高分子材料的腐蚀理论汇总.
《材料腐蚀与防护》课程笔记
《材料腐蚀与防护》课程笔记第一章绪论一、材料腐蚀的基本概念1. 定义：材料腐蚀是指材料在特定环境下，由于化学或电化学反应而遭受破坏的过程。
这个过程涉及到材料与周围环境的相互作用，导致材料的性能下降，甚至失效。
2. 类型：材料腐蚀可以分为金属腐蚀和非金属腐蚀两大类。
金属腐蚀包括全面腐蚀和局部腐蚀，非金属腐蚀包括高分子材料的腐蚀和无机非金属材料的腐蚀。
二、金属腐蚀的危害1. 经济损失：金属腐蚀会导致设备、建筑物等损坏，从而造成巨大的经济损失。
腐蚀会缩短设备的使用寿命，增加维修和更换的成本。
2. 资源浪费：金属腐蚀会消耗大量的金属材料，造成资源浪费。
腐蚀产物的堆积会降低材料的利用率，增加材料的消耗。
3. 安全隐患：金属腐蚀会降低设备的性能和寿命，可能导致事故的发生。
例如，腐蚀会导致管道泄漏、断裂等，从而引发安全事故。
4. 环境污染：金属腐蚀产生的废物和污染物会对环境造成严重影响。
腐蚀产物可能会释放有毒物质，污染土壤、水源和空气。
三、腐蚀控制及其重要性1. 腐蚀控制的定义：腐蚀控制是指采取各种措施，降低或消除材料腐蚀的过程。
这包括改变材料的腐蚀环境、使用防腐涂层、采用阴极保护等方法。
2. 腐蚀控制的重要性：腐蚀控制可以延长材料的使用寿命，节约资源和成本，保障设备的安全运行，减少环境污染。
通过有效的腐蚀控制，可以提高设备的可靠性和稳定性，减少维修和更换的频率，降低事故的风险。
四、腐蚀科学与防护技术的研究进展1. 腐蚀科学的发展：腐蚀科学从最初的观察和经验总结，逐渐发展到现代的腐蚀机理研究、腐蚀测试技术和腐蚀预测。
研究者通过实验和理论分析，揭示了腐蚀过程的本质和规律，为腐蚀控制提供了科学依据。
2. 防护技术的发展：防护技术包括涂层保护、阴极保护、阳极保护、缓蚀剂保护等。
近年来还出现了许多新型防护技术，如纳米涂层、自修复涂层等。
这些技术的发展为腐蚀控制提供了更多的选择和可能性。
五、金属腐蚀的分类1. 全面腐蚀：全面腐蚀是指金属表面均匀地遭受腐蚀，如铁的生锈。
现代材料学4--高分子在防腐蚀中的应用
2015-1-28 现代材料学--高分子材料 1 - 33
TFT’s Design and Manufacturing Objectives for LDH Hardware
Reduce the potential for corrosion within intake and gate valves Provide maximum flow with minimal friction loss in all products Design a manufacturing and assembly system that will allow rapid delivery of over 500 finished goods
1. 硝基漆 2. 醇酸树脂漆 3. 氨基树脂漆 4. 环氧树脂漆 5. 聚酯树脂漆 6. 丙烯酸树脂漆 7. 聚氨酯漆 8. 氟树脂漆 9. 有机硅树脂漆 10.乙烯基树脂漆
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现代材料学--高分子材料
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Structure of Some Common Polymers
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现代材料学--高分子材料
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• Specs
– Fixed or adjustable center – Corrosion protected material construction – Coex/single extrusion possible
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现代材料学--高分子材料
d
C C
D
D
D
T
d
W
