酸酐固化玻璃钢管材在三元液中的耐腐蚀性

2014-03-22陈先雷张丽东北石油大学大庆油田设计院

油气田地面工程 2014年2期

陈先雷张丽东北石油大学大庆油田设计院

酸酐固化玻璃钢管材在三元液中的耐腐蚀性

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酸酐固化玻璃钢管材的主要成分为玻璃纤维、环氧树脂和固化剂，其腐蚀机理与腐蚀过程遵循高分子材料的腐蚀过程，主要为物理、化学及生物等腐蚀。酸酐固化玻璃钢管材在65℃三元介质（NaOH含量850 mg/L、聚合物1 100 mg/L、表活剂130 mg/L）中浸泡135天时，其弯曲应力、环向拉伸、巴氏硬度均出现下降趋势。酸酐固化玻璃钢管存在大量的游离酸性物质和大量的酯键，易与碱发生酸碱中和反应及水解反应，降低了玻璃钢管材的承压能力及力学性能。

玻璃钢管材；三元介质；腐蚀机理；耐腐蚀试验

1 腐蚀机理

酸酐固化玻璃钢管材的主要成分为玻璃纤维、环氧树脂和固化剂，其结构特点是非均质、不连续、各向异性，分为基体相、增强相和界面相[1]。其腐蚀机理与金属不同，一方面腐蚀介质会向材料内部渗透。另一方面，材料中的某些成分也会从材料内部向外扩散迁移，并溶解在介质中。它的腐蚀机理与腐蚀过程遵循高分子材料的腐蚀过程，主要为物理、化学及生物等腐蚀[2]。

2 耐腐蚀性试验

2.1 性能变化

将酸酐固化玻璃钢管段在65℃三元介质（NaOH含量850 mg/L、聚合物1 100 mg/L、表活剂130 mg/L）中进行225天的腐蚀试验，并对不同试验周期的管段进行力学、热学性能测试，以确定酸酐固化玻璃钢管道在三元介质中的性能变化。

从试验曲线可以看出，酸酐固化玻璃钢管材在三元介质中浸泡135天时，其树脂含量及Tg值无明显变化，而弯曲应力、环向拉伸、巴氏硬度均出现下降趋势。说明在试验过程中，三元介质与管材表面树脂发生反应，使管材表面的巴氏硬度出现下降；并且三元介质逐渐进入纤维毛细管和树脂与纤维界面的微裂纹中，削弱了管材的承压能力。短时水压失效压力的下降，进一步证明此时玻璃钢管在三元液的腐蚀下，化学键已经发生断裂，致使管材的承压能力下降。

2.2 XPS能谱分析

对腐蚀模拟试验前、后的试验管段进行XPS能谱测试，分析管体中各元素含量的变化，见表1。从表1中数据可以看出，管段在三元液中浸泡135天时，各元素含量均有变化，尤其是Na元素的出现，说明已有三元介质渗透到树脂或微裂纹中。酸酐固化玻璃钢管是以酯键为主体链接，酯键可与碱发生置换反应生成钠盐。分析认为，酸酐固化玻璃钢管存在大量的游离酸性物质和大量的酯键（-R'-COO-R-），易与碱发生酸碱中和反应及水解反应。虽然在三元介质中碱的含量只有850 mg/L，反应比较缓慢，但因三元介质中存在超低表面张力表面活性剂，加速了三元介质向玻璃钢基体渗透及腐蚀速度，使管壁内表面的巴氏硬度下降，力学性能削弱。随着浸泡周期的延长，树脂含量将会明显下降，管道性能的变化将会更加显著。