高分子基复合材料的腐蚀机理

高分子基复合材料的腐蚀通常是化学或物理作用引起的,而很少是电化学反应引起的。化学作用导致复合材料的主化学键断裂。电化学腐蚀仅在增强材料是碳纤维或其他导电材料并与金属接触时才会发生。主要的腐蚀机理如下:

(1)水解。水、酸和碱可引起树脂、纤维及界面水解。升高温度可大大加快水解过程。

(2)氧化反应引起断键。氧、臭氧、硝酸(盐)及硫酸(盐)等氧化剂,可与树脂、纤维及界面反应引起断键。

(3)SCC。聚合物基体吸收液体引起其溶胀和增塑。溶胀引起复合材料中内应力场发生改变,从而导致一定量的纤维/树脂脱粘。对水溶液情形,烘出树脂中的水分会使树脂表面处于拉伸状态而易于出现银纹和表面龟裂。

(4)聚合物溶胀与溶解。

(5)溶出。如果低分子物质与聚合物间不以化学键相连,则溶剂会使低分子物质从聚合物中溶出。交联聚合物常含少量的非交联物质,后者可被溶剂溶出。聚酯树脂接触碱液会发生化学侵蚀,其结果增加了可溶出物质的量。当聚酯或类似聚合物长时间浸渍在溶剂中,再烘干,则所得材料与原来的不同。由于塑料稀释剂的损失,导致了材料模量的增加。

(6)渗透压引起的破坏。树脂内孤立的水溶性物质,吸水量达一定值后,会形成渗透压区。在这些区域将产生细小而繁多的微裂纹,这些微裂纹对树脂强度有害。

(7)纤维/树脂脱粘。纤维与基体以化学键、次价键、机械咬合等形式粘接。对碳纤维,要进行氧化处理,以增加基体和纤维间的粘接。玻璃纤维用硅烷进行表面处理,硅烷与纤维和基体均发生化学反应。硅烷涂层与玻璃纤维间的化学键和物理连接可被水破坏。在界面区,离子从玻璃纤维中溶出而引起的渗透压,有利于界面脱粘。脱粘可通过细致的烘干来部分恢复,在许多情况下,剪切强度可完全被恢复。

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