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现代材料学--高分子材料
高分子材料的腐蚀
.按营养物质中所含主要元素成分及在微生物生长繁殖中的生理功 能不同，可将其分为：碳源、氮源、无机盐和生长因子。
发生霉腐的要素有：微生物；营养物质 ( 碳源、氮源、无机盐和
生长因子 ) ；环境 ( 温度、空气、湿度、 pH 值等 )
2.太阳光的氧化降
解
原因： 1共价键的解离能： 300~500kJ/mol
内因：化学结构的改变
外因：物理因素
老化主要表现在：
(1)外观的变化：污渍、斑点、银纹、裂缝 (2)物理性能的变化：包括溶解性、溶胀性、 以及耐寒、耐热等 (3)力学性能的变化：如抗张强度、弯曲强 度、抗冲击强度等
(4)电性能的变化：如绝缘电阻、电击穿强 度、介电常数等
ห้องสมุดไป่ตู้
老化的分类
随温度增加，分子链热运动加剧，层次变少，表明溶胀和溶解加快。 在T＞Tf时就只有I区，这时高聚物呈粘流态，溶解过程实际上变为 两种液体的混合过程。
四.环境应力开裂[6-11]:
指在应力与介质(如表面活性物质)共同作用下，高分 子材料出现银纹，并进一步生长成裂缝，直至发生脆 性断裂；
五.渗透破坏：
高分子材料
—— 高分子材料的腐蚀
复合1001 杨佑高 3100706013
主要内容
高分子材料的概述
1.高分子材料的概念 2.组成 3.分类
高分子材料的腐蚀
化学老化 物理老化
高分子材料的概述
一、高分子材料的基本概念 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的 材料。常称聚合物或高聚物。 高分子化合物的分子量一般>10^4 。 高分子化合物有天然的，也有人工合成的。 工业用高分子材料主要是人工合成的。
腐蚀与防护-第七章
VI.
应力腐蚀开裂
应力与腐蚀的协同作用，可以产生应力腐蚀开裂或坼 裂。 坼裂即龟裂。这两种情况没有涉及到材料结合键的直 接破坏，而是促进开裂物质在缺陷中吸附或溶解，改变了 表面能，促进了开裂。一般认为，拉应力可降低化学反应 激活能，促进应力腐蚀开裂。也可能是应力使大分子距离 拉开，增加了渗透及局部溶解。例如，硬聚氯乙稀在浓硫 酸、硝酸等介质中出现SCC。高分子材料的应力腐蚀是高分 子材料在受力状态下所发生的物理或化学腐蚀，并使材料 在低于正常断裂应力下产生银纹、裂纹、直至断裂的现象。
VII.
微生物腐蚀
许多高分子材料,如天然橡胶，大部分的含有增塑剂的 热固性塑料和热塑性塑料等都含有微生物所必需的养分，因 此只要有合适的温度和湿度，微生物便会在这些材料上生活 与繁殖，导致设备的腐蚀。 微生物对设备的损害，不仅表现在其新陈代谢所产生的 酸性产物具有腐蚀作用，而且往往反映在其会使密封圈失去 密封性，绝缘件丧失绝缘性，有时潮湿霉菌跨接在两相互绝 缘构件表面繁殖时，还会直接弓起电流短路。 控制微生物腐蚀，要注意清洁环境，保持干燥，以清除 微生物生活和繁殖所必要的条件。就材料本身而言，不含增 塑剂的塑料具有较好的抗微生物腐蚀能力。
图 7-7 某氮肥厂合成冷凝液床橡胶 衬里溶胀腐蚀形貌
7.2 硅酸盐材料的腐蚀与防护
III. 水解反应
由于高分子链中除碳原子外，还含有O，N，Si等原子，这些原子与碳 O 原子之间构成极性键，例如，醚键(-O-)，酯键( )，酰胺键 ( C ) 等，水能与这些键发生作用，从而使高分子材料降解，这个过程 NH 称为高分子材料的水解。 例如，聚酯的水解反应为
O
C O
分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分 子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、 纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等。
高分子材料的腐蚀
化
高分子材料的老化
化学过程
化学老化 物理过程 包括渗透、溶胀、溶解、 化学腐蚀、老化、应力 腐蚀开裂、氧化降解、 高能辐射降解、微生物 腐蚀
物理老化：由于物理作用而发生的可逆性变化， 不涉及分子结构的改变
