艦船管系絕緣密封墊片電絕緣性能研究

李竹影，曹文康，劉　冶，張曉東

（海軍工程大學(xué)，武漢430033）

艦船管系絕緣密封墊片電絕緣性能研究

李竹影，曹文康，劉冶，張曉東

（海軍工程大學(xué)，武漢430033）

研究了用于艦船管系異種金屬絕緣的石棉橡膠纖維墊片和環(huán)氧墊片在海水、堿溶液（10%NaOH溶液）、酸溶液（10%H2SO4溶液）和重油中浸泡后，其體電阻率和面電阻率隨浸泡時間的變化規(guī)律。實驗結(jié)果顯示，石棉橡膠纖維墊片在酸、堿溶液中浸泡兩個月后，其濕態(tài)電阻降低到102歐姆（或歐姆?厘米）量級，在海水中的電絕緣有效期約為4個月，環(huán)氧墊片的濕態(tài)電阻可保持為104～6歐姆（或歐姆?厘米）量級，環(huán)氧材料組成的墊片其絕緣性能遠(yuǎn)好于石棉橡膠纖維墊片的絕緣性能。

石棉橡膠纖維墊片；環(huán)氧墊片；電阻率

1　前言

艦船在長期的海洋環(huán)境中，其船體、裝置、管路等均會受到腐蝕的危害。我國海軍艦船因腐蝕導(dǎo)致的維修費用占整個維修費用的二分之一左右，艦艇因腐蝕而損失戰(zhàn)斗性能的事故也曾多次發(fā)生[1]。在艦船各種腐蝕現(xiàn)象中，異種金屬接觸腐蝕作為一種典型腐蝕類型逐漸受到關(guān)注。

艦船船體、設(shè)備及管路等系統(tǒng)構(gòu)件通常由不同金屬制造而成，這些金屬在海水中具有不同的自腐蝕電位，當(dāng)其直接接觸并與周圍介質(zhì)構(gòu)成回路時，會發(fā)生異種金屬接觸腐蝕[2]。接觸金屬的電位差是接觸腐蝕的直接推動力，若切斷異種金屬之間的直接聯(lián)系，即對其進(jìn)行絕緣處理，則可有效防止接觸腐蝕的發(fā)生[3]。

目前，在艦船修理過程中，承修單位對異種金屬的絕緣處理重視程度不夠，雖采取了部分措施，但距離相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求還有一定差距。修理廠經(jīng)常使用石棉橡膠纖維材料作為管件法蘭間、管件與附件間或與船體間的絕緣密封墊片，但這些墊片的使用，并沒有減緩異種金屬間的接觸腐蝕現(xiàn)象，法蘭、緊固件和接頭附近的管段在較短時間內(nèi)仍出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，甚至造成管子穿孔和接頭斷裂，嚴(yán)重妨礙了武器裝備的正常使用。

為進(jìn)一步分析管路絕緣密封材料電絕緣性能失效規(guī)律，為開發(fā)長效絕緣密封墊片奠定基礎(chǔ)，提升管路異種金屬接觸腐蝕防護(hù)能力，本文對石棉橡膠纖維和環(huán)氧材料在海水、酸、堿等溶液中的絕緣性開展了實驗研究。

2　實驗

選取厚度分別為1 mm、2 mm的石棉橡膠纖維墊片和厚度為1.5 mm的環(huán)氧墊片等三組樣品，將它們分別浸泡在3%NaCl溶液、10%NaOH溶液、10%H2SO4溶液和重油中，采用體積表面電阻率測試儀，在不同浸泡時間內(nèi)測量它們濕態(tài)電阻率（浸泡后在墊片表干情況下的電阻率）的變化情況[4]，進(jìn)而研究它們的電絕緣性能。

