Сначала четкий ответ
Стекловолокно может реагировать с кислотой, но результат зависит от типа кислоты, типа стекловолокна, системы смол и условий воздействия. Стекловолокно не является единым материалом. Он может означать свободное стекловолокно, стекловолоконную сетку, армированный стекловолокном пластик или стекловолокно, используемое в изделиях на основе цемента.
Большинство обычных кислот воздействуют на кварцевое стекло не так агрессивно, как щелочь или плавиковая кислота. Owens Corning объясняет, что кислоты оказывают незначительное воздействие на кварцевое стекло, за важным исключением плавиковой кислоты и, при высоких температурах, фосфорной кислоты. Это полезное общее правило, но оно не означает, что каждый продукт из стекловолокна безопасен в любой кислоте.
Фтористоводородная кислота - особый случай. Она может воздействовать на стекло, поскольку реагирует с диоксидом кремния и образует растворимые или газообразные фториды кремния. ScienceDirect описывает эту реакцию как причину, по которой фтористоводородная кислота разрушает стекло.
Короче говоря, ответ таков: Стекловолокно может противостоять многим слабым кислотам, но оно может быть повреждено сильными кислотами, длительным воздействием, высокой температурой или плавиковой кислотой. Если стекловолокно является частью стеклопластика, то смола и антикоррозийный барьер также имеют значение, как и стекловолокно.
Что на самом деле означает стекловолокно
Под стекловолокном обычно понимают стеклянные волокна, используемые в качестве арматуры. Волокна могут быть сплетены в сетку, нарезаны на нити, сделаны в виде матов или внедрены в смолу для изготовления армированного стекловолокном пластика. В строительстве слово “стекловолокно” используется для обозначения самых разных изделий.
Это важно, потому что воздействие кислоты меняется от продукта к продукту. Свободное стекловолокно подвергается прямому воздействию кислоты. Сетка из стекловолокна может иметь полимерное покрытие. Резервуар из армированного стекловолокном пластика может иметь богатый смолой антикоррозийный барьер до того, как кислота достигнет стекловолокна. Цементный продукт со стекловолокном может также иметь цементную матрицу вокруг волокон.
Руководства по химической стойкости стеклопластиков разъясняют этот момент. INEOS объясняет, что материалы FRP разработаны с антикоррозийным барьером для повышения производительности и срока службы. Это означает, что кислота сначала встречается с поверхностным слоем, богатым смолой, а не с самим стекловолокном.
Поэтому, когда покупатель спрашивает, реагирует ли стекловолокно с кислотой, лучше задать следующий вопрос: Какое изделие из стекловолокна подвергается воздействию, какова концентрация и температура кислоты?
Банка с кислотой Стекловолокно для атаки Выщелачивание
Многие стеклянные волокна - это материалы на основе силикатов. Кислоты не всегда быстро растворяют всю структуру стекла, но они все равно могут вымывать из него определенные ионы. Это может привести к снижению прочности со временем.
В известном исследовании, посвященном изучению волокон из электронного стекла в кислой среде, стекло подвергалось воздействию щавелевой, соляной, азотной и серной кислот. Исследование показало, что кислотная коррозия волокон из E-стекла в основном связана с истощением ионов кальция и алюминия, и что результат зависит не только от концентрации ионов водорода, но и от типа аниона кислоты.
Это важный момент для покупателей. Две кислоты с одинаковым pH могут нанести разный вред. Соляная, серная, азотная, органическая и фтористоводородная кислоты могут вести себя по-разному. Температура также изменяет результат. Время также изменяет результат.
Продукт может выглядеть хорошо после короткого контакта, но потерять прочность после длительного воздействия. Именно поэтому таблицы химической стойкости и испытания по конкретным проектам имеют большое значение при работе с промышленными кислотами.
Фтористоводородная кислота - самая опасная кислота для стекловолокна
Фтористоводородная кислота требует особого внимания. Она отличается от многих других кислот тем, что воздействует на кремнеземную сеть стекла. Она может растворить стекло, протравить его и повредить стеклопластиковую арматуру, если попадет на волокна.