高分子材料的腐蚀机理
简要介绍
1、渗透与溶胀、溶解 2、化学腐蚀（氧化与水解） 3、老化 4、应力腐蚀开裂 5、氧化降解与交联 6、高能辐射降解与交联 7、微生物腐蚀 8、物理老化
高分子材料腐蚀的控制方法
（1）改进聚合工艺，选择合适的聚合方法，采用优 良的引发剂、催化剂并确定其合理的用量，消除聚合 物中不稳定的端基，尽量减少聚合过程中在聚合物内 产生的杂质。 （2）采用共聚、共混、交联等物理、化学改性措 施，从根本上克服导致聚合物老化的弱点。 （3）改进聚合物成型加工工艺，减少加工过程中杂 质的引入量，尽量消除聚合物中的内应力，适当控制 聚合物的聚集态结构。 （4）采用物理方法进行防护，如使用防护蜡等。 （5）在高分子材料中加入稳定剂。
高分子材料的腐蚀
刘亮
你知道什么是高分子材料吗？
你知道什么是高分子材料腐蚀吗？
你知道高分子材料是如何进行腐蚀的吗？
你知道如何防止高分材料腐蚀吗？
高分子材料的定义
• 高分子材料是由相对分子质量较高的化合物 构成的材料，通常分子量大于10000。高分 子是生命存在的形式，所有的生命体都可以 看作是高分子的集合。
高分子材料，所处环境中的试剂向材料内渗透扩散才是其
腐蚀的主要原因。
高分子材料腐蚀主要表现
（1）外观的变化：出现污渍、斑点、裂缝、粉化以及光 泽度、颜色上的变化。 （2）物理性能的变化：包括溶解性、溶胀性、流变性能、 耐寒、耐热、透水、透气等性能的变化。
高分子材料的腐蚀理论汇总.
4.1 概论 4.2 高分子材料腐蚀机理 4.3 高分子复合材料的腐蚀
4.1 概述
一、研究高分子材料腐蚀的意义
1. 基本概念：小分子，大分子，高分子，单体，聚合物
2. 种类：塑料、橡胶、纤维 3. 特性：密度、性能、工艺 4. 应用：广泛、取代金属的统治地位 5. 方向：复合材料，功能材料 6. 腐蚀特性：大气腐蚀、稀的酸、碱、盐溶液
一、光氧化机理
2）共价键的吸收峰：
羰基C=O：280~300 双键C=C：230~250
羟基OH：
二、光氧老化防护 1）光屏蔽 3）猝灭剂
230
单键C—C：135 2）光吸收 4）受阻胺
5. 微生物腐蚀
一、霉菌的滋生与繁殖 微生物的营养要素 与其它生物一样，微生物必须不断地 从外界吸收所需的各类营养物质，利用体内的酶将其分解利 用，再转变为细胞自身的组成物质。 按营养物质中所含主要元素成分及在微生物生长繁殖中 的生理功能不同，可将其分为：碳源、氮源、无机盐和生长 因子。 发生霉腐的要素有：微生物；营养物质 ( 碳源、氮源、 无机盐和生长因子 ) ；环境 ( 温度、空气、湿度、 pH 值
对性能的影响：
（1）密度升高 （2）强度增加 （3）韧性降低
4.3 高分子复合材料的腐蚀
等 )
6. 高聚物的存放效应与物理老化
1） 物理老化：
玻璃态高聚物多数处于非平衡态，不稳定的,在玻璃化 温度Tg以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态，从而引 起高聚物材料的物理力学性能随存放或使用时间而变化， 这种现象被称为物理老化或“存放效应”
2） 物理老化的特点： （1）可逆 （2）自减速
3）
（2）溶解度参数相近： 溶解度参数差的绝对值：|δ1-δ2|
高分子材料的耐化学腐蚀性研究
高分子材料的耐化学腐蚀性研究高分子材料因其广泛的应用领域和独特的性能，在现代工程和科学领域中扮演着重要的角色。
然而，由于其分子结构特点，高分子材料常常存在着对化学腐蚀的敏感性。
因此，正确认识和评估高分子材料的耐化学腐蚀性是至关重要的。
本文将针对高分子材料的耐化学腐蚀性进行深入研究。
1. 高分子材料的化学腐蚀机理高分子材料的化学腐蚀是指其在特定环境条件下，受到化学物质的作用而发生质量和性能的变化。
其化学腐蚀机理包括：首先是高分子材料与化学物质之间的物理吸附作用，使得化学物质与材料表面发生相互作用；然后是化学反应的发生，导致高分子材料的结构发生变化。
最终，高分子材料的质量和性能会受到不同程度的破坏或改变。
2. 影响高分子材料耐化学腐蚀性的因素（1）化学物质特性：不同的化学物质对高分子材料的腐蚀性能有着显著的影响。
例如，强酸、强碱等具有高度腐蚀性的化学物质对高分子材料的损害作用更为明显。
