工程材料讲义及耐蚀性

影响因素
非金属材料的性质 非金属材料受应力的大小、方向 环境介质组成与成份
复合材料的腐蚀
腐蚀原理 腐蚀影响因素 防腐蚀对策
腐蚀原理
影响复合材料耐腐蚀性能的主要因素是树脂基 体，玻璃纤维基材及二者间界面。当环境介质 分子经树脂基体渗透扩散到玻璃纤维后，将激 发复合材料基体内力一起对玻璃纤维及树脂与 玻璃纤维界面形成腐蚀破坏，导致玻璃纤维失 强及界面粘结强度下降。由于界面粘结不充分， 渗入的介质在界面间空隙处产生渗透压 ，协同 残余应力一起破坏界面，并由于毛细现象使介 质分子沿毛细管迅速渗入界面空隙区。循环往 复，最终导致复合材料分层、脱粘、鼓泡、开 裂，同时环境温度及其热应力可加速该过程。
判断原则 通常情况下，可采用极性相似原则或溶解度
参数相近原则来判断高分子材料耐溶剂性。
非金属材料物理腐蚀机制
有机非金属材料 有机非金属材料的物理腐蚀主要表现形式为溶 胀和溶解，以及介质对有机介质渗透破坏作用。 主要与介质向材料基体扩散、渗透有关。
无机非金属材料 无机非金属材料的渗透性腐蚀主要表现在硅
非金属材料的腐蚀类型
按宏观腐蚀形态分类 ①轻度腐蚀形态 ②中度腐蚀形态 ③破坏性腐蚀形态 按腐蚀机理分类 ①物理腐蚀 ②化学腐蚀 ③大气老化 ④环境应力开裂
非金属材料的物理腐蚀
物理腐蚀是非金属材料使用中最常见的 腐蚀破坏形态，其形成的主要原因是环 境介质的渗透扩散及应力（包括材料成 型时形成的残余应力，环境温度引发的 热应力，结晶型介质及渗入介质因热胀 冷缩形成的膨胀应力）联合作用。
固化与固化剂
苯磺酰氯 硫酸乙酯
结构与耐蚀性
酚醛树脂中仍然存在着酚羟，它是一种弱酸性 的基因，能与碱发生化学反应，生成可溶性的 酚钠，所以酚醛树脂不耐碱性介质。
水解作用
杂链高聚物因其含有氧、氮、硅等杂原 子，在碳原子与杂原子之间构成极性键， 如醚键、酯键、酰胺键、硅氧键等。水 与这类键发生作用而导致高聚物发生降 解的过程被称为高聚物的水解。
降解作用
含有极性基因的其它腐蚀性介质，如有 机酸、有机胺、醇和酯等都能使相对应 的高聚物发生降解，称为酸解、醇解、 酚解、胺解。对于一些分子链上大多不 含易水解基因的高聚物来说，如聚烯烃 及其衍生物等，就不易发生水解反应， 且耐酸、耐碱性好。
氧化反应
高分子材料（如天然橡胶和聚烯烃高聚物等）， 在辐射或紫外光等外界因素作用下，能发生高 分子氧化反应；氧化性介质 （如浓HNO3、浓 H2SO4等），也会使高聚物分子发生氧化。其原 因是在这些高聚物大分子链上存在有键能较低 的与叔碳原子相连的或与双键α位碳原子相连 的C－H键。在氧化过程中，生成的过氧化物分 解会导致大分子降解、交联、和链的增长，氧 自由基可导致降解，形成酮基醛基，也可使不 饱和化合物交联。一般来讲，具有杂链的高聚 物比只有碳连的高聚物抗氧化性能好。
影响因素
拉伸应力 环境介质 材料（树脂基材、增强体） 树脂基材与增强体之间的界面结构
防腐蚀对策
1) 选择合适的偶联剂材料 2）进行合理复合材料结构设计 3）进行鳞片衬里处理
耐腐蚀高分子材料
常用树脂 环氧树脂 不饱和聚酯 呋喃树脂 复合树脂
酚醛树脂
制备与合成 种类 固化与固化剂 结构与耐蚀性 应用
交联反应
有些高聚物在使用过程中，受日光或环 境作用，相邻链间会发生交联反应而使 材料硬化变脆。
无机非金属的化பைடு நூலகம்腐蚀
常见的耐蚀硅酸盐材料，主要是由硅、氧原子 组成，常以硅酸盐和硅石（SiO2）存在。而分 解型腐蚀通常发生在硅酸盐硬化水泥石中，通 过离子交换反应，硬化水泥石可受到如下三种 形式的分解型腐蚀。
酸盐水泥类材料中。其腐蚀形态以溶出腐蚀及 膨胀破碎腐蚀为主。
非金属材料的化学腐蚀
化学腐蚀也是非金属材料使用中最常见 的腐蚀破坏形态，其形成的主要原因是 环境介质、温度、热应力等的作用下非 金属材料发生降解、分解、老化等化学 破坏。
有机非金属材料的化学腐蚀
氧化反应 水解和降解作用 取代基反应 交联反应
介质的渗透和扩散
在非金属材料的腐蚀过程中，介质的渗 透与扩散起着重要的支配作用，而导致 这一结果的主要原因有：大分子结构及 其聚集态结构、非金属材料的组成与成 份、环境温度和热应力、材料成型时的 孔隙率和孔径分布。
溶胀和溶解
产生的原因 无论是非晶态高聚物还是结晶态高聚物，发生 溶胀时，都是从非晶区开始而逐步进入晶区的， 溶剂渗透到高分子材料内部后，使之溶胀和溶 解。
（1）形成可溶性钙盐 （2）形成不溶性钙盐 （3）镁盐侵蚀
非金属材料环境应力腐蚀开裂
开裂机理 分类 影响因素
开裂机理
主要理论： 表面能（△S）降低理论 附着功（W）理论、 自由能变化值（△G）理论
理论局限性 自由能变化值理论是最具有说服力
环境应力腐蚀开裂分类
环境应力腐蚀开裂 溶剂开裂 氧化应力开裂
取代基反应
在饱和碳－碳链高聚物中，虽然不容易 存在像氧化反应中的双键或三键等基因 断裂降解，但是在特定情况下、碳－碳 链的碳原子也可以被其它原子所取代， 而发生取代基反应。通过情况下发生卤 代取代反应的机会比较多。另外有些高 聚物在浓H2SO4、HNO3的作用下，可以发 生磺化和硝化的取代反应。
制备与合成
酚醛树脂是以酚类和醛类化合物为原料， 在催化剂存在下缩合得到的一类树脂统 称。通常采用的以苯酚和甲醛为原料而 制得的酚醛树脂。
种类
热塑性酚醛树脂 在酸性催化剂作用下，苯酚过量而生成 的缩聚物
热固性酚醛树脂 在碱性催化剂作用下，甲醛用量增多而 生成的。 腐蚀与防护用的属于热固性树脂
工程材料及耐蚀性
精品jing
非金属材料的种类
有机非金属材料 塑料、树脂、橡胶、涂料、复合材料等
无机非金属材料 玻璃、石墨、搪瓷、陶瓷、水泥等
非金属材料的腐蚀
非金属材料和介质环境相互作用产生的 变质和破坏称为非金属的腐蚀，与金属 材料相比，其腐蚀行为更呈多样性，且 缺乏规律性。金属腐蚀一般多在金属表 面上开始发生，逐渐向深处发展，而非 金属腐蚀破坏多从内部形成。