В ScienceDirect говорится, что фтористоводородная кислота разрушает стекло, реагируя с диоксидом кремния и образуя фториды кремния. В статье Nature Communications от 2020 года также объясняется, что HF воздействует на связи Si-O в стекле и разрушает стеклянную сеть.
Именно поэтому стеклопластик обычно не является простым выбором по умолчанию для воздействия плавиковой кислоты. Некоторые стеклопластиковые системы могут быть рассчитаны на определенные условия воздействия плавиковой кислоты с помощью специальных систем смол и вкладышей, но это уже решение специалиста по коррозии. Не следует считать, что стекловолоконная сетка, стекловолокно или базовый стеклопластиковый продукт безопасны для плавиковой кислоты.
Фтористоводородная кислота также представляет серьезную опасность для здоровья. С ней должны работать только обученные люди, соблюдая надлежащие меры безопасности. При выборе материала покупатель всегда должен использовать руководство по химической стойкости и уточнять у поставщика смолы или композита.
Армированный стекловолокном пластик зависит от смолы
Когда люди спрашивают о стекловолокне и кислоте, они часто имеют в виду стеклопластиковые резервуары, стеклопластиковые трубы, стеклопластиковые решетки или изделия из стеклопластика. Эти изделия состоят не только из стекловолокна. Это стекловолокно плюс смола. Смола определяет большую часть химической стойкости.
Виниловые эфирные смолы часто используются в коррозионно-стойком стеклопластике, поскольку они устойчивы к широкому спектру кислот, щелочей, отбеливателей и растворителей. В руководстве по Derakane компании Ashland смолы серии Derakane 411 описаны как признанная серия эпоксидных виниловых эфирных смол, обладающих устойчивостью к широкому спектру кислот, щелочей, отбеливателей и растворителей.
Именно поэтому два изделия из стекловолокна могут иметь совершенно разные характеристики в одной и той же кислоте. Недорогой полиэстер FRP продукт может не прослужить в среде с сильной кислотой. Правильно разработанный стеклопластик на основе винилового эфира с антикоррозийной защитой может прослужить гораздо дольше. Изделие с трещинами, плохой полимеризацией, тонким слоем смолы или открытыми волокнами может выйти из строя быстрее.
Покупатель должен спрашивать не только: “Это стекловолокно?”. Покупатель должен спросить:
| Вопрос | Почему это важно |
|---|---|
| Какая смола используется? | Смола обеспечивает большую часть кислотостойкости. |
| Есть ли антикоррозийный барьер? | Барьер защищает стекловолокно от прямого контакта с кислотой. |
| Какая стеклянная завеса используется? | С-стекло или синтетическая вуаль могут повысить коррозионную стойкость некоторых систем. |
| Какая кислота присутствует? | Различные кислоты по-разному воздействуют на стекло и смолу. |
| Какая концентрация и температура? | Более высокая концентрация и температура обычно повышают риск. |
| Воздействие осуществляется непрерывно или только иногда? | Непрерывное погружение гораздо суровее, чем кратковременное воздействие брызг. |
E-Glass, ECR Glass, C-Glass и AR Glass ведут себя не одинаково
Кислотостойкость стеклопластика также зависит от типа стекла. Е-стекло распространено и экономично, но оно не всегда является лучшим выбором для работы с кислотами. Стекло ECR отличается повышенной химической стойкостью. С-стекло часто используется в качестве антикоррозийной стеклянной завесы в антикоррозийных барьерах из стеклопластика. Стекло AR в основном предназначено для обеспечения устойчивости к щелочам в цементных средах.
В справочнике по маркам стекловолокна указано, что стекло E имеет относительно низкую кислотостойкость, в то время как стекло ECR используется там, где требуется прочность, электрическое сопротивление и устойчивость к кислотной коррозии. В том же справочнике стекло AR описывается как щелочестойкое стекло, используемое в цементных основаниях и бетоне.
В исследовательской работе, посвященной стеклу ECR, также говорится, что стекло ECR обладает гораздо лучшей кислотостойкостью, чем E-стекло, поскольку продукты коррозии могут образовывать тонкую защитную пленку, которая замедляет дальнейшую коррозию.