（2）高分子材料的结构：高分子材料的分子结构和组成也会对其耐化学腐蚀性产生重要影响。
例如，聚合度高、交联度高的高分子材料相较于线性聚合物具有更好的耐腐蚀性能。
（3）环境条件：温度、湿度、气体环境等环境因素也会极大地影响高分子材料的耐化学腐蚀性。
高温、高湿度及腐蚀性气体的存在会加剧高分子材料的腐蚀程度。
3. 提高高分子材料耐化学腐蚀性的方法为了提高高分子材料的耐化学腐蚀性，人们采取了多种方法：（1）增加高分子材料的交联度，使其分子结构更加稳定，从而提高耐化学腐蚀性。
（2）通过改变高分子材料的配方和材料配比，调整其成分和性质，增强其抗腐蚀性能。
（3）采用表面处理技术，如涂覆、喷涂等，形成一层保护性的膜层，以降低高分子材料与化学物质的直接接触。
（4）引入阻隔层，如添加纳米复合材料，形成高分子材料的阻隔膜，增强其耐化学腐蚀性。
4. 高分子材料的耐化学腐蚀性评估方法为了准确评估高分子材料的耐化学腐蚀性，人们开发出了一系列评估方法和测试标准，如摩擦法、插入法、电化学法等。
高分子材料的耐腐蚀性与防腐蚀应用
高分子材料的耐腐蚀性与防腐蚀应用高分子材料是一类具有重要应用前景的材料，在各个领域中被广泛使用。
然而，由于其分子结构的特殊性，高分子材料往往具有较差的耐腐蚀性能，容易受到环境中的腐蚀介质的侵蚀和破坏。
因此，研究高分子材料的耐腐蚀性以及开发相应的防腐蚀应用技术，对于推动高分子材料的发展具有重要意义。
一、高分子材料的耐腐蚀性高分子材料的耐腐蚀性是指材料在特定环境中长时间接触腐蚀介质而不发生明显损耗的能力。
高分子材料的耐腐蚀性主要取决于其分子结构以及物理、化学性质。
例如，聚丙烯和聚乙烯等线性高分子材料具有较好的耐酸碱性能，而聚氯乙烯和聚苯乙烯等支链高分子材料的耐酸碱性能较差。
此外，高分子材料的分子量和结晶度也会影响其耐腐蚀性能。
一般来说，分子量大、结晶度高的高分子材料具有更好的耐腐蚀性。
二、高分子材料的防腐蚀应用1. 合金化改性通过向高分子材料中添加一定量的耐腐蚀性好的金属或无机填料，可以显著提高材料的耐腐蚀性。
例如，将聚合物与金属纳米颗粒进行复合改性，可以使高分子材料在腐蚀介质中的耐腐蚀性能得到很大提升。
同时，合金化改性还可以增强材料的机械性能，提高其综合应用性能。
2. 表面涂层技术对于高分子材料来说，表面涂层是一种常用的防腐蚀技术。
涂层可以起到隔离材料与腐蚀介质的作用，有效保护材料免受腐蚀侵蚀。
常用的涂层材料有聚氯乙烯、聚脲等。
通过选择合适的涂层材料和涂层工艺，可以使高分子材料的耐腐蚀性能得到大幅度提升。
3. 包覆技术包覆技术是一种将高分子材料表面覆盖一层腐蚀性能优良的薄膜的方法。
常用的包覆材料有聚乙烯醇、环氧树脂等。
包覆层可以隔断高分子材料与腐蚀介质的接触，形成一层保护膜，从而提高材料的耐腐蚀性。
4. 添加剂改性通过向高分子材料中添加防腐蚀剂、抗氧化剂等改性剂，可以提高材料的耐腐蚀性。
这些添加剂可以在高分子材料中形成一层保护膜，阻止腐蚀性物质侵蚀材料表面。
三、高分子材料耐腐蚀性与防腐蚀应用的展望目前，虽然在高分子材料的耐腐蚀性以及防腐蚀应用方面已经取得了一些进展，但仍然存在一些挑战和问题。
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二、高分子材料腐蚀类型 1. 老化：高分子材料在加工、储存和使用过程中，由于内外因 素的综合作用，其物理化学性能和机械性能逐渐变坏，以至最 后丧失使用价值，这种现象称为高分子材料的腐蚀，通常称之 为老化。 2. 老化形式： 外观的变化：出现污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化及光 泽、
颜色的变化；
第4章 高分子材料的腐蚀理论
4.1 概论 4.2 高分子材料腐蚀机理 4.3 高分子复合材料的腐蚀
4.1 概述
一、研究高分子材料腐蚀的意义
1. 基本概念：小分子，大分子，高分子，单体，聚合物
2. 种类：塑料、橡胶、纤维 3. 特性：密度、性能、工艺 4. 应用：广泛、取代金属的统治地位 5. 方向：复合材料，功能材料 6. 腐蚀特性：大气腐蚀、稀的酸、碱、盐溶液
3.
