材料系防腐课件第7章非金属材料.ppt

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1、非金属材料腐蚀破坏的特点/本质非金属材料腐蚀破坏的机理/规律性非金属材料腐蚀破坏主要类型非金属材料防护方法第七章    非金属材料腐蚀非金属材料重要地位/发展趋势所有材料(金属或非金属)受环境作用—退化变质/腐蚀破坏非金属材料在防腐蚀科学与工程发挥重要作用非金属材料腐蚀破坏机理的研究还处于初期发展阶段。有机聚合材料腐蚀破坏物理腐蚀化学腐蚀应力腐蚀无机材料腐蚀破坏表面腐蚀内部腐蚀复合材料腐蚀破坏界面腐蚀。。。§7.1有机聚合材料腐蚀1．腐蚀破坏特点高分子聚合物在酸、碱、盐水溶液中比较耐蚀—优于金属。高分子材料在有机介质中易发生破坏—不如金属。有些聚合物也不耐强酸、碱

2、,如尼龙只耐稀的无机酸、碱。从高分子物理化学研究聚合物腐蚀（电化学机理不适）聚合物腐蚀是在表面、内部同时腐蚀破坏光、应力、热、介质等可促进腐蚀破坏。(1)裂解－活性分子渗入高分子材料内部,与聚合物内分子发生化学反应,如氧化、水解等,使高分子主价键发生破坏裂解。(2)溶胀和溶解－溶剂分子渗入材料内部，破坏分子间次价键,与分子发生溶剂化作用,高聚物发生溶胀变形，软化,强度下降。线性高分子溶胀后可再进一步溶解。(3)应力开裂－在应力(外力或残余应力)和活性介质共同作用下,高聚物发生银纹,并发展成为裂缝,直至脆性断裂。主要类型(4)光辐射破坏－高聚物受光照使化学键激发,在

3、O2或H2O存在时发生化学氧化裂解。(6)基底材料腐蚀破坏(如金属材料、衬里材料、涂层基底材料)导致高聚物的破坏。(5)渗透溶解破坏－高聚物内部添加剂如增塑剂、稳定剂等在介质作用下可由内向外扩散、迁移、溶失,使高聚物变质。高聚物材料环境作用介质渗入化学反应溶剂化开裂破坏渗透/溶出/迁移温度/时间…..影响:温度,力学,光照,浓度,流速….外观,力学,物性分解氧化水解取代交联裂解溶胀溶解银纹开裂2.介质在聚合物内渗透扩散高分子材料的渗透（扩散系数）—介质在高聚物内渗透能力，决定材料耐蚀性，介质对材料渗透率越大,材料耐蚀性能越差。H2O渗入量时间结晶度63%聚丙烯64

4、%66%NaCl浓度环氧树脂橡胶聚氯乙烯H2O渗入量稳态：Fick第一定律J=dQ/dA.dt=－D(dc/dx)其中：J－渗透率,决定于浓度梯度dc/dx和扩散系数D非稳态：Fick第二定律c/t=D(2c/x2)(2)介质分子—扩散系数正比于介质分子向邻近平衡位置迁移的几率,决定于渗透分子的体积、质量及介质分子的极性和材料的亲合力。主要影响（渗透）因素(1)高聚物聚集状态结构—高聚物分子量大,难以排列紧密,即使晶态高聚物也存在无定形部分及各种的缺陷。因此,使材料结构紧密的任何因素,如提高结晶度、取向度、交联密度，降低高聚物内孔隙率、孔径分布等均可使扩散

5、系数或渗透率下降。(4)介质浓度—溶液中离子的水合作用,阻止H2O向材料内部渗透,因此介质浓度高反而使扩散、渗透下降。H2O是破坏材料的主要因素。(5)添加剂—可提高高聚物的抗渗能力。(6)二次加工—可使渗透提高。(7)有机聚合物材料中骨料或填料—可使渗透率增大,决定于界面的粘合性。(8)介质分子与材料作用—分子间距增大或裂解,扩散系数增大。(3)温度—温度上升,大分子热运动增大,可产生更多的空隙,介质分子易通过。介质渗透可导致：衬里或基底材料的腐蚀;内部的化学腐蚀;内部物理破坏－溶胀、溶裂。H2O分子直径为2.7埃,一般树脂分子间距较大(如PVC为10埃)

6、,水或水蒸汽容易向浓度小、温度低(金属基体)方向渗透，水合物可降低扩散系数H2O及其它介质对高聚物分子不发生作用,对聚合物不破坏,——发生溶胀。H2O及其它类介质可渗透到基底/聚合物界面,并发生积累。界面蒸汽压,界面反应(腐蚀),界面溶胀等作用可使高聚物衬里或涂料鼓泡脱落。当高聚物材料存在缺陷如针孔、开裂、气泡、界面粘接不良,则上述过程加剧。水的渗透防护方法(1)降低扩散系数－介质分子体积与空隙的相对大小对渗透性影响极大。(2)提高结晶度或交联密度,限制大分子链或链段热运动－降低扩散系数。(3)惰性无机填料,使大分子被吸附在填料表面,限制其热运动。(4)降低温度,

7、降低热运动(5)减小内外应力作用,可降低高分子链运动。(6)改变表面极性状态－高聚物材料表面用与腐蚀介质极性不同的树脂处理,提高表面憎水性,可降低渗透率。(7)薄片衬里具有高的抗渗透能力,是因为渗透路径曲折和延长所致。(微玻片厚2－30微米,长短5毫米)。3．溶胀和溶解高聚物材料溶解过程十分复杂：溶胀——溶解。非晶态高聚物比较松散,分子间隙大,分子间作用力较弱,溶剂分子易渗入高聚物内部,当溶剂分子与高分子亲合力较大时,可发生溶剂化作用,使链段间的作用力削弱,间距增大。高聚物分子大,相互缠绕,溶剂化后,仍难以扩散到溶剂中去,只是宏观上使高聚物的重量和体积发生变化—溶

8、胀。大分子