一、 耐腐蚀树脂基复合材料的优缺点
1、 树脂基材料的品种种类繁多。随着石油化工的发展,新的材料不断地出现因而只要选择恰当,在绝大多数腐蚀环境中,都可以找到比较满意的防腐蚀材料。
2、 树脂基复合材料所制备设备和管道抗污染性能好,不易结垢和被污染和被腐蚀。因此,有利于应用场合下化工产品色泽和质量的改善。
3、 树脂基复合材料具有良好的加工性能,即可与金属和木材一样进行机械加工,也可以通过热成型或焊接进行二次加工,可方便地制造各种防腐设备。
4、 树脂基复合材料通常是绝缘材料,不像金属那样会由于电化学作用而导致材料破坏。
5、 树脂基复合材料质量轻,因而在军工领域和航天航空领域里的应用具有特殊的价值。
6、 从经济性来看,树脂基复合材料用来防腐蚀费用较低,由于填料或其他增强材料的加入是材料的成本更低。
但是树脂基复合材料也有其不足之处,如耐氧化性、抗渗透性不如金属;使用温度收到限制,比金属力学强度低;线膨胀系数大等。因而,只有更深入研究树脂基复合材料的腐蚀机理,根本上寻找解决上述问题的途径才能更好地发挥这一材料的优点。
二、 树脂基复合材料的腐蚀主要形式
化学裂解 在活性戒指作用下,渗入高分子复合材料内部的介质分子可能与大分子发生化学反应,是大分子共价键发生破坏裂解。
溶解和溶胀 溶剂分子渗入材料内部破坏大分子间的次价键,与大分子发生溶剂化作用。体型高聚物会溶胀软化,线性高聚物可由溶胀二进一步溶解。
渗透破坏 介质向高分子材料内部渗透扩散引起复合材料基体和界面的脱粘。此外,高分子材料内部的某些低分子,也会从材料内部向外扩散、迁移,融入介质环境而引起腐蚀。
应力开裂 在应力与某些介质的共同作用下,树脂基复合材料会出现银纹,并进一步生长裂缝,直至发生脆性断裂。
湿热老化 复合材料经受湿度、温度和应力联合作用而产生性能退化。在吸湿过程中,结构内部会产生溶胀应力,这种应力的反复作用并达到某一量级时会引起应力开裂,以致形成龟裂纹。
三、材料腐蚀原理
材料的腐蚀主要有一下五个方面的原因;介质的渗透与扩散作用、溶胀与溶解作用、介质与大分子进行化学反应引起的腐蚀、环境应力开裂作用、气候老化作用。
1、 介质的渗透于扩散作用 树脂基复合材料在浸渍于介质或暴露在大气中,质量会发生改变。介质通过材料表面进入材料内部就是质量增加;材料中的可溶成分及腐蚀产物逆向扩散进入介质中就使质量减少,由于在防腐领域里使用的树脂基复合材料的耐腐蚀性能较好,大多数情况下向介质溶出的物质很少,可以忽略。无论溶出或溶入均与材料的渗透扩散性能有关,只是溶出是在腐蚀介质渗入材料内部并与其发生腐蚀作用后造成的。
影响渗透性能的因素有一下三点;高聚物聚集态结构的影响-介质分子向新的平衡位置迁移,只有当其周围存在空位时才有可能。添加剂的影响-少量的添加剂或增强材料能提高复合材料的抗渗能力。材料表面极性状态的影响-用于腐蚀介质极性不同的树脂处理材料表面,通常会增大材料表面的疏液性,使渗透率减小,因为介质分子首先被表面吸附,产生亲和作用,才会向内部扩散;若材料表面极性与介质极性不同,就不会被吸附和产生亲和作用。
2、溶胀与溶解作用
高聚物材料的溶解现象比较复杂,无论是晶态还是非晶态的高聚物,其溶解过程都是要经历溶胀和溶解两个阶段。 凡使大分子热运动能力和向溶剂中扩散的能力强化的因素,均能使复合材料的耐溶剂性下降。溶剂化程度高,溶质与溶剂间形成次价键时放出的能量多,材料耐溶剂性的能力就比较差。高聚物与溶剂体系的化学结构决定了其极性的大小,以及电负性和相互间溶剂化能力,所以是影响材料耐溶剂性能的最根本的内因。
3、介质与大分子进行化学反应引起的腐蚀
高聚物的化学反应能力主要取决于大分子中特性基团的活性及其相互作用。键能的大小对材料的耐氧化性能有很大影响。键能越大,材料的耐氧化性能越强。杂链大分子比碳链难以氧化;由于卤代酸形成的聚酯树脂有着优越的耐氧化能力。链的极性极大,将易受水等极性介质的进攻并发生水解反应。这种反应在酸碱的催化下更易进行。
4、环境应力开裂作用
树脂的性质是影响环境应力开裂的主要影响因素。不同的树脂具有不同的耐环境应力开裂的能力,同种树脂因分子量、结晶度、内应力的不同而有很大差别。树脂的结晶度高,易产生应力集中,而且晶区与非晶区的交界也易受到介质的作用,所以具有更快出现裂缝的倾向。材料中杂志、缺陷、黏结不良的界面、表面刻痕,以及微裂纹疯应力集中等也会促进环境应力开裂。加工不良引起的内应力或材料热处理条件不同而产生的内应力,均对环境应力开裂有很大影响。树脂分子量的影响更大,分子量小而分子量分布窄,发生应力开裂所需时间较短。因为分子量越大,在介质作用下的解缠就越困难,因而就越不易发生环境应力开裂。
5、气候老化作用
很多耐腐蚀材料的设备如储罐、管道等均子露天使用和放置,气候条件及其变化对高分子材料的使用寿命必有影响。耐候性就是高分子材料对室外天气条件的抵抗能力。引起材料气候老化的主要因素主要有紫外线、温度、湿气活性气体或其他化学物质。其中,紫外线对高分子材料的主要作用是使大分子中的化学键激发,当有氧或水存在时,处于激发态的化学键将会进一步发生化学裂解;而在阳光照射下,高分子材料尤其是深色或无光泽的材料将吸收红外光而使温度迅速升高,温度能引起热老化,也能促进其他化学变化;再者,大气中的湿气与雨水等均会使耐水性差的高聚物产生溶胀、变形、水解等,而且气温低时,水汽在高分子材料的表面或微隙中还会凝结成水,一旦气温上升,又气化而蒸发,如此反复作用,也会加剧材料龟裂;活性气体或其他化学物质,如在光热作用下很多气体如硫化氢、二氧化碳等能与高分子材料发生化学反应,是材料破坏。
同时,添加剂也会产生影响。添加紫外线吸收剂或抗氧化剂聚能提高材料的耐候性能。加入能优先吸收紫外线的化合物,然后将能量转化成非破坏性波长后再发射出来,可以提高高聚物的抗老化性能。此外,耐腐蚀材料的性能还受很多其他因素的影响,如制备工艺和增强体的影响等等。随着研究的不断深入,耐腐蚀材料的性价比和应用领域也在不断的提高和拓宽,如在环境保护领域的应用近些年就在不断的尝试过程中。但高聚物材料本身的缺点也极大的限制了其发展,如何充分利用其优势,弥补其缺点才是发展的关键。