腐蚀与防护-第十三章_非金属材料的腐蚀与防护.ppt

非金属材料的腐蚀与防护 材料的分类 一、高分子材料 高分子材料的基本知识 高分子材料的腐蚀与防护 基本概念 有机高分子化合物是由有机低分子化合物在一定条件下聚合而成的，具有重复排列链状结构的高聚物。 如聚乙烯塑料就是由乙烯聚合而成的高分子材料。 低分子化合物（如乙烯CH2=CH2）称为单体 大分子链重复排列的结构单元（如 ）称为链节，链节重复排列的个数 n 称为聚合度。 聚合度越大，高聚物的大分子链越长，其分子量也就愈大。 高聚物与具有明确分子量的低分子化合物不同，同一高聚物因其聚合度不同，大分子链的长短各异，其分子量也就各不相同。通常所说高聚物的分子量是指其分子量的统计平均值。 如：聚氯乙烯 的分子量为20000～160000。 结合键 作为高聚物单体的低分子化合物必然具备不饱和的键，如各种烯烃类化合物、环状化合物和含有特殊官能团的化合物，在聚合反应中能形成两个以上的新键，把单体低分子变成链节连接成大分子链。否则不能聚合成大分子链，也就不能形成高聚物。 在高分子链中原子以共价键结合，这种结合力称为主价力高分子链内组成元素不同，原子间共价键的结合力不同，聚合物的性能因而不同。 在高聚物大分子之间一般是分子来链连接的，（靠分子间力连接的）这一结合力—范德华力，称为次价力。 高分子的聚集态及性能(晶态、非晶态 ) 高分子的聚集态及性能(晶态、非晶态 ) 高聚物的三态 高聚物的三态 高分子材料的腐蚀与防护 高分子材料的腐蚀 高分子材料由于环境因素的物理作用、化学作用或生物作用，导致其物理化学性能和机械性能逐渐退化，以至最终丧失其使用功能的现象称为高分子材料的腐蚀，俗称老化 高分子材料腐蚀的各种途径和破坏形式 高聚物 （1）物理腐蚀 高分子材料的物理腐蚀：在介质中的溶解 两种形式：溶胀、溶解 介质向材料内部渗透扩散；材料中的某些成分，如增塑剂、稳定剂等添加剂或低相对分子质量组分也会向介质迁移 物理腐蚀的影响因素 溶剂和高分子材料的化学结构越相似，溶解的可能性越大，如极性相近等 非晶态材料结构松散，容易溶解 晶态材料结构紧密，分子间作用力强，不容易溶解 相对线性非晶态材料来说，分子质量增大，温度降低，溶解减缓 （2）化学腐蚀 化学腐蚀是指发生不可逆化学反应所导致的腐蚀，它往往是氧化、水解、取代和交联等反应的综合结果 分为二类： ① 酸、碱、盐类的水溶液腐蚀 ② 气体氧化 水解反应 高分子链中除碳外，还含有O、N、Si等原子，它们与C之间构成极性键，如醚键、酯键、酰胺键等，水能与这些键发生作用 如：聚酯的水解反应： 氧化反应 大气中的氧、臭氧、污染物（NO2、SO2等）在一定的环境条件下使高聚物发生化学反应而破坏 降解 高聚物的降解过程就是相对分子量下降的过程 降解的特征 ① 形态的变化：最初材料表面粗糙，慢慢地变成了多孔结构 ② 腐蚀过程中齐聚物和单体的产生 ③ 分为表面腐蚀（体积变小）、本体腐蚀（几何形状保持不变） 降解的途径 分为光照、热、机械、化学降解 热降解对非生物降解高分子材料起主要作用 所有生物降解高分子材料都含有可水解的键 ① 光降解：实质是光氧化降解 取决于分子链所吸收波长的能量和化学键的强度 紫外光能量高，一般高于引起高分子链上化学键断裂所需要的能量 生物降解与微生物腐蚀 引起降解的微生物主要包括真菌、霉菌和藻类；微生物不仅表现在其新陈代谢所产生的酸性产物的腐蚀，而且往往反映在其会使密封圈失效，绝缘件丧失绝缘性等 光-生物降解 高能辐射降解 稳定性次序：聚苯乙烯聚乙烯聚氯乙烯 聚四氟乙烯 降解的影响因素 ① 化学键：酐和原酸酯键的水解反应速率最快，其次是酯和酰胺键 ② pH值：通过催化作用影响反应速率 ③ 共聚物成分 ④ 水的吸收：由于水解作用是水和不稳定功能基团间的双分子反应，因此亲水性的高聚物降解速率大 （3）环境应力开裂 在应力与某些介质（如表面活性剂）共同作用下，不少高分子材料会出现银纹，进一步长成裂纹，直至发生脆性断裂，其断裂应力比在惰性环境中低的多，这种现象称为环境应力开裂 银纹：介质渗入高分子材料内部会使材料表面增塑和屈服强度降低，在应力作用下，材料表面层产生塑性形变和大分子的定向排列，结果在材料表面形成有一定量物质和浓集空穴组成的纤维状结构，这称为银纹 环境应力开裂的类型（按介质分） 介质是表面活性物质、溶剂型物质、强氧化性介质 影响因素 ① 高分子材料的性质 相对分子量小、分布窄的材料因分子间解缠溶解而使开裂所需时间短；结晶度高容易产生应力集中，且在晶区和非晶区的过渡交界处容易受到介质