3　結(jié)果和討論

3.1三類墊片的干態(tài)電阻率

采用體積表面電阻率測試儀所測得的三類船用墊片的干態(tài)電阻率如表1所示。

表1　三類墊片的干態(tài)電阻率Table 1　The dry resistivity of the three types of gasket

表1顯示環(huán)氧墊片的干態(tài)電阻率位于1011～12歐姆（或歐姆?厘米）量級，1 mm厚的石棉橡膠墊片的電阻率位于109歐姆（或歐姆?厘米）量級，2 mm厚的石棉橡膠墊片的電阻率位于107～9歐姆（或歐姆?厘米）量級，三類板均可耐受500 V的脈沖電壓。

3.2三類墊片在3%NaCl溶液的電阻率變化

表2顯示在海水中，環(huán)氧墊片在浸泡125天后，濕態(tài)電阻率下降到106歐姆（或歐姆?厘米）量級，其耐受的脈沖電壓降為250 V。1 mm厚和2 mm厚的石棉橡膠墊片的電阻率下降至103歐姆（或歐姆?厘米）量級，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的最低限，它們的耐受脈沖電壓降為50 V。

表2　三類墊片在3%NaCl溶液中浸泡38天、80天和125天的濕態(tài)電阻率Table 2　The wet resistivity of the three types of gasket when being soaked in the 3%NaCl solution for 38，80 and 125 days

3.3三類墊片在10%NaOH溶液中電阻率的變化

表3顯示在10%NaOH堿溶液中，環(huán)氧墊片在浸泡125天后，濕態(tài)電阻率下降到105歐姆?厘米量級，表面電阻率下降到104歐姆量級，其耐受的脈沖電壓維持在250 V。但是1 mm和2 mm厚的石棉橡膠墊片的電阻率在80天時，就下降到了102歐姆（或歐姆?厘米）量級，低于標(biāo)準(zhǔn)值的要求，電絕緣性能失效，它們的耐受脈沖電壓仍為50 V。

表3　三類墊片在10%NaOH溶液中浸泡38天、80天和125天的濕態(tài)電阻率Table 3　The wet resistivity of the three types of gasket when being soaked in the 10%NaOH solution for 38，80 and 125 days

3.4三類墊片在10%H2SO4溶液中電阻率的變化

表4顯示在10%H2SO4溶液中，環(huán)氧墊片在浸泡125天后，濕態(tài)電阻率下降到104歐姆?厘米量級，表面電阻率也下降到104歐姆量級，其耐受的脈沖電壓下降到50 V。而1 mm厚和2 mm厚的石棉橡膠墊片的電阻率，分別在38天和80天時，就下降到了102歐姆（或歐姆?厘米）量級，低于標(biāo)準(zhǔn)值的要求，電絕緣性能失效，它們的耐受脈沖電壓仍為50 V。

表4　三類墊片在10%H2SO4溶液中浸泡38天、80天和125天的濕態(tài)電阻率Table 4　The wet resistivity of the three types of gasket when being soaked in the 10%H2SO4solution for 38，80 and 125 days

3.5三類墊片在重油中電阻率的變化

表5顯示在重油中，環(huán)氧板、1 mm厚和2 mm厚的石棉橡膠墊片在浸泡125天后，濕態(tài)電阻率均保持在一個良好值狀態(tài)，其耐受的脈沖電壓只下降到250 V。但是，重油對石棉橡膠墊片有溶解作用，長時間浸泡在重油中，墊片的表面被破壞。所以，認(rèn)為其電絕緣性能也失效。

表5　三類墊片在重油中浸泡38天、80天和125天的濕態(tài)電阻率Table 5　The wet resistivity of the three types of gasket when being soaked in the heavy oil for 38，80 and 125 days

3.6三類墊片在四種溶液中平均電阻率的變化

為了清楚地看出各種溶液對三類墊片絕緣性能的影響，繪出了每一類墊片平均電阻率隨時間變化的柱形圖。

3.6.1環(huán)氧墊片

由圖1可看出：相比于干態(tài)電阻（黑色柱），在實驗所采用的四種溶液中，環(huán)氧類墊片的濕態(tài)電阻率出現(xiàn)了明顯的下降。

圖1　環(huán)氧墊片的電阻率隨時間的變化圖Fig.1　The variation of the resistivity of the epoxy gaskets with soaking time