1）
溶胀与溶解
溶解：线形高聚物 溶涨：体形高聚物、结晶型高聚物
2） 耐溶剂性：
（1）极性相近： 大溶大：极性高分子材料如聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇等不 溶或难溶于烷烃、苯、甲苯等非极性溶剂中，但可溶解或溶胀 于水、醇、酚等强极性溶剂中。 小溶小：天然橡胶、无定型聚苯乙烯、硅树脂等非极性高 聚物易溶于汽油、苯和甲苯等非极性溶剂中。而对于醇、水、 酸碱盐的水溶液等极性介质，耐蚀性较好；对中等极性的有机 酸、酯等有一定的耐蚀能力。
（2）溶解度参数相近： 溶解度参数差的绝对值：|δ1-δ2|
1）>5.1
2) 3) 3.5-5.1 <3.5
不溶
可溶 易溶
4.光氧化机理 原因： 共价键的解离能： 300-500kJ/mol 对应波长：
400nm-300nm
太阳光波长： 290-400nm
对应能量：
400-300kJ/mol 共价键的吸收峰： 羰基C=O：280-300 双键C=C：230-250 羟基OH： 230 单键C—C：135
物理性能的变化：包括溶解性、溶胀性、流变性能，以及耐寒、 耐热、透水、透气等性能的变化；
力学性能的变化：如抗张强度、弯曲强度、抗冲击强度等的变 化；
3.
类型：
化学老化：主键断裂 物理老化：次键断裂 三、高分子材料腐蚀特点 金属：离子溶解
高分子：物质渗透
4.2 高分子材料腐蚀机理
1. 渗透与扩散： 腐蚀介质渗入高分子材料内部会引起反应。高分子材料 的大分子及腐蚀产物因热运动较困难，难于向介质中扩散， 所以，腐蚀反应速度主要取决于介质分子向材料内部的扩散 速度。 2. 表征： 增重率：渗入的介质质量与样品原始质量的比值 其意义是单位质量的样品所吸收的介质量。
等 )
6. 高聚物的存放效应与物理老化
1） 物理老化：
玻璃态高聚物多数处于非平衡态，不稳定的,在玻璃化 温度Tg以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态，从而引 起高聚物材料的物理力学性能随存放或使用时间而变化， 这种现象被称为物理老化或“存放效应”
2） 物理老化的特点： （1）可逆 （2）自减速
3）
一、光氧化机理
2）共价键的吸收峰：
羰基C=O：280~300 双键C=C：230~250
羟基OH：
二、光氧老化防护 1）光屏蔽 3）猝灭剂
230
单键C—C：135 2）光吸收 4）受阻胺
5. 微生物腐蚀
一、霉菌的滋生与繁殖 微生物的营养要素 与其它生物一样，微生物必须不断地 从外界吸收所需的各类营养物质，利用体内的酶将其分解利 用，再转变为细胞自身的组成物质。 按营养物质中所含主要元素成分及在微生物生长繁殖中 的生理功能不同，可将其分为：碳源、氮源、无机盐和生长 因子。 发生霉腐的要素有：微生物；营养物质 ( 碳源、氮源、 无机盐和生长因子 ) ；环境 ( 温度、空气、湿度、 pH 值
对性能的影响：
（1）密度升高 （2）强度增加 （3）韧性降低
4.3 高分子复合材料的腐蚀