高分子材料的腐蝕理論

1、第4章 高分子材料的腐蝕理論 4.1 概論 4.2 高分子材料腐蝕機理 4.3 高分子復合材料的腐蝕 4.1 概述 一、研究高分子材料腐蝕的意義 1. 基本概念：小分子，大分子，高分子，單體，聚合物 2. 種類：塑料、橡膠、纖維 3. 特性：密度、性能、工藝 4. 應用：廣泛、取代金屬的統(tǒng)治地位 5. 方向：復合材料，功能材料 6. 腐蝕特性：大氣腐蝕、稀的酸、堿、鹽溶液 二、高分子材料腐蝕類型二、高分子材料腐蝕類型 1. 1. 老化：高分子材料在加工、儲存和使用過程中，由于內外因老化：高分子材料在加工、儲存和使用過程中，由于內外因 素的綜合作用，其物理化學性能和機械性能逐漸變壞，以至最素的綜

2、合作用，其物理化學性能和機械性能逐漸變壞，以至最 后喪失使用價值，這種現(xiàn)象稱為高分子材料的腐蝕，通常稱之后喪失使用價值，這種現(xiàn)象稱為高分子材料的腐蝕，通常稱之 為老化。為老化。 2. 2. 老化形式：老化形式： 外觀的變化：出現(xiàn)污漬、斑點、銀紋、裂縫、噴霜、粉化及光外觀的變化：出現(xiàn)污漬、斑點、銀紋、裂縫、噴霜、粉化及光 澤、澤、 顏色的變化；顏色的變化； 物理性能的變化：包括溶解性、溶脹性、流變性能，以及耐寒、物理性能的變化：包括溶解性、溶脹性、流變性能，以及耐寒、 耐熱、透水、透氣等性能的變化；耐熱、透水、透氣等性能的變化； 力學性能的變化：如抗張強度、彎曲強度、抗沖擊強度等的變力學性能的變

3、化：如抗張強度、彎曲強度、抗沖擊強度等的變 化；化； 3. 3. 類型：類型： 化學老化：主鍵斷裂化學老化：主鍵斷裂 物理老化：次鍵斷裂物理老化：次鍵斷裂 三、高分子材料腐蝕特點三、高分子材料腐蝕特點 金屬：離子溶解金屬：離子溶解 高分子：物質滲透高分子：物質滲透 4.2 高分子材料腐蝕機理 1. 1. 滲透與擴散：滲透與擴散： 腐蝕介質滲入高分子材料內部會引起反應。高分子材料的腐蝕介質滲入高分子材料內部會引起反應。高分子材料的 大分子及腐蝕產物因熱運動較困難，難于向介質中擴散，所大分子及腐蝕產物因熱運動較困難，難于向介質中擴散，所 以，腐蝕反應速度主要取決于介質分子向材料內部的擴散速以，腐蝕

4、反應速度主要取決于介質分子向材料內部的擴散速 度。度。 2. 2. 表征：表征： 增重率：滲入的介質質量與樣品原始質量的比值增重率：滲入的介質質量與樣品原始質量的比值 其意義是單位質量的樣品所吸收的介質量。其意義是單位質量的樣品所吸收的介質量。 3. 3. 溶脹與溶解溶脹與溶解 1 1） 溶解：線形高聚物溶解：線形高聚物 溶漲：體形高聚物、結晶型高聚物溶漲：體形高聚物、結晶型高聚物 2 2） 耐溶劑性：耐溶劑性： （1 1）極性相近：）極性相近： 大溶大：極性高分子材料如聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇等不大溶大：極性高分子材料如聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇等不 溶或難溶于烷烴、苯、甲苯等非極性溶劑中，但可溶