Этот момент полезен для покупателей строительных материалов. Сетка из стекловолокна для цемента может быть выбрана по щелочестойкости, а не по кислотостойкости. Стекловолокно для химических резервуаров может быть выбрано по кислотостойкости, а не по щелочестойкости цемента. Одно и то же слово “стекловолокно” не говорит всей правды.
Стекло AR предназначено в основном для щелочей, но не для всех кислот
Стекло AR означает щелочестойкое стекло. Оно используется в GFRC, цементных изделиях и бетоне, поскольку цемент сильно щелочной. EOTA утверждает, что стекловолокна AR изготавливаются с использованием диоксида циркония для достижения высокой щелочестойкости.
Это отличается от кислотостойкости. AR-стекло может иметь хорошую химическую стойкость, и некоторые поставщики AR-стекла также описывают хорошую кислотостойкость. Но основная причина существования AR-стекла - это устойчивость к щелочам. Покупатель не должен полагать, что AR-стекло автоматически решает все проблемы, связанные с воздействием кислот.
Если проект - это GFRC, цементный раствор, бетон или строительный раствор, то часто правильным решением будет использование AR-стекла или стекловолоконной сетки со щелочестойким покрытием. Если проект связан с хранением кислот, кислотными выхлопами, кислотными сточными водами или химической обработкой, покупатель должен перейти к обсуждению коррозионного дизайна стеклопластика. Это обсуждение включает в себя тип смолы, конструкцию лайнера, завесу, температуру, концентрацию кислоты и данные испытаний.
Для Ecocretefiber™, Это различие очень важно. Армирование цементом и обслуживание химической коррозии - это не одна и та же рыночная проблема. Выбор волокна должен соответствовать окружающей среде.
Реагирует ли стекловолоконная сетка с кислотой?
Стекловолоконная сетка может вступать в реакцию с кислотой, если стеклянная нить или покрытие не устойчивы к этой кислоте. Сетка для стен, используемая в штукатурке или штукатурке, обычно рассчитана на воздействие щелочного цемента, но не обязательно на погружение в кислоту. Она может иметь щелочестойкое покрытие. Такое покрытие помогает при работе с цементом. Оно не делает сетку автоматически пригодной для промышленных кислот.
Сетка, подвергшаяся воздействию слабой очищающей кислоты в течение короткого времени, может выжить. Сетка, подвергшаяся воздействию сильной кислоты, многократной промывке кислотой, парами кислоты или влажной кислотой, может со временем потерять прочность. Покрытие может размягчиться, разбухнуть или разрушиться. Тогда кислота может добраться до стеклянных волокон и разрушить их.
Это касается стеновых систем, гидроизоляции, зон химических заводов, пищевых предприятий, зон сточных вод и промышленных полов. Перед использованием стекловолоконной сетки покупатель должен проверить химическую среду. Если ожидается воздействие кислот, покупатель должен запросить данные о химической стойкости, а не только вес сетки и прочность на разрыв.
Если сетка вмонтирована в цемент, то в первую очередь необходимо проверить ее на устойчивость к щелочи. Если готовая стена или покрытие будут подвергаться воздействию кислотных моющих средств или паров кислот, система нуждается во второй проверке на кислотостойкость.
Вступает ли стекловолокно в реакцию с кислотой в бетоне или цементе?
В материалах на основе цемента основным химическим фактором для стекловолокна обычно является щелочь, а не кислота. Цементная паста сильно щелочная, поэтому обычное Е-стекло может разрушаться в такой среде. Именно поэтому стекло AR с диоксидом циркония используется в GFRC и цементных изделиях. В стандарте EOTA указано, что в стекле AR используется диоксид циркония для достижения высокой щелочестойкости.
Воздействие кислот - это совсем другая проблема. Кислота может воздействовать на саму цементную матрицу. Если кислотная вода, кислотные дожди, промышленная кислота или кислотные сточные воды попадают на бетон, цементная паста может разрушиться. Тогда волокна могут стать уязвимыми. Если волокна стеклянные, кислотостойкость зависит от типа стекла. Если волокна полипропиленовые, то кислотостойкость зависит от полимера и условий воздействия.
Для бетонных проектов это означает, что при проектировании необходимо учитывать как матрицу, так и арматуру. Прочное волокно само по себе не может защитить цементную матрицу от сильного воздействия кислоты. Могут потребоваться кислотостойкие покрытия, футеровки, химически стойкие растворы, системы смол или специальные конструкции бетона.
