1、第4章 高分子材料的腐蝕理論4.1 概論4.2 高分子材料腐蝕機理4.3 高分子復合材料的腐蝕4.1 概述一、研究高分子材料腐蝕的意義1. 基本概念：小分子，大分子，高分子，單體，聚合物2. 種類：塑料、橡膠、纖維 3. 特性：密度、性能、工藝4. 應用：廣泛、取代金屬的統治地位5. 方向：復合材料，功能材料6. 腐蝕特性：大氣腐蝕、稀的酸、堿、鹽溶液二、高分子材料腐蝕類型二、高分子材料腐蝕類型1. 1. 老化：高分子材料在加工、儲存和使用過程中，由于內外因老化：高分子材料在加工、儲存和使用過程中，由于內外因素的綜合作用，其物理化學性能和機械性能逐漸變壞，以至最素的綜合作用，其物理化學性能和機

2、械性能逐漸變壞，以至最后喪失使用價值，這種現象稱為高分子材料的腐蝕，通常稱之后喪失使用價值，這種現象稱為高分子材料的腐蝕，通常稱之為老化。為老化。2. 2. 老化形式：老化形式： 外觀的變化：出現污漬、斑點、銀紋、裂縫、噴霜、粉化及光外觀的變化：出現污漬、斑點、銀紋、裂縫、噴霜、粉化及光澤、澤、顏色的變化；顏色的變化； 物理性能的變化：包括溶解性、溶脹性、流變性能，以及耐寒、物理性能的變化：包括溶解性、溶脹性、流變性能，以及耐寒、耐熱、透水、透氣等性能的變化；耐熱、透水、透氣等性能的變化； 力學性能的變化：如抗張強度、彎曲強度、抗沖擊強度等的變力學性能的變化：如抗張強度、彎曲強度、抗沖擊強度等

3、的變化；化；3. 3. 類型：類型： 化學老化：主鍵斷裂化學老化：主鍵斷裂 物理老化：次鍵斷裂物理老化：次鍵斷裂三、高分子材料腐蝕特點三、高分子材料腐蝕特點 金屬：離子溶解金屬：離子溶解 高分子：物質滲透高分子：物質滲透4.2 高分子材料腐蝕機理1. 1. 滲透與擴散：滲透與擴散： 腐蝕介質滲入高分子材料內部會引起反應。高分子材料的腐蝕介質滲入高分子材料內部會引起反應。高分子材料的大分子及腐蝕產物因熱運動較困難，難于向介質中擴散，所大分子及腐蝕產物因熱運動較困難，難于向介質中擴散，所以，腐蝕反應速度主要取決于介質分子向材料內部的擴散速以，腐蝕反應速度主要取決于介質分子向材料內部的擴散速度。度。

4、2. 2. 表征：表征： 增重率：滲入的介質質量與樣品原始質量的比值增重率：滲入的介質質量與樣品原始質量的比值 其意義是單位質量的樣品所吸收的介質量。其意義是單位質量的樣品所吸收的介質量。3. 3. 溶脹與溶解溶脹與溶解1 1） 溶解：線形高聚物溶解：線形高聚物 溶漲：體形高聚物、結晶型高聚物溶漲：體形高聚物、結晶型高聚物2 2） 耐溶劑性：耐溶劑性： （1 1）極性相近：）極性相近： 大溶大：極性高分子材料如聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇等不大溶大：極性高分子材料如聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇等不溶或難溶于烷烴、苯、甲苯等非極性溶劑中，但可溶解或溶脹溶或難溶于烷烴、苯、甲苯等非極性溶劑中，但可溶解或溶脹于

5、水、醇、酚等強極性溶劑中。于水、醇、酚等強極性溶劑中。 小溶小：天然橡膠、無定型聚苯乙烯、硅樹脂等非極性高小溶小：天然橡膠、無定型聚苯乙烯、硅樹脂等非極性高聚物易溶于汽油、苯和甲苯等非極性溶劑中。而對于醇、水、聚物易溶于汽油、苯和甲苯等非極性溶劑中。而對于醇、水、酸堿鹽的水溶液等極性介質，耐蝕性較好；對中等極性的有機酸堿鹽的水溶液等極性介質，耐蝕性較好；對中等極性的有機酸、酯等有一定的耐蝕能力。酸、酯等有一定的耐蝕能力。（2 2）溶解度參數相近：）溶解度參數相近： 溶解度參數差的絕對值：溶解度參數差的絕對值：|1 1-2 2| | 1 1）5.1 5.1 不溶不溶 2) 3.5-5.1 2)

6、3.5-5.1 可溶可溶 3) 3.5 3) 3.5 易溶易溶4.4.光氧化機理光氧化機理原因：原因：共價鍵的解離能：共價鍵的解離能：300-500kJ/mol300-500kJ/mol 對應波長：對應波長：400nm-300nm400nm-300nm太陽光波長：太陽光波長：290-400nm290-400nm對應能量：對應能量：400-300kJ/mol400-300kJ/mol 共價鍵的吸收峰：共價鍵的吸收峰： 羰基羰基C=OC=O：280-300 280-300 雙鍵雙鍵C=CC=C：230-250230-250 羥基羥基OHOH： 230 230 單鍵單鍵CCCC：135135一、光氧

7、化機理一、光氧化機理 2 2）共價鍵的吸收峰：）共價鍵的吸收峰： 羰基羰基C=OC=O：280300280300 雙鍵雙鍵C=CC=C：230250230250 羥基羥基OHOH： 230230 單鍵單鍵CCCC：135135二、光氧老化防護二、光氧老化防護 1 1）光屏蔽）光屏蔽 2 2）光吸收）光吸收 3 3）猝滅劑）猝滅劑 4 4）受阻胺）受阻胺5. 5. 微生物腐蝕微生物腐蝕一、霉菌的滋生與繁殖一、霉菌的滋生與繁殖 微生物的營養要素微生物的營養要素 與其它生物一樣，微生物必須不與其它生物一樣，微生物必須不斷地從外界吸收所需的各類營養物質，利用體內的酶將其分斷地從外界吸收所需的各類營養物

8、質，利用體內的酶將其分解利用，再轉變為細胞自身的組成物質。解利用，再轉變為細胞自身的組成物質。 按營養物質中所含主要元素成分及在微生物生長繁按營養物質中所含主要元素成分及在微生物生長繁殖中的生理功能不同，可將其分為：碳源、氮源、無機鹽和殖中的生理功能不同，可將其分為：碳源、氮源、無機鹽和生長因子。生長因子。1.1. 發生霉腐的要素有：微生物；營養物質發生霉腐的要素有：微生物；營養物質 ( ( 碳源、氮碳源、氮源、無機鹽和生長因子源、無機鹽和生長因子 ) ) ；環境；環境 ( ( 溫度、空氣、濕度、溫度、空氣、濕度、 pH pH 值等值等 ) )6. 6. 高聚物的存放效應與物理老化高聚物的存放效應與物理老化1 1） 物理老化：物理老化： 玻璃態高聚物多數處于非平衡態，不穩定的玻璃態高聚物多數處于非平衡態，不穩定的, ,在玻璃化在玻璃化溫度溫度TgTg以下存放過程中會逐漸趨向穩定的平衡態，從而引以下存放過程中會逐漸趨向穩定的平衡態，從而引起高聚物材料的物理力學性能隨存放或使用時間而變化，起高聚物材料的物理力學性能隨存放或使用時間而變化，這種現象被稱為物理老化或這種現象被稱為物理老