ферганский хими­ ческий завод.

На химическую стойкость стеклопластиков, кроме вида смолы и типа стекла, могут влиять и такие факторы:

1)диаметр элементарного волокна

2)структура ткани -

3)количественное соотношение стекла и смолы

4)адгезия смолы к стеклу

5)метод изготовления

6)усадка смолы

7)степень полимеризации.

82

На химическую стойкость стеклопластика влияет распре­ деление в нем смолы, которое обуславливается:

1)видом перетяжения

2)круткой ткани

3)толщиной ткани

4)вязкостью пропиточного составам»

ПРИМЕНЕНИЕ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В отечественной химической промышленности стеклопла­ стики пока еще не имеют широкого применения, тогда как в их свойствах заложены большие возможности. Незначитель­ ный вес, антикоррозийные свойства стеклопластиков, успеш­ но заменяющих металл, вызывают к ним все больший прак­ тический интерес как к .материалу для изготовления химиче­ ской аппаратуры и' ее деталей.

Испытания изделий из стеклопластиков в агрессивных средах показали преимущество этих изделий перед другими, применяемыми ранее. Например, фаолитовая труба для по­ дачи газообразного аммиака в производстве сульфата ам­ мония, выходила из строя через 16—30'дней вследствие виб­ раций и гидравлических ударов. Труба из стеклопластика за 45 дней работы не имела каких-либо дефектов.

Барботажные Трубы в производстве гексахлорана, изго­ товленные из ст. 3 и плакированные свинцом, выходили из строя по причине коррозии через 8—10 дней. Срок службы труб из стеклопластиков равнялся 4—7 месяцам. В цехе метилхлорформиата были поставлены газоходы на абгазах, со­ держащих фосген, метанол, хлористый водород. В этих сре­ дах газоходы из стеклопластика оказались более стойкими, чем изшвинца.

На некоторых участках химического.производства венти­ ляционные турбинки (сталь марки ст. 3) быстро выходят изстроя: срок их службы 1,5—2 месяца.

С целью испытания из стеклопластика были выполнены лопатки турбинки вентилятора типа «Сирокко» (№ 5 и № 8). Для изготовления этих трапецеидальных лопаток были сде­ ланы простые пресс-формы. Затем из стеклопластиков бы­ ли изготовлены й другие детали вентилятора: диск, кольцо.

Турбинку вентилятора типа «Сирокко» № 5, изготовлен­ ную из стеклопластика, испытывали на вытяжке паров в от­ делении сушки уксуснокислого натрия. Вместо 1,5—2 хгеся-

-S3

ТАТЕВОСЬЯН Г, О., кандидат технических наук, Научно-исследовательЬкий институт пластмасс

ЗАЩИТА ФТОРОПЛАСТАМИ АППАРАТУРЫ И ОБОРУДОВАНИЯ В ХИМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Фторопласты — термопластические материалы, получа­ емые в результате полимеризации фторпроизводных этилена, (тетрафторэтилена или трифторхлорэтилена), а также их со­ полимеров с другими веществами. Все. эти пластики обла­ дают хорошей химической устойчивостью, высокими ди­ электрическими показателями и достаточной теплостой­ костью.

Промышленность производит фторопласты типа Ф-4 и Ф-3. В Ленинградском НИИПолимеризационных пластмасс разработаны новые виды фторопластов, которые сейчас находятся в опытном производстве.

Фторопласт-4

Политетрафторэтилен, или фторопласт-4, представляет собой жесткий материал белого цвета со скользкой поверх­ ностью, напоминающей на ощупь парафин. Он . содержит значительное количество кристаллической фазы с темпера­ турой плавления 320°. По химической стойкости Ф:4* пре­ восходит все известные органические материалы и такие ме­ таллы, как золото и платина. Он практически стоек ко всем минеральным и органическим кислотам, щелочам, органи­ ческим растворителям, окислителям и другим агрессивным средам. Ф-4 разрушается только расплавленными щелоч­ ными металлами и элементарным фтором; очень стоек к воздействию воды, его водопоглощение практически равнонулю; не смачивается водой и не набухает в ней.

85