Effects of two aqueous acidic solutions on glass reinforced vinyl ester resins tubes

Abstract

Glassfibre reinforced pipe sections [bisphenol A epoxy vinyl ester pipe (H150) and bisphenol A epoxy novolac vinyl ester pipe (P150)] were exposed to different acidic solutions (1M H₂SO₄ and Co spent electrolyte) at different temperatures (25 and 75°C) and exposure durations (1 and 4 weeks). New mechanical tests were designed and performed to study test sensitive and resin susceptibility to exposure conditions. The various tests performed included a tensile test on laterally loaded pipe sections, a compression test on axially loaded pipe sections, a three point bending test and microstructure analysis (optical microscopy and scanning electron microscopy–energy dispersive spectroscopy). The tensile test and the bending tests were found to be the most sensitive tests to exposure conditions. In general, the tensile test exposure to H₂SO₄ decreased the slope of force per unit length versus deflection curve, and force for first failure on samples H150 and P150 after 1 and 4 weeks durations. However, the opposite effect of exposure to Co spent electrolyte on P150 occurred mid-test when the slope and force for first failure increased between 1 and 4 weeks durations. Bending test exposure to both solutions on P150 resulted in modulus and stress at 5% strain decreasing with duration of exposure. H150 was little changed by the bending test and sometimes increased in value. Scanning electron microscopy–energy dispersive spectroscopy revealed small cracks on the inner surface of the exposed H150 fibreglass reinforced plastic pipe which had higher sulphur content on the exposed surface up to a depth of ∼0·3 mm when compared to unexposed surface.

On a exposé des sections de tuyaux renforcés à fibre de verre [tuyau de bisphénol A époxy et ester vinylique (H150) et tuyau de bisphénol A époxy de novolaque et ester vinylique (P150)] à différentes solutions acides (H₂SO₄ 1M et électrolyte épuisé de Co), à différentes températures (25 et 75°C) et durées d’exposition (1 et 4 semaines). On a conçu et effectué de nouveaux essais mécaniques afin d’étudier la sensibilité de l’essai et la susceptibilité de la résine aux conditions d’exposition. Les différents essais effectués incluaient un essai de traction sur des sections de tuyaux chargés latéralement, un essai de compression sur des sections de tuyaux chargés axialement, un essai de flexion en trois points ainsi qu’une analyse de la microstructure (microscopie optique et microscopie électronique à balayage-spectroscopie à dispersion d’énergie). On a trouvé que l’essai de traction et les essais de flexion étaient les tests les plus sensibles aux conditions d’exposition. En général, l’exposition de l’essai de traction au H₂SO₄ diminuait la pente de la force par unité de longueur par rapport à la courbe de déflection, et la force de la première défaillance des échantillons H150 et P150 après des durées de 1 et 4 semaines. Cependant, l’effet opposé de l’exposition à l’électrolyte épuisé de Co sur le P150 se produisait à mi-chemin de l’essai, la pente et la force de la première défaillance augmentant à des durées entre 1 et 4 semaines. L’exposition de l’essai de flexion aux deux solutions avec le P150 avait pour résultat la diminution du module de rupture et de la contrainte à 5% de déformation, avec la durée de l’exposition. H150 était peu changé par l’essai de flexion et augmentait quelquefois en valeur. La microscopie électronique à balayage-spectroscopie à dispersion d’énergie a révélé de petites fissures à la surface interne exposée du tuyau de plastique H150 renforcé à fibres de verre, laquelle avait une teneur plus élevée en soufre à la surface exposée jusqu à une profondeur d environ 0.3 mm lorsque comparée à la surface non exposée.

Keywords:

• Bisphenol A epoxy vinyl ester
• Bisphenol A epoxy novolac vinyl ester
• 1M H2SO4
• Co spent electrolyte
• Mechanical testing
• Optical microscopy
• SEM
• EDS
• H₂SO₄-àH₂SO₄

The authors would like to thank Vale Inco Ltd, Atlantic Canada Opportunities Agency (ACOA) and Memorial University of Newfoundland (MUN) for financial support given to the Inco Innovation Center (IIC) project. The authors are grateful to Reinforced Plastic Systems Inc. (RPS), Vale Inco Ltd, and the Institute of Ocean Technology (IOT) – National Research Council of Canada (NRC) for donating materials that were used in this research work.