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(jī)理4.3 高分子復(fù)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(yīng)用：廣泛、取代金屬的統(tǒng)治地位5. 方向：復(fù)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(nèi)外因老化：高分子材料在加工、儲存和使用過程中，由于內(nèi)外因素的綜合作用，其物理化學(xué)性能和機(jī)械性能逐漸變壞，以至最素的綜合作用，其物理化學(xué)性能和機(jī)

2、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(xué)性能的變化：如抗張強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度等的變力學(xué)性能的變化：如抗張強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度等

3、的變化；化；3. 3. 類型：類型： 化學(xué)老化：主鍵斷裂化學(xué)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(zhì)滲透高分子：物質(zhì)滲透4.2 高分子材料腐蝕機(jī)理1. 1. 滲透與擴(kuò)散：滲透與擴(kuò)散： 腐蝕介質(zhì)滲入高分子材料內(nèi)部會引起反應(yīng)。高分子材料的腐蝕介質(zhì)滲入高分子材料內(nèi)部會引起反應(yīng)。高分子材料的大分子及腐蝕產(chǎn)物因熱運動較困難，難于向介質(zhì)中擴(kuò)散，所大分子及腐蝕產(chǎn)物因熱運動較困難，難于向介質(zhì)中擴(kuò)散，所以，腐蝕反應(yīng)速度主要取決于介質(zhì)分子向材料內(nèi)部的擴(kuò)散速以，腐蝕反應(yīng)速度主要取決于介質(zhì)分子向材料內(nèi)部的擴(kuò)散速度。度。

4、2. 2. 表征：表征： 增重率：滲入的介質(zhì)質(zhì)量與樣品原始質(zhì)量的比值增重率：滲入的介質(zhì)質(zhì)量與樣品原始質(zhì)量的比值 其意義是單位質(zhì)量的樣品所吸收的介質(zhì)量。其意義是單位質(zhì)量的樣品所吸收的介質(zhì)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(jié)晶型高聚物溶漲：體形高聚物、結(jié)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

5、水、醇、酚等強(qiáng)極性溶劑中。于水、醇、酚等強(qiáng)極性溶劑中。 小溶?。禾烊幌鹉z、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(zhì)，耐蝕性較好；對中等極性的有機(jī)酸堿鹽的水溶液等極性介質(zhì)，耐蝕性較好；對中等極性的有機(jī)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 2| | 1 1）5.1 5.1 不溶不溶 2) 3.5-5.1 2)

6、3.5-5.1 可溶可溶 3) 3.5 3) 3.5 易溶易溶4.4.光氧化機(jī)理光氧化機(jī)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(yīng)波長：對應(yīng)波長：400nm-300nm400nm-300nm太陽光波長太陽光波長：290-400nm290-400nm對應(yīng)能量：對應(yīng)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：230-250230-250 羥基羥基OHOH： 230 230 單鍵單鍵C CC C：135135一、光

7、氧化機(jī)理一、光氧化機(jī)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C CC C：135135二、光氧老化防護(hù)二、光氧老化防護(hù) 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，微生物必須不斷地與其它生物一樣，微生物必須不斷地從外界吸收所需的各類營養(yǎng)物質(zhì)，利用體內(nèi)的酶將其分解利從外界吸收所需的

8、各類營養(yǎng)物質(zhì)，利用體內(nèi)的酶將其分解利用，再轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞自身的組成物質(zhì)。用，再轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞自身的組成物質(zhì)。 按營養(yǎng)物質(zhì)中所含主要元素成分及在微生物生長繁殖中按營養(yǎng)物質(zhì)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(jī)鹽和生長的生理功能不同，可將其分為：碳源、氮源、無機(jī)鹽和生長因子。因子。 發(fā)生霉腐的要素有：微生物；營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生霉腐的要素有：微生物；營養(yǎng)物質(zhì) ( ( 碳源、氮源、碳源、氮源、無機(jī)鹽和生長因子無機(jī)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 值值等等 ) )6. 6. 高聚物的存放效應(yīng)與物理老化高聚物的存放效應(yīng)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(xué)性能隨存放或使用時間而變化，起高聚物材料的物理力學(xué)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)象被稱為物理老