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1、玻璃纖維／乙烯基酯樹脂復(fù)合材料在硫酸溶液中的腐蝕機(jī)理研究2014年6月玻璃纖維／乙烯基酯樹脂復(fù)合材料在硫酸溶液中的腐蝕機(jī)理研究李亞南，于運(yùn)花，楊小平(北京化工大學(xué)有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(fù)合材料(GF／VE)在不同溫度的去離子水和硫酸溶液中的質(zhì)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(jìn)一步分析了腐蝕機(jī)理。結(jié)果表明，在硫酸溶液中浸泡1800h時(shí)間內(nèi)，僅在高溫75cC
2、浸泡的復(fù)合材料切割邊緣封邊處發(fā)現(xiàn)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(guān)鍵詞：玻璃纖維；乙烯基酯樹脂；復(fù)合材料；硫酸溶液；離子濃度中圖分類號(hào)：TB332文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(fù)合材料因其優(yōu)良的力學(xué)性能、耐熱性2．2實(shí)驗(yàn)方法以及優(yōu)異的耐腐蝕性被廣泛應(yīng)用于化工防腐工程材2．2．1質(zhì)量變化率測(cè)試料¨J。在復(fù)合材料當(dāng)中，界面不僅起到在纖維和將樣品放入鼓風(fēng)干燥箱中48h以確保充分干燥基體
3、中傳遞應(yīng)力的作用，還在一定程度上保護(hù)玻璃至恒重，分為10組，每組5個(gè)，稱重記為m；將每組纖維不受到環(huán)境介質(zhì)的腐蝕。但是，隨著暴露時(shí)間樣品分別投入到溫度為(35、45~C、55℃、65~C、的延長(zhǎng)，在腐蝕介質(zhì)的作用下，界面對(duì)纖維的保護(hù)作75~C)±1℃的去離子水和40％硫酸溶液中浸泡；每用會(huì)隨著界面本身的失效而降低甚至瓦解。隔一段時(shí)間取出樣品，并使用去離子水沖掉表面的在介質(zhì)環(huán)境中，纖維的任何降解都說明有腐蝕介質(zhì)酸液；用濾紙將樣品表面水分擦干，稱重并記錄質(zhì)量穿過基體、界面達(dá)到纖維。復(fù)合材料中玻璃纖維的為m。材料在時(shí)間t內(nèi)的質(zhì)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(fù)式計(jì)算：合材料承受負(fù)載時(shí)擔(dān)負(fù)了絕大部分載荷，纖維的失％：『L二1×100％mJ效與否關(guān)系到復(fù)合材料的力學(xué)性能的高低。因此，研究纖維的腐蝕行為對(duì)研究復(fù)合材料在環(huán)境介質(zhì)中其中，m為初始質(zhì)量；m為浸泡時(shí)間t時(shí)的質(zhì)的腐蝕機(jī)理有著十分重要的意義。本研究首次采用量；t為浸泡時(shí)間。ICP法研究了GF／VE復(fù)合材料在不同溫度的去離2．2．2離子濃度測(cè)試子水和硫酸溶液中的離子析出行為，并結(jié)合質(zhì)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(fù)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(jī)理。硫酸溶液中，每隔一段時(shí)間，從浸泡液中取出5ml溶液，使用ICP測(cè)試溶液中離子濃度。其中，元素標(biāo)準(zhǔn)2實(shí)驗(yàn)部分溶液由北京科學(xué)計(jì)量研究院提供。2．1實(shí)驗(yàn)原料2．2．3近紅外光譜(NIR)測(cè)試實(shí)驗(yàn)用GF／VE復(fù)合材料由北京玻璃鋼研究設(shè)使用NIR測(cè)定浸泡前后樣品表面樹脂中官能團(tuán)計(jì)院提供，玻璃纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％，屬于E型玻的變化，測(cè)試范圍為400～4000cm～。璃纖維，其化學(xué)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(fù)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(jiǎn)介：李亞南(1980．)，女，博士研究生，主要從事復(fù)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(jìn)復(fù)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(fù)合材料313結(jié)果與討論子交換或者離子的析出【t4,153。當(dāng)酸性介質(zhì)達(dá)到玻3．1質(zhì)量變化率璃纖維時(shí)，玻璃纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的
7、金屬離子與溶液中的氫離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，不斷地從玻璃纖維中析出。離子交換反應(yīng)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(gè)擴(kuò)散控制過程¨j，溫度的升高促進(jìn)了酸的離解度，電離度越大，對(duì)材料的破壞作用越大j。圖1GF／VE復(fù)合材料的質(zhì)量變化Fig．1WeightchangesofGF／VEcomposites圖1為GF／VE復(fù)合材料的質(zhì)量變化。觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，所有曲線呈現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)：質(zhì)量變化隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，在同一浸泡液中隨著溫度的增加而增加。質(zhì)量變化
8、曲線可分為兩個(gè)階段：在最初階段呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，隨后增加趨勢(shì)減緩。但在浸泡1800h的研究范圍內(nèi)，仍然沒有達(dá)到飽和平衡的趨勢(shì)。該過程內(nèi)，質(zhì)量變化的增加趨勢(shì)主要是吸收所引起的，即水分及硫酸介質(zhì)不斷浸入材料內(nèi)部所引起的質(zhì)量增加。這兩個(gè)階段分別由如下機(jī)
