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材料环境老化的原因分析

日期:2019-05-31|作者:admin |人气:

  材料环境老化的原因分析,由于材料本身分子结构存在一些弱点,在环境(光、热、雨水和氧气等)因素作用下,不可避免地会产生老化现象。材料大气腐蚀效应主要由各种环境因素共同、协同或交互作用决定。这些环境因素可分为决定性因素和加速性因素。对于不同的材料其环境因素各不相同。接下来就对不同材料老化原因进行了分析。

  一、相对湿度
  相对湿度是影响金属大气腐蚀的zui主要因素之一。在金属大气腐蚀过程中,大气中水分在金属表面凝聚而生成水膜和氧气通过水膜进入金属表面是发生大气腐蚀的基本条件,水膜的形成与大气中的相对湿度相关。不同物质或不同物质的不同表面状态对于水分子的吸附能力不同,物体表面形成水膜与物体本身特性有着密切的关系。当空气中相对湿度达到临界值时,水分在金属表面形成水膜,从而促进电化学过程的发展,腐蚀速度迅速增加,这时的相对湿度称为金属临界相对湿度。常用金属大气腐蚀的临界相对湿度分别为:钢铁65%,锌70%,铜60%,镍70%,铝76%。金属的临界相对湿度因金属表面状态不同而不同,金属表面越粗糙,临界相对湿度也越低。所以金属表面上沾有易于吸潮的盐类或灰尘等,其临界值也会降低。另外,空气中的相对湿度还影响金属表面水膜的厚度和干湿交替的频率。
  如前所述,大气中相对湿度的高低,对装药的吸湿、分解、变质具有重要影响;另外,对塑料老化的速度亦有一定的影响。一般说来,相对湿度大,易于引起材料的加速老化。

  二、气温
  大气温度及变化是影响大气腐蚀的重要因素。因为它影响金属表面水蒸气的凝聚,水膜中各种腐蚀气体和盐类的溶解度、水膜的电阻,腐蚀电解池中阴、阳极过程的反应速度。温度的影响应与大气相对湿度综合起来考虑。当相对湿度低于金属临界相对湿度时,温度对大气腐蚀的影响很小,无论气温多高,在干燥环境下金属腐蚀轻微。但当相对湿度达到金属临界相对湿度时,温度的影响就十分明显。按一般化学反应,温度每升高10℃,反应速度升高2倍。
  大气环境中的气温并不高,但是在大气环境中由于同时有光、氧等因素的参与和配合,这时,热的因素对高分子材料的老化就起加速作用,气温越高,加速作用越大。此外,大气的气温会随地区和季节的变化而变化,日夜之间也有温差,这种冷热交替的作用对某些高分子材料的老化也会产生一定的影响。

  材料环境老化的原因分析
  三、日照时间
  日照时间对于高分子材料和涂层的大气腐蚀(老化)关系较为密切。日照时间越长,高分子材料老化速度越快。阳光中的紫外线虽然量很少,但光能量却很大,它对许多高分子材料的破坏性很大,是引起高分子材料老化zui主要的因素;红外线对高分子材料老化亦起重要影响,因为材料吸收红外线后转变为热能,热能够加速材料的老化;可见光对材料的老化也有影响,因为在一定条件下,可见光同样能够引发某些高聚物降解以及对含有颜料的高分子材料起破坏作用。
  对于金属材料,日照时间越长,金属表面水膜消失越快,降低表面润湿时间,反而会使腐蚀总量减少。

  四、氧和臭氧
  氧能和许多物质发生氧化反应。钢铁的锈蚀就是铁与氧发生氧化反应的结果。高分子材料的老化,实际上也是在热参与下或者在光的引发下进行的氧化反应,或者是两者兼有之的氧化反应的过程。
  臭氧对高聚物的作用同氧一样,主要是起氧化反应。例如,对不饱和橡胶,大多数臭氧均与双键结合,生成臭氧化物,这种臭氧化物很不稳定,重排为异臭氧化物,使分子链断裂。试验表明:臭氧作用于受应力变形的橡胶,使分子链断裂,出现与应力作用方向垂直的裂纹,称为“臭氧龟裂”;作用于不变形的橡胶,则仅表面生成氧化膜而不龟裂。臭氧的化学活性比氧高得多,因而破坏性也比氧大。

  五、降雨
  降雨对金属的大气腐蚀具有两种主要影响:一方面由于降雨增大了大气中的相对湿度,使金属表面变湿,加速了金属大气腐蚀过程;但另一方面,因降雨能冲洗掉金属表面的污染物和灰尘,减少了液膜的腐蚀性而减缓腐蚀过程,这在海洋大气环境中极为明显。另外,由于大气中的雨水溶解了空气中的污染物,如S02、Cl-等,能促进腐蚀进程。我国酸雨地区雨水的pH值小(zui低值仅有3.5),腐蚀严重。
  对于高分子材料,降雨能将材料的表面灰尘冲洗掉,使其受大阳光照射更充分,从而有利于光老化的进行。雨水,特别是凝露形成的水膜,能够渗入材料的内部,使高分子材料体系内某些水溶性物质、增塑剂和含亲水基团的物质被水所溶解、抽提或吸收,从而逐步改变材料的物料组成和比例,加速材料老化。水是引起油漆涂层起泡的根本原因。

  六、风向和风速
  在污染环境中,风向影响污染物的传播,直接关系到腐蚀速度。风向随季节的不同而有所变化,在判别腐蚀因素作用时应加以注意。风速对表面液膜的干湿交替频率有一定影响,在风沙环境中风速过大对金属表面的磨蚀能起到一定的作用。

  七、降尘
  固体尘粒对腐蚀的影响,一般有三种情况:尘粒本身具有可溶性和腐蚀性,当溶解于液膜中时成为腐蚀性介质,增加腐蚀速度;尘粒本身无腐蚀性,也不溶解,但能吸附腐蚀性物质,当溶解在水膜中时,促进腐蚀过程;本身无腐蚀性和吸附性,但落在金属表面上可能使沙粒与金属表面间形成缝隙,易于水分凝聚,甚至发生局部腐蚀。
  这七大因素我们在环境试验设备领域就衍生了高低温湿热试验箱、紫外老化试验箱、氙灯老化试验箱、臭氧老化试验箱、淋雨试验箱、沙尘试验箱、霉菌试验箱等设备。

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