Что происходит, когда стеклопластик долгое время подвергается воздействию кислоты?
Длительное воздействие кислоты может вызвать ряд проблем.
Во-первых, кислота может воздействовать на смолу, покрытие или на размер. Стекловолокно часто имеет на поверхности защитный слой для улучшения сцепления со смолой или цементом. Если размер разрушается, связь может ослабнуть.
Во-вторых, кислота может вымывать ионы из стекла. Исследование кислотной среды, проведенное компанией E-glass, показало, что основную роль в кислотной коррозии играет разрушение кальция и алюминия.
В-третьих, прочность волокна может снизиться. Армирование стекловолокном зависит от прочности непрерывных волокон. Если стекловолокно ослабнет, весь композит может потерять прочность на разрыв.
В-четвертых, трещины или микротрещины могут пропускать больше кислоты. В стеклопластике, когда кислота проходит через барьер из смолы, стеклянные слои могут подвергнуться более быстрому воздействию. Вот почему в коррозионностойком стеклопластике используются барьеры с высоким содержанием смолы и тщательная разработка ламината. INEOS описывает антикоррозийные барьеры FRP как способ улучшения эксплуатационных характеристик и долговечности.
Поэтому сначала кислотное повреждение может быть медленным, но после увеличения времени воздействия оно может стать серьезным.
Является ли стекловолокно кислотостойким?
Стекловолокно не следует называть кислотостойким в широком смысле. Лучше использовать термин кислотоустойчивость в определенных условиях. Условия включают тип кислоты, концентрацию, температуру, время воздействия, структуру изделия, тип стекла, тип смолы и защиту поверхности.
Это различие имеет значение, потому что “кислотостойкий” звучит как абсолютный. Большинство строительных и промышленных материалов не являются абсолютными. Они выбираются с учетом условий эксплуатации. Материал может быть устойчив к серной кислоте 5% при комнатной температуре, но не выдержать воздействия горячей концентрированной кислоты. Материал может выдержать воздействие брызг, но не выдержать полного погружения. Материал может быть устойчив к воздействию соляной кислоты в одной системе смол, но выйти из строя в другой.
По этой причине существуют руководства по выбору смолы для стеклопластика. INEOS и Ashland публикуют руководства по химической стойкости, чтобы помочь инженерам выбрать системы смол для коррозионностойкого стеклопластикового оборудования.
Для покупателей это означает, что правильным вопросом будет не “Является ли стеклопластик кислотостойким?”. Правильный вопрос: “Какая система из стекловолокна рассчитана на эту кислоту, при этой концентрации и температуре, при этом времени воздействия?”
Какие кислоты обычно более опасны?
Фтористоводородная кислота представляет собой наиболее очевидную опасность для стекловолокна, поскольку она непосредственно воздействует на кремнеземную сеть стекла.
Сильные минеральные кислоты также могут быть опасны, особенно при длительном воздействии или высокой температуре. Исследование кислотной коррозии E-стекла включало соляную, азотную, серную и щавелевую кислоты и показало, что разные кислоты по-разному выщелачивают компоненты стекла.
Фосфорная кислота также может стать более опасной при высокой температуре. Owens Corning отмечает, что высокотемпературная фосфорная кислота является исключением для долговечности кварцевого стекла.
Не следует игнорировать и органические кислоты. Их поведение зависит от концентрации, температуры и способности вступать в комплекс с выщелоченными ионами. Это одна из причин, по которой химическое обслуживание должно рассматриваться в каждом конкретном случае.
Практический рейтинг кислотного риска для покупателей выглядит следующим образом:
| Тип кислотного воздействия | Риск для стекловолокна |
|---|---|
| Умеренные кратковременные брызги кислоты | Часто поддается обработке, если смола или покрытие подходят. |
| Непрерывное погружение в кислоту | Необходимы данные о химической стойкости и дизайн системы. |
| Воздействие горячей кислоты | Повышенный риск, требуется осмотр специалиста. |
| Воздействие фтористоводородной кислоты | Очень высокий риск для стекловолокна и требует особого выбора материала. |
| Кислотное воздействие в цементных системах | Сначала может разрушиться цементная матрица, а затем обнажиться волокно. |
Как покупатели должны выбирать стеклопластик для кислотных сред
Покупатель должен начать с условий химического обслуживания. Покупатель должен указать название кислоты, концентрацию, температуру, время воздействия, цикл очистки, давление, абразивное воздействие, а также то, является ли кислота жидкой, парообразной или разбрызгиваемой.
