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1、玻璃纖維／乙烯基酯樹脂復合材料在硫酸溶液中的腐蝕機理研究2014年6月玻璃纖維／乙烯基酯樹脂復合材料在硫酸溶液中的腐蝕機理研究李亞南，于運花，楊小平(北京化工大學有機無機復合材料國家重點實驗室，北京100029)摘要：采用稱重法、電感偶合等離子發(fā)射光譜(ICP)、近紅外光譜(NIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)研究了玻璃纖維／乙烯基酯樹脂復合材料(GF／VE)在不同溫度的去離子水和硫酸溶液中的質量變化率、離子析出行為、樹脂基體的水解行為以及腐蝕相態(tài)，并進一步分析了腐蝕機理。結果表明，在硫酸溶液中浸泡1800h時間內，僅在高溫75cC
2、浸泡的復合材料切割邊緣封邊處發(fā)現界面腐蝕，其他溫度下腐蝕僅僅停留在樹脂基體水平，纖維／樹脂間界面仍然保持良好狀態(tài)。關鍵詞：玻璃纖維；乙烯基酯樹脂；復合材料；硫酸溶液；離子濃度中圖分類號：TB332文獻標識碼：A文章編號：1003—0999(2014)06—0030—051前言纖維以及纖維／基體間界面直接暴露于浸泡液中。GF／VE復合材料因其優(yōu)良的力學性能、耐熱性2．2實驗方法以及優(yōu)異的耐腐蝕性被廣泛應用于化工防腐工程材2．2．1質量變化率測試料¨J。在復合材料當中，界面不僅起到在纖維和將樣品放入鼓風干燥箱中48h以確保充分干燥基體
3、中傳遞應力的作用，還在一定程度上保護玻璃至恒重，分為10組，每組5個，稱重記為m；將每組纖維不受到環(huán)境介質的腐蝕。但是，隨著暴露時間樣品分別投入到溫度為(35、45~C、55℃、65~C、的延長，在腐蝕介質的作用下，界面對纖維的保護作75~C)±1℃的去離子水和40％硫酸溶液中浸泡；每用會隨著界面本身的失效而降低甚至瓦解。隔一段時間取出樣品，并使用去離子水沖掉表面的在介質環(huán)境中，纖維的任何降解都說明有腐蝕介質酸液；用濾紙將樣品表面水分擦干，稱重并記錄質量穿過基體、界面達到纖維。復合材料中玻璃纖維的為m。材料在時間t內的質量變化率用
4、以下公腐蝕程度反映了界面的腐蝕情況。另外，纖維在復式計算：合材料承受負載時擔負了絕大部分載荷，纖維的失％：『L二1×100％mJ效與否關系到復合材料的力學性能的高低。因此，研究纖維的腐蝕行為對研究復合材料在環(huán)境介質中其中，m為初始質量；m為浸泡時間t時的質的腐蝕機理有著十分重要的意義。本研究首次采用量；t為浸泡時間。ICP法研究了GF／VE復合材料在不同溫度的去離2．2．2離子濃度測試子水和硫酸溶液中的離子析出行為，并結合質量變將樣品浸泡于500ml、溫度分別為(35~C、45~C、化率、紅外譜圖以及腐蝕相態(tài)，分析了該復合材料在5
5、5~C、65℃、75~C)±1oC的去離子水和40％濃度的硫酸鹽溶液中的腐蝕行為和機理。硫酸溶液中，每隔一段時間，從浸泡液中取出5ml溶液，使用ICP測試溶液中離子濃度。其中，元素標準2實驗部分溶液由北京科學計量研究院提供。2．1實驗原料2．2．3近紅外光譜(NIR)測試實驗用GF／VE復合材料由北京玻璃鋼研究設使用NIR測定浸泡前后樣品表面樹脂中官能團計院提供，玻璃纖維質量分數為50％，屬于E型玻的變化，測試范圍為400～4000cm～。璃纖維，其化學組成為SiO254％、A12O14％、CaO16．6％2．2．4樣品形貌觀察以
6、及其他微量氧化物。復合材料板材被切割成尺寸采用SEM分析浸泡前后樣品表面、界面形貌。為100X15×8mm的樣條，并用VE樹脂封邊，防止收稿日期：2013—11_ol作者簡介：李亞南(1980．)，女，博士研究生，主要從事復合材料環(huán)境失效方面的研究。通訊作者：楊小平(1965-)，男，教授，主要從事先進復合材料、生物材料方面的研究，yangxp@mail．butt．edu．cn。翩卿潮啦2014年第6期玻璃鋼／復合材料313結果與討論子交換或者離子的析出【t4,153。當酸性介質達到玻3．1質量變化率璃纖維時，玻璃纖維網絡結構中的
7、金屬離子與溶液中的氫離子發(fā)生離子交換反應，不斷地從玻璃纖維中析出。離子交換反應可用下式表示：”+nHnH+M其中，帶橫線的離子表示其在玻璃纖維中，而其他離子存在于酸陛溶液中。該過程是一個擴散控制過程¨j，溫度的升高促進了酸的離解度，電離度越大，對材料的破壞作用越大j。圖1GF／VE復合材料的質量變化Fig．1WeightchangesofGF／VEcomposites圖1為GF／VE復合材料的質量變化。觀察圖1可以發(fā)現，所有曲線呈現出相似的變化趨勢：質量變化隨著浸泡時間的延長而逐漸增加，在同一浸泡液中隨著溫度的增加而增加。質量變化
8、曲線可分為兩個階段：在最初階段呈現出快速增長趨勢，隨后增加趨勢減緩。但在浸泡1800h的研究范圍內，仍然沒有達到飽和平衡的趨勢。該過程內，質量變化的增加趨勢主要是吸收所引起的，即水分及硫酸介質不斷浸入材料內部所引起的質量增加。這兩個階段分別由如下機