5、解或溶脹溶或難溶于烷烴、苯、甲苯等非極性溶劑中，但可溶解或溶脹 于水、醇、酚等強極性溶劑中。于水、醇、酚等強極性溶劑中。 小溶小：天然橡膠、無定型聚苯乙烯、硅樹脂等非極性高小溶?。禾烊幌鹉z、無定型聚苯乙烯、硅樹脂等非極性高 聚物易溶于汽油、苯和甲苯等非極性溶劑中。而對于醇、水、聚物易溶于汽油、苯和甲苯等非極性溶劑中。而對于醇、水、 酸堿鹽的水溶液等極性介質，耐蝕性較好；對中等極性的有機酸堿鹽的水溶液等極性介質，耐蝕性較好；對中等極性的有機 酸、酯等有一定的耐蝕能力。酸、酯等有一定的耐蝕能力。 （2 2）溶解度參數(shù)相近：）溶解度參數(shù)相近： 溶解度參數(shù)差的絕對值：溶解度參數(shù)差的絕對值：|1 1-2

6、 2| | 1 1）5.1 5.1 不溶不溶 2) 3.5-5.1 2) 3.5-5.1 可溶可溶 3) 3.5 3) 3.5 易溶易溶 4.4.光氧化機理光氧化機理 原因：原因： 共價鍵的解離能：共價鍵的解離能： 300-500kJ/mol300-500kJ/mol 對應波長：對應波長： 400nm-300nm400nm-300nm 太陽光波長：太陽光波長： 290-400nm290-400nm 對應能量：對應能量： 400-300kJ/mol400-300kJ/mol 共價鍵的吸收峰：共價鍵的吸收峰： 羰基羰基C=OC=O：280-300 280-300 雙鍵雙鍵C=CC=C：230-25

7、0230-250 羥基羥基OHOH： 230 230 單鍵單鍵CCCC：135135 一、光氧化機理一、光氧化機理 2 2）共價鍵的吸收峰：）共價鍵的吸收峰： 羰基羰基C=OC=O：280300280300 雙鍵雙鍵C=CC=C：230250230250 羥基羥基OHOH： 230230 單鍵單鍵CCCC：135135 二、光氧老化防護二、光氧老化防護 1 1）光屏蔽）光屏蔽 2 2）光吸收）光吸收 3 3）猝滅劑）猝滅劑 4 4）受阻胺）受阻胺 5. 5. 微生物腐蝕微生物腐蝕 一、霉菌的滋生與繁殖一、霉菌的滋生與繁殖 微生物的營養(yǎng)要素微生物的營養(yǎng)要素 與其它生物一樣，微生物必須不與其它生物

8、一樣，微生物必須不 斷地從外界吸收所需的各類營養(yǎng)物質，利用體內的酶將其分斷地從外界吸收所需的各類營養(yǎng)物質，利用體內的酶將其分 解利用，再轉變?yōu)榧毎陨淼慕M成物質。解利用，再轉變?yōu)榧毎陨淼慕M成物質。 按營養(yǎng)物質中所含主要元素成分及在微生物生長繁按營養(yǎng)物質中所含主要元素成分及在微生物生長繁 殖中的生理功能不同，可將其分為：碳源、氮源、無機鹽和殖中的生理功能不同，可將其分為：碳源、氮源、無機鹽和 生長因子。生長因子。 1.1. 發(fā)生霉腐的要素有：微生物；營養(yǎng)物質發(fā)生霉腐的要素有：微生物；營養(yǎng)物質 ( ( 碳源、氮碳源、氮 源、無機鹽和生長因子源、無機鹽和生長因子 ) ) ；環(huán)境；環(huán)境 ( ( 溫度、空氣、濕度、溫度、空氣、濕度、 pH pH 值等值等 ) ) 6. 6. 高聚物的存放效應與物理老化高聚物的存放效應與物理老化 1 1） 物理老化：物理老化： 玻璃態(tài)高聚物多數(shù)處于非平衡態(tài)，不穩(wěn)定的玻璃態(tài)高聚物多數(shù)處于非平衡態(tài)，不穩(wěn)定的, ,在玻璃化在玻璃化 溫度溫度TgTg以下存放過程中會逐漸趨向穩(wěn)定的平衡態(tài)，從而引以下存放過程中會逐漸趨向穩(wěn)定的平衡態(tài)，從而引 起高聚物材料的物理力學性能隨存放或使用時間而變化，起高聚物材料的物理力學性能隨存放或使用時間而變化， 這種現(xiàn)象被稱為物理老化或這種現(xiàn)象被稱為物理