實驗期間，其電絕緣性能（電阻率為106歐姆（或歐姆?厘米）量級）是滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的，其耐受電壓在海水、堿性溶液和重油中都下降到250 V。短期實驗結(jié)果顯示環(huán)氧類墊片在酸性溶液中的耐受性較差，因為在10%H2SO4酸溶液中浸泡125天后，環(huán)氧類墊片的濕態(tài)電阻率下降到104歐姆?厘米量級，表面電阻也下降到104歐姆量級，其耐受的脈沖電壓下降到50 V。

3.6.21 mm、2 mm厚的石棉橡膠墊片

如圖2、圖3可看出：相比于干態(tài)電阻（黑色柱），在海水中，石棉橡膠墊片的濕態(tài)電阻率出現(xiàn)了更明顯的下降，但在實驗期間，其電絕緣性能（電阻率為103歐姆（或歐姆?厘米））量級基本滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求（不小于103歐姆（或歐姆?厘米）），其耐受電壓降到50 V。實驗結(jié)果顯示石棉橡膠墊片極不耐酸、堿性溶液，在堿和酸性溶液中墊片的電絕緣性能在30天左右失效。盡管在重油中，它們的電阻率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是重油對墊片的表面存在溶解作用，在接近3個月的時間也出現(xiàn)表面被破壞的現(xiàn)象，即墊片失效。

圖2　1 mm石棉橡膠纖維墊片的電阻率隨時間的變化圖Fig.2　The variation of the resistivity of the 1 mm thickness asbestos rubber fiber gaskets with soaking time

圖3　2 mm石棉橡膠纖維墊片的電阻率隨時間的變化圖Fig.3　The variation of the resistivity of the 2 mm thickness asbestos rubber fiber gaskets with soaking time

4　結(jié)語

實驗結(jié)果表明，如果單純使用石棉橡膠墊片直接與海水接觸，按相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，其電絕緣性能預(yù)計在三到四個月后基本失效，不能有效防止異種金屬間的接觸腐蝕。盡管環(huán)氧墊片的性能明顯好于石棉橡膠墊片，但浸泡在海水中，較短的時間內(nèi)電絕緣性能下降一倍以上，如果船舶?？吭诖a頭，生活用水會使海水的酸堿性發(fā)生改變，從而加速這些墊片電絕緣性能的失效，進(jìn)而加速管系間的接觸腐蝕速率。如果將這種墊片用于艦船管系，按現(xiàn)有的不同金屬裸接時的腐蝕速率，絕大部分管系的接頭部位，在不到一個小修期內(nèi)就會產(chǎn)生較嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

[1]肖千云，吳曉光.艦船腐蝕防護(hù)技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2011.

[2]林玉珍，楊德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理[M].北京：中國石化出版社，2007.

[3]王曰義.海水冷卻系統(tǒng)的腐蝕及其控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[4]固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法[S].GB/T 1410―2006.

Study on electrical insulation property of the insulating sealing gaskets for warship piping system

Li Zhuying，Cao Wenkang，Liu Ye，Zhang Xiaodong
（Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China）

The asbestos rubber fiber gaskets and epoxy gaskets were soaked in the seawater，alkaline solution（10%NaOH），acid solution（10%H2SO4）and heavy oil，and the variation of the volume resistivity and surface resistivity of the gaskets with soaking time were studied. The results showed that the wet resistivity of the asbestos rubber fiber gaskets reduced to 102Ω（or Ω?cm）level when being soaked in the alkaline solution and acid solution for two months and the period of validity of the insulation was inferred to four months in seawater，and however，the wet resistivity of the epoxy gaskets could remain 104～6Ω（or Ω?cm）level，and as the conclusion，the performance of the insulation of the epoxy gaskets is much better than that of asbestos rubber fiber gaskets.

asbestos rubber fiber gasket；epoxy gasket；resistivity

U674.7

A

1009-1742（2015）05-0058-05

2015-03-12

李竹影，1963年出生，女，江蘇連云港市人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為艦船裝備腐蝕防護(hù)；E-mail：lzyhjgc@163.com