iPhone 8都面世了 手机用的涂层科技你还不知道吗?
最新技术,使早期腐蚀损伤无所遁形
中国超级钢研究取得“巨大提升”
碳纳米管在轨道交通领域水性涂层中的应用
 

 

 
聚合物材料的腐蚀,你了解吗?
 

   1

    图片来源:Tilltibet/Dreamstime.com


    导读:聚合物材料几乎都不耐腐蚀。因此我们有必要理解这些材料腐蚀的复杂性,从而避免材料可能产生的失效。


    聚合物材料用途广泛,因此,导致这些材料发生腐蚀的因素有很多。在一个特定的腐蚀环境下,我们无法准确预见聚合物材料的寿命,因此,清楚地了解聚合物材料的组成和反应机理是十分必要的。


    什么是聚合物材料?


    仅从字面意思理解,聚合物材料就是高分子化合物为主要组分的材料。而高分子化合物(通常是基于碳元素),是由许多相同的、简单结构的小分子(单体)通过共价键重复连接而成的。


    聚合物材料可分类为:


    1. 不存在交联的热塑性塑料。(其在加热后会软化,并可以反复重塑。)


    2. 密集交联的热固性材料。(其在加热后温和软化,并最终降解。)


    3. 弹性体(也称为橡胶)。(其交联网并不密集,受到适度的力的作用后会发生变形。)


    聚合物材料的腐蚀分类


2

 

    根据聚合物材料的腐蚀机理,我们通常将其腐蚀类型分为以下几类:


    · 分解或降解,是由于吸收、渗透、溶剂化作用或多种因素共同作用引起的


    · 化学键受到破坏,是由于发生氧化反应


    · 酯键受到破坏,是由于发生水解反应


    · 辐射


    · 热降解,是由于涉及了解聚(合)作用或再聚合作用


    · 脱水作用(相当少见)


    · 上述任何组合


    这类破坏带来的结果包括软化、烧焦、开裂、分层、脆化、变色、溶解或溶胀。


    此外,聚合物基复合材料的腐蚀还受到两个不同因素的影响:层压材料的性质和热固性树脂的加工处理。错误的或拙劣的加工会对其耐腐蚀性产生不利影响,而正确的固化时间和程序通常可以提高其耐腐蚀性。


    辐射


    当外部应用中的聚合物材料暴露在极端气候条件下时,可能对材料造成极大的损伤。而其中首当其冲的情况,就是暴露于紫外线(UV)辐射下,这会造成材料脆化、褪色、表面开裂,粉化。当聚合物材料直接暴露在日光下几年后,通常其会表现出以下几种症状:较差的抗冲击性,整体机械性能下降及外观上的变化。


3

 

    由于紫外线辐射必然受到空气污染、恶劣天气、污染等因素的影响,天然紫外线辐射的数量和频谱则显得异常多变。在整个冬季太阳高度角渐减,一般上层大气层已经将紫外线辐射进行了过滤。这就造成了夏季和冬季阳光的两个重要变化。在冬季,许多破坏性的短波紫外线被过滤掉了。因此,对紫外线辐射敏感度低于320 nm的材料在整个冬季只会发生轻微降解。


    光化学降解是由光子或由光作用破坏了化学键引起的。不论什么情况的光降解,都存在一个重要的参数就是:阳光阈值波长,它是确保为引发反应是否提供足够能量的因素。任何比阈值短的光波长都会起到破坏作用,而较长的波长不会造成破坏。因此,光的短波长界定就显得至关重要。如果一个特定的聚合物只对低于290 nm(太阳分界点)的紫外线辐射光敏感,它将永远不会在室外经历化学变质。


    抵抗风化的能力随聚合物的种类和特定树脂的等级而变化。有些树脂等级可利用紫外线吸收剂来提高其耐候性。然而,较之于那些具有类似添加剂的低分子质量等级材料来说,更高等级的树脂材料通常具有更高的耐候性。另外,有些颜色往往也具备更好的耐候性。


    渗透作用


4

 

    从某种意义上来说,所有组成材料的化学分子都属于可渗透性的,但较之于金属材料,塑料材料从数量级上来说,其孔隙度更大。气体、液体或蒸汽都可以渗透聚合物。


    渗透可以是通过微孔形成的分子迁移,既可以是在聚合物中(不论该聚合物易渗或不易渗)也可以是聚合物分子之间;但在这两种情况下,都不会对聚合物造成任何破坏。这种反应是一种绝对的自然现象。然而,一旦聚合物应用到管道或仪器上,那么渗透作用就是有害的。


    在其作衬里的设备中,渗透可能会导致:


    · 由于腐蚀而导致基材失效。


    · 一旦衬里比基材孔隙更大,粘合处积聚的液体就会破坏粘结和发生起泡;或是基材受渗透破坏,导致产品发生腐蚀或化学反应。


    · 由于基材和衬里成分流失,最终导致基板的失效。


    不同的聚合物有不同的渗透速率,某些聚合物几乎不受渗透影响,而含氟聚合物则会受到显著影响。渗透作用和那些经由裂缝和空隙流入的物质之间没有关系,是两回事情。尽管这几种情况下,都是发生了化学物质从聚合物的一个方向转移到相反的方向。


    衬里厚度影响渗透速率。通常就耐腐蚀性来说,0.010到0.020英寸的厚度是令人满意的,该厚度是将衬里材料和特定腐蚀剂组合计算的。一旦考虑到冷稀释、机械开采和渗透速率等机械因素时,就可能需要更厚的衬里。


    渗透速率受以下因素影响:


    · 温度和压力


    · 渗透浓度


    · 聚合物的厚度


    聚合物的密度对渗透速率会产生影响。随着厚度显著地增加,通常可以有效减少渗透作用。薄板密度越大,渗透速率就越低。温度和衬里倾斜度也会影响渗透速率,降低这些因素可以降低渗透速度。衬里容器如储罐,如果是在封闭环境下使用,则能够提供最有效的服务。


    吸收作用


5

 

    聚合物具有吸收不同数量腐蚀因子的潜力,特别是有机液体。这会导致内衬部件发生膨胀、开裂和渗透。膨胀会使聚合物软化,引起高应力并导致衬里元件上的粘结失效。如果聚合物具备很高的吸收率,那么就很可能会发生渗透作用。


    可以采取几个步骤来减少吸收作用。衬底的热绝缘可以缩减整个容器的梯度,从而防止冷凝和液体的吸收。这减少了温度变化的速度和幅度,使表面发生气泡的可能性保持在最低限度。使用各种操作工艺或装置来限制工艺压力或温度的降低的比率,以为材料提供额外的保护。

 

 

 
webmaster@zfcp.com.cn
地址:北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦A座802
邮编:100083
Copyright©1998-2006 zfcp.com.cn. All rights reserved.
Tel:86-10-82601769  82601787