乙烯基酯树脂复合材料在硫酸溶液中的腐蚀机理研究-论文.pdf

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1、玻璃纤维／乙烯基酯树脂复合材料在硫酸溶液中的腐蚀机理研究2014年6月玻璃纤维／乙烯基酯树脂复合材料在硫酸溶液中的腐蚀机理研究李亚南，于运花，杨小平(北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室，北京100029)摘要：采用称重法、电感偶合等离子发射光谱(ICP)、近红外光谱(NIR)、扫描电子显微镜(SEM)研究了玻璃纤维／乙烯基酯树脂复合材料(GF／VE)在不同温度的去离子水和硫酸溶液中的质量变化率、离子析出行为、树脂基体的水解行为以及腐蚀相态，并进一步分析了腐蚀机理。结果表明，在硫酸溶液中浸泡1800h时间内，仅在高温75cC

2、浸泡的复合材料切割边缘封边处发现界面腐蚀，其他温度下腐蚀仅仅停留在树脂基体水平，纤维／树脂间界面仍然保持良好状态。关键词：玻璃纤维；乙烯基酯树脂；复合材料；硫酸溶液；离子浓度中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003—0999(2014)06—0030—051前言纤维以及纤维／基体间界面直接暴露于浸泡液中。GF／VE复合材料因其优良的力学性能、耐热性2．2实验方法以及优异的耐腐蚀性被广泛应用于化工防腐工程材2．2．1质量变化率测试料¨J。在复合材料当中，界面不仅起到在纤维和将样品放入鼓风干燥箱中48h以确保充分干燥基体

3、中传递应力的作用，还在一定程度上保护玻璃至恒重，分为10组，每组5个，称重记为m；将每组纤维不受到环境介质的腐蚀。但是，随着暴露时间样品分别投入到温度为(35、45~C、55℃、65~C、的延长，在腐蚀介质的作用下，界面对纤维的保护作75~C)±1℃的去离子水和40％硫酸溶液中浸泡；每用会随着界面本身的失效而降低甚至瓦解。隔一段时间取出样品，并使用去离子水冲掉表面的在介质环境中，纤维的任何降解都说明有腐蚀介质酸液；用滤纸将样品表面水分擦干，称重并记录质量穿过基体、界面达到纤维。复合材料中玻璃纤维的为m。材料在时间t内的质量变化率用

4、以下公腐蚀程度反映了界面的腐蚀情况。另外，纤维在复式计算：合材料承受负载时担负了绝大部分载荷，纤维的失％：『L二1×100％mJ效与否关系到复合材料的力学性能的高低。因此，研究纤维的腐蚀行为对研究复合材料在环境介质中其中，m为初始质量；m为浸泡时间t时的质的腐蚀机理有着十分重要的意义。本研究首次采用量；t为浸泡时间。ICP法研究了GF／VE复合材料在不同温度的去离2．2．2离子浓度测试子水和硫酸溶液中的离子析出行为，并结合质量变将样品浸泡于500ml、温度分别为(35~C、45~C、化率、红外谱图以及腐蚀相态，分析了该复合材料在5

5、5~C、65℃、75~C)±1oC的去离子水和40％浓度的硫酸盐溶液中的腐蚀行为和机理。硫酸溶液中，每隔一段时间，从浸泡液中取出5ml溶液，使用ICP测试溶液中离子浓度。其中，元素标准2实验部分溶液由北京科学计量研究院提供。2．1实验原料2．2．3近红外光谱(NIR)测试实验用GF／VE复合材料由北京玻璃钢研究设使用NIR测定浸泡前后样品表面树脂中官能团计院提供，玻璃纤维质量分数为50％，属于E型玻的变化，测试范围为400～4000cm～。璃纤维，其化学组成为SiO254％、A12O14％、CaO16．6％2．2．4样品形貌观察以

6、及其他微量氧化物。复合材料板材被切割成尺寸采用SEM分析浸泡前后样品表面、界面形貌。为100X15×8mm的样条，并用VE树脂封边，防止收稿日期：2013—11_ol作者简介：李亚南(1980．)，女，博士研究生，主要从事复合材料环境失效方面的研究。通讯作者：杨小平(1965-)，男，教授，主要从事先进复合材料、生物材料方面的研究，yangxp@mail．butt．edu．cn。翩卿潮啦2014年第6期玻璃钢／复合材料313结果与讨论子交换或者离子的析出【t4,153。当酸性介质达到玻3．1质量变化率璃纤维时，玻璃纤维网络结构中的

7、金属离子与溶液中的氢离子发生离子交换反应，不断地从玻璃纤维中析出。离子交换反应可用下式表示：”+nHnH+M其中，带横线的离子表示其在玻璃纤维中，而其他离子存在于酸陛溶液中。该过程是一个扩散控制过程¨j，温度的升高促进了酸的离解度，电离度越大，对材料的破坏作用越大j。图1GF／VE复合材料的质量变化Fig．1WeightchangesofGF／VEcomposites图1为GF／VE复合材料的质量变化。观察图1可以发现，所有曲线呈现出相似的变化趋势：质量变化随着浸泡时间的延长而逐渐增加，在同一浸泡液中随着温度的增加而增加。质量变化

8、曲线可分为两个阶段：在最初阶段呈现出快速增长趋势，随后增加趋势减缓。但在浸泡1800h的研究范围内，仍然没有达到饱和平衡的趋势。该过程内，质量变化的增加趋势主要是吸收所引起的，即水分及硫酸介质不断浸入材料内部所引起的质量增加。这两个阶段分别由如下机