Затем покупатель должен подтвердить систему стекловолокна. Если продукт FRP, запросите тип смолы, толщину антикоррозийного покрытия, тип стеклянной вуали, конструкцию структурного ламината и таблицу химической стойкости. Если это сетка, спросите тип стекла, тип покрытия, прочность на разрыв после химического воздействия и совместимость с системой. Если продукт представляет собой цементное волокно, спросите, является ли среда щелочной, кислотной или и той, и другой.
При использовании промышленных кислот покупатель не должен полагаться только на общее утверждение о стекловолокне. Покупатель должен использовать руководство по выбору смолы или обратиться к поставщику за письменным подтверждением. Компании INEOS и Ashland предоставляют руководства по химической стойкости для выбора смолы в коррозионно-стойком стеклопластиковом оборудовании.
Для строительства на основе цемента покупатель не должен использовать обычное Е-стекло, не проверив его пригодность. Если речь идет об армировании GFRC или цемента, обычно выбирают стекло AR или щелочестойкую сетку. Если предполагается воздействие кислот, покупатель должен проверить как щелочестойкость, так и кислотостойкость.
Почему эта тема важна для Ecocretefiber™
Этот вопрос важен, потому что многие покупатели используют слово “стекловолокно” в широком смысле. Они могут иметь в виду стекловолоконную сетку, стекловолокно AR, рубленые стеклянные нити или стеклопластиковый композит. Каждый продукт по-разному реагирует в кислоте и в цементе.
Ecocretefiber™ от Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. поддерживает выбор бетона и строительного волокна. Цель состоит не только в том, чтобы продать волокно. Цель - подобрать волокно для реальных условий эксплуатации. Цементные системы нуждаются в щелочестойкости. Промышленные системы, подвергающиеся воздействию кислот, нуждаются в химической стойкости. Бетонным плитам могут понадобиться полипропиленовые микроволокна или макросинтетические волокна. Для GFRC требуется стекловолокно AR.
Покупатель, понимающий эту разницу, принимает более правильные решения о покупке. Покупатель избегает использования неправильного стекловолокна в цементе. Покупатель избегает предположения, что все стекловолокно кислотостойкое. Покупатель также знает, когда следует запросить данные о смоле, покрытии или химическом старении.
Заключение
Стекловолокно может реагировать с кислотой, но реакция зависит от кислоты и системы стекловолокна. Многие кварцевые стекла достаточно хорошо противостоят многим распространенным кислотам, но фтористоводородная кислота является большим исключением, поскольку она разрушает кремнеземную сеть стекла. Сильные кислоты, горячие кислоты и длительное воздействие могут также ослабить стекловолокно в результате выщелачивания и коррозии.
В стеклопластике система смолы и антикоррозийный барьер имеют решающее значение. Кислота может сначала воздействовать на смолу, а если она достигнет стеклянной арматуры, то повреждение волокон может снизить прочность. Вот почему химическая стойкость стеклопластика зависит от выбора смолы, конструкции барьера, выбора стеклянной вуали и условий эксплуатации.
В материалах на основе цемента основной проблемой для стекловолокна часто является щелочь, а не кислота. В стекловолокнах AR используется диоксид циркония для защиты от щелочной цементной среды. Если воздействие кислот также присутствует, покупатель должен проверить кислотостойкость отдельно.
Практическое правило простое. Не считайте стекловолокно кислотостойким. Считайте его кислотостойким только в том случае, если тип стекла, смола или покрытие, а также условия воздействия подтверждают это. Покупателям строительных материалов Ecocretefiber™ поможет связать выбор материала с реальной окружающей средой: от вопросов, связанных со стекловолокном и стеклосеткой AR, до решений на основе полипропилена и макросинтетических волокон для бетона.
