GF/VE复合材料在去离子水和硫酸溶液中的腐蚀行为研究

摘要

玻璃纤维增强乙烯基酯树脂(GF/VE)复合材料因其优良的力学和耐腐蚀性能，常作为化学容器等较高耐腐蚀性要求的壳体材料使用。但是在实际应用中由于各种复杂的环境因素(湿度、温度、化学介质等)的协同作用，复合材料的树脂基体、增强纤维和界面会受到不同程度的腐蚀，对复合材料的力学性能产生很大的影响，从而影响其使用寿命。因此，模拟GF/VE复合材料的实际使用环境研究其腐蚀行为，对选取性能优异的壳体材料及其使用寿命的预测具有非常重要的指导意义。
　　 本文选择两种玻璃纤维增强乙烯基酯树脂复合材料(GF/VEA和GF/VEB)及其树脂基体(VEA和VEB)，对比研究其静态和动态力学性能及其在55℃、40wt％硫酸水溶液中的变化以及吸湿特性，并用SEM和FTIR分析其微观结构和组成变化，研究界面粘结对两种复合材料在硫酸介质中腐蚀行为的影响。进而选择界面粘结性能和耐蚀性能较好的GF/VEB复合材料，对其在去离子水和硫酸介质中的腐蚀行为进行比较，并采用材料强度预测模型对GF/VEB复合材料进行弯曲强度的寿命预测。
　　 静态和动态力学性能测试结果表明，复合材料GF/VEB较GF/VEA具有更好的界面粘结性能。通过对相同的浸泡时间内两种复合材料及其树脂浇注体在硫酸介质中的质量变化率比较和红外分析表明，VEA和VEB两种树脂在硫酸溶液中的耐蚀性能相似，从而GF/VEA和GF/VEB复合材料耐酸蚀性能的差异主要取决于界面粘结的不同。
　　 通过动态力学性能、剪切性能和弯曲性能的研究表明，纤维与树脂界面粘结情况越好，复合材料的性能保留率越高。从而复合材料GF/VEB的耐酸性能优于复合材料GF/VEA。因此，两者相比，复合材料GF/VEB更适合作为防腐容器壳体材料使用。
　　 通过对GF/VEB复合材料在去离子水和硫酸溶液中的腐蚀行为比较表明，在去离子水中，GF/VEB复合材料的腐蚀主要因吸湿塑化和轻微的界面脱粘导致弯曲强度轻微下降，而弯曲模量几乎不变；而在硫酸介质中，除了吸湿塑化还因树脂基体的水解脆化和玻璃纤维的裂纹化，导致更严重的界面脱粘破坏，从而弯曲强度和弯曲模量均有明显的降低。
　　 采用材料强度预测模型对GF/VEB复合材料进行弯曲强度预测，预测值与试验值拟合较好，并根据材料的弯曲强度对GF/VEB复合材in料的使用寿命进行预测，结果表明GF/VE复合材料在硫酸溶液中的使用寿命比其去离子水中的使用寿命短约16倍。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号说明

声明

第一章绪论

1.1乙烯基酯树脂

1.1.1乙烯基酯树脂的特点

1.1.2乙烯基酯树脂的发展和应用

1.2玻璃钢复合材料

1.2.1玻璃钢复合材料的特点

1.2.2玻璃钢复合材料的发展和应用

1.3乙烯基酯树脂的腐蚀

1.3.1乙烯基酯树脂的吸湿行为及其影响因素

1.3.2乙烯基酯树脂的性能老化

1.3.3乙烯基酯树脂的耐化学介质性能

1.4玻璃钢复合材料的腐蚀行为和机理

1.4.1玻璃钢复合材料在腐蚀介质中的质量变化行为

1.4.2玻璃纤维的腐蚀

1.4.3玻璃钢界面的腐蚀

1.5玻璃钢复合材料的寿命预测研究

1.5.1阿伦尼乌斯模型

1.5.2非阿伦尼乌斯模型

1.5.3材料强度预测模型

1.6本论文的研究背景和研究内容

第二章实验部分

2.1原材料

2.2老化条件

2.3试验方法

2.4实验设备

第三章结果与讨论

3.1两种复合材料在硫酸溶液中腐蚀行为比较

3.1.1两种复合材料的界面性能比较

3.1.2两种复合材料及其浇注体的吸湿行为比较

3.1.3两种复合材料及其浇注体的静态力学性能比较

3.1.4两种复合材料及其浇注体复合材料的动态热机械性能分析

3.1.5浸泡溶液中钙离子含量分析

3.1.6两种复合材料的腐蚀形貌观察(SEM)

3.2 GF/VEB及VEB树脂浇注体在去离子水和硫酸溶液中的腐蚀行为比较

3.2.1吸湿行为比较

3.2.2静态力学性能比较

3.2.3动态热机械性能比较

3.2.4浸泡溶液中的钙离子含量比较

3.2.5 GF/VEB复合材料在去离子水和硫酸溶液中浸泡后的形貌观察

3.3寿命预测

3.3.1材料弯曲强度预测

3.3.2材料的使用寿命预测

第四章结论

参考文献

附录

致谢

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