電廠FGD脫硫系統中高耐磨防腐材RCC

樹脂陶瓷聚合體的研究與應用

（上海富晨化工有限公司 技術研究中心，上海200235）

摘  要：本文針對現有電廠FGD脫硫系統的耐磨防腐蝕要求和可用陶瓷基先進復合材料的現狀，研發出了一種新型的高耐磨防腐RCC樹脂陶瓷聚合體復合材料,該材料以高性能樹脂為基體，球形多孔碳化硅陶瓷、納米氧化鋯為骨架材料，同時填充碳化硅晶須為補強增韌材料，是一種新型樹脂/陶瓷復合材料。本文對該復合材料的力學性能、耐磨性能及現場應用性能等進行了研究,結果顯示該材料具有優良的耐磨性能和施工粘附性，這為電廠防磨領域提供了良好的材料選擇。

關鍵詞：電廠脫硫；耐磨防腐；陶瓷樹脂復合材料

1     引言

我國90%以上燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術^[1]。由于FGD系統內循環運行的主要是石灰石-石膏漿液及其他部分雜質，這些流體不但具有一定的腐蝕性，更具有較強的磨損性，對漿液循環泵、葉片及管道等脫硫裝置產生嚴重磨損^[2]。

現有的FGD系統脫硫系統的耐磨和防腐蝕材料主要有鎳基耐蝕合金、橡膠襯里、鱗片膠泥、耐磨鱗片膠泥、玻璃鋼、耐蝕塑料、耐蝕硅酸鹽材料等，這些材料有不同性能特點，應用區域也各不相同（你想替代的是那種材料？還是可以全部替代）。針對重點磨損需求，不少專業學者和技術人員對陶瓷基先進復合材料做了大量研究，一般采用級配的碳化硅（SiC），或剛玉粉（主要成分Al₂O₃），或陶瓷粉（主要成分SiO₂和Al₂O₃）等與**復合，制備成樹脂陶瓷耐磨復合材料，并開發出多種陶瓷類耐磨防腐材料^[3-5]。其中碳納米材料改性樹脂基陶瓷纖維混雜復合材料，從不同組合的力學性能等方面進行了研究，并有成功應用案例^[6]。但是未進一步對比測試上述陶瓷基復合材料和傳統材料的耐磨性能，尤其是陶瓷粉還分不同種類，即使是同一種陶瓷粉因為其生產工藝不一樣而具有不同的微觀結構，進而表現為較大的性能差異。本文以高性能樹脂為基體、以球形多孔陶瓷和納米氧化鋯等為骨架材料、碳化硅晶須為補強增韌材料，對其耐磨性能、力學性能等進行研究。

2    實驗部分

2.1  原材料

高性能樹脂（大概的組分名稱？）、球形多孔陶瓷（ABC三種規格）、碳化硅晶須、納米氧化鋯、固化劑、偶聯劑、其它助劑等。

2.2  工藝

對球形多孔陶瓷、碳化硅晶須、納米氧化鋯分別采用偶聯劑進行表面改性處理，然后按照一定的比例先后倒入到已添加助劑的高性能樹脂當中并攪拌均勻，最后加入固化劑，再次攪拌均勻后制備出RCC樹脂陶瓷聚合體，按力學性能和耐磨性能等測試要求加工成相應的形狀。另外，采用上述方法（配比有改變）制備RCC樹脂陶瓷聚合體底涂并涂覆到已噴砂處理的鋼板樣塊上，用于粘接性能測試。

最終制備的材料的照片（宏觀/微觀），至少應該有簡單的相關描述，例如，最終獲得了陶瓷纖維/陶瓷球互相穿插****，復合增強的*****材料，

2.3  測試設備及標準

力學性能測試設備：德國Zwick Roell集團制造的Zwick Allround電子萬能試驗機；測試標準：GB/T1447-2005、GB/T1449-2005。（GB/T 1041-2008 塑料 壓縮性能的測定。）

摩擦磨損性能測試設備：美國Falex 多試件摩擦磨損試驗機；測試標準：GB3960-2016（《塑料滑動摩擦磨損試驗方法》）。

底涂粘接性能測試設備：進口“液壓式粘合度測試儀HATE”， 該儀器的測量范圍是1～18MPa；測試標準或方法：ASTM D4541“便攜式附著力測定儀測試涂層附著力方法（拉開法）”。

3    實驗結果與分析

3.1  RCC樹脂陶瓷聚合體的力學性能

采用萬能試驗機對RCC樹脂陶瓷聚合體（樣件尺寸為30×6×4mm）的抗彎強度和壓縮強度進行測試，分別測試了5組，測試結果如下表3.1:

表3.1 RCC樹脂陶瓷聚合體力學性能測試結果表

從表3.1中可以看出RCC樹脂陶瓷聚合體的抗彎強度在27Mpa以上，抗壓強度在285Mpa以上。目前廣泛使用的耐磨內襯材料丁基橡膠的抗彎強度小于10Mpa、抗壓強度小于100Mpa，說明RCC樹脂陶瓷聚合體在力學性能方面遠遠優于襯膠。

3.2  RCC樹脂陶瓷聚合體熱穩定性

對RCC樹脂陶瓷聚合體（樣件尺寸為30×6×4mm）的熱變形溫度進行測試。加載速率為1mm/min，測量其從室溫到200℃的尺寸變化情況，觀察RCC樹脂陶瓷聚合體在高溫情況下的尺寸穩定性。分別測試了5組，測試結果如下表3.2:

表3.2 RCC樹脂陶瓷聚合體熱穩定性測試結果表

上表看似數據較多，但對比效果不明顯，建議簡化上述表格，或增加傳統材料的變化數值進行對比。

從表3.2中可以看出RCC樹脂陶瓷聚合體的在200℃時仍然沒有發生形變，這說明球形多孔陶瓷、碳化硅晶須、納米氧化鋯等的加入，大幅度（多少？）提高了（為什么說提高了？跟誰比的？要不就不比，只進行簡單的描述，要比較就得有簡單的數值或對象）樹脂基復合材料的熱穩定性，因為這些骨架等材料本身具有較高的耐熱性，不容易在高溫條件下發生形變，同時特殊的結構（哪些地方特殊了？）還可以約束樹脂基體的形變。

3.3  RCC樹脂陶瓷聚合體摩擦磨損性能分析

圖3.3是RCC樹脂陶瓷聚合體樣塊（3#）與耐磨鱗片膠泥樣塊（2#）、純樹脂樣塊(1#)在不同摩擦時間下的磨損量折線圖。（是否由磨損試驗前后的照片？）圖3.3中60min時，3#樣塊的磨損量為1.0mg，2#樣塊的磨損量為5.2mg，1#樣塊的磨損量是13.8mg。結果表明，在樹脂基體中加入球形多孔陶瓷、納米氧化鋯和碳化硅晶須后，大大提高了RCC樹脂陶瓷聚合體的耐摩擦性能。這是因為碳化硅晶須和納米氧化鋯具有較高的表面能，對樹脂中的大分子鏈有吸附作用，從而可以傳遞和吸收分子鏈之間的應力，同時他們又能阻礙樹脂中的大分子呈條狀形式從整體中剝離，減弱樹脂基體的摩擦磨損；更重要的是，球形多孔陶瓷骨架對樹脂基體具有很強的束縛作用，可以有力阻止樹脂基體在摩擦過程中的形變，同時球形多孔陶瓷特殊的結構成了載荷的主要承受骨架，分擔了絕大部分載荷，減少了樹脂基體與外界摩擦接觸，很好的保護了樹脂基體，使得磨損量降低到最低。

圖3.3 RCC樹脂陶瓷聚合體（1#）、樹脂（2#）及耐磨膠泥（3#）的磨損量

3.4  RCC樹脂陶瓷聚合體與基體的粘接性能

在150×150×5的單面鋼板上進行噴砂除銹達到Sa2.5,粗糙度75微米左右，再將配制好的RCC樹脂陶瓷聚合體底涂層涂覆在鋼板上。鋼板試樣在經后固化處理后進行測試，每組5個試樣，金屬粘接頭的Φ19.2，粘接面積280.0mm²。

表3.4 RCC樹脂陶瓷聚合體底涂粘接強度表

采用拉開法可以在涂裝現場進行附著力檢測的方法。它能更加直觀和及時地測出涂層對基材的附著力情況^[7]。從表3.4中看出，RCC樹脂陶瓷聚合體底涂的附著力高達20Mpa以上，而丁基橡膠襯里的粘接強度不超過8Mpa。

4    結  論（按重要性排序）

（1）    RCC樹脂陶瓷聚合體具有優異的耐磨性能，耐磨耗系數小于15mg/1000g；

（2）    RCC樹脂陶瓷聚合體具有優異的力學性能，抗彎強度在27Mpa以上，抗壓強度在285Mpa以上。目前廣泛使用的耐磨內襯材料丁基橡膠的抗彎強度小于10Mpa、抗壓強度小于100Mpa，說明RCC樹脂陶瓷聚合體在力學性能方面遠遠優于襯膠；

（3）    RCC樹脂陶瓷聚合體具有較高的熱穩定性，200℃時仍然沒有發生形變；

（4）    RCC樹脂陶瓷聚合體配套專用底涂具有超強的附著力，可以直接涂刷在碳鋼、不銹鋼、鈦、玻璃纖維、復合材料、塑料及混凝土的表面^[8]，其中與碳鋼基體的粘接強度高達20Mpa以上。

5    應  用

針對FGD系統內高磨損區域、設備或管道的磨損特點和要求，以高耐磨耐腐蝕耐溫的RCC樹脂陶瓷聚合體復合材料為基礎，可以給出FGD系統耐磨防腐解決方案。該方案具有如下特點：

（1）   適應性廣：針對多宗不同應用環境和部件，可調整配方滿足各種復雜工況；

（2）   耐磨性好：特殊處理下，可以表面光潔度高、運行阻力小、耐磨強度高；

（3）   防腐性優：可耐酸、堿、鹽水、有機溶劑、氧化性物質等多種介質；

（4）   粘接性強：與碳鋼的粘接強度≥20Mpa，是襯膠和襯塑材料的幾倍；

（5）   安全性高：產品為難燃設計，可有效消除施工過程中的火災隱患；

（6）   工藝性佳：施工簡單、方便，可修復性好，使用壽命長；

目前，RCC樹脂陶瓷聚合體已廣泛應用于FGD脫硫塔內防腐的維修，漿液循環管道彎頭、變徑頭、法蘭端面等特殊部位修復，以及有大量粉塵的、高耐磨防腐需求（如垃圾焚燒電廠）等領域。具體已使用該產品的典型業主有：齊魯石化熱電廠、揚子石化熱電廠、新疆哈密電廠、江蘇望亭電廠、河南滎陽電廠等。

【參考文獻】

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