耐蚀非金属PPT-2

1、高分子材料的热性能和环境应力开裂 一、高分子材料的热性能 、耐低温性 、高分子材料的热稳定性 、塑料的难燃性 二、环境应力开裂 、环境应力开裂现象 、环境应力开裂机理 、影响环境应力开裂的因素 姓名：莫林睿 班级：金材2012-2 学号：2012440776高分子材料的热性能耐低温性材料在低温下的稳定性称为耐低温性或耐寒性，通常以耐寒度表示。如以寒冷地区的室外温度为对象，则要求材料在一般的应用情况下能耐-30-40。若要使用于超低温如空气分离或低温下的振动设备时，要求更高。耐寒性与高分子材料在低温下变硬变脆有关，所以也常用脆化温度来表示。脆化温度Tb的测定方法各不相同。工程上常把某一低温下，当

2、塑料受力作用时，只有极小变形就产生脆性变形的这个温度称为脆化温度。脆化温度Tb与链段冻结温度Tb不同。理论上讲，它应该反映链节、侧基等次级运动单元开始热运动的温度。它取决于高分子的种类与结构，也与测定方法有关。结晶性高分子材料的脆化温度与其玻璃化温度较接近。非晶态的，则要比其Tb低得多。影响高分子材料耐寒性的因素很多。分子量大，耐寒性好，Tb低。例如聚乙烯的分子量从5000增加到50万时，脆化温度Tb从+20 降到-140 左右；分子量继续增大时，Tb不再下降。因此超高分子量的聚乙烯有着良好的耐寒性。分子间作用力或交联密度增大会使Tb上升。分子间隙大，自由体积比例大，耐寒性就好，Tb低聚碳酸酯

3、具有刚性的大分子链，玻璃化温度高，但因为大分子太硬，堆砌得很松散，所以反而具有良好的耐低温性。填充剂对耐寒性影响不明显，增塑剂能有效地改善耐寒性，Tb的降低与增塑剂的含量基本上成正比。若干热塑性塑料的温度特性材料材料玻璃化温度玻璃化温度Tg，脆化温度脆化温度Tb，熔融温度熔融温度Tm，聚乙烯（低压）-120（-70）-60以下137聚丙烯-10（-18）-4176聚苯乙烯100（105）80240，全同尼龙650-50-75225聚氯乙烯87（82）81，软质支化聚乙烯聚异丁烯聚甲基丙烯酸甲酯。高分子主链中的碳原子被氧原子取代时，热稳定性降低。高分子链中C-CL键较弱，受热易脱出HCL，热稳定

4、性随氯含量的增加而降低。塑料的难燃性石油、化工中使用塑料设备与管道时，防火是一重要的问题，要引起充分注意。塑料及其他高分子材料均为有机物，碳氢含量极高，直接加热大都能够燃烧。因而接触明火或环境温度过高，以及由于静电积聚都有可能引起燃烧。一旦起火，热熔性材料带火的熔滴会使火灾迅速扩大。同时，高分子材料在300700 之间，大多会产生大量的浓烟，这些浓烟或者带有可继续燃烧的成分，或者会使人窒息和中毒。高分子材料的燃烧性能，因其结构不同而不同，大致可分为：可燃性材料：离火之后仍能继续燃烧。燃烧速度较快的，有聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、以及聚丙烯酸酯类等。自熄性材料：离开明火后能逐渐熄灭。

5、燃烧速度较慢的，有聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯。氯化聚醚等含卤聚合物，以及酚醛树脂、密胺树脂、聚碳酸酯、聚砜、有机硅树脂等。难燃性材料：用玻璃布增强的酚醛玻璃钢、呋喃玻璃钢、密胺树脂层压板等。准不燃性材料：有机硅树脂玻璃布层压板。燃烧时产生浓烟的有聚苯乙烯、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯等。产生的烟稍淡的为聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂、聚碳酸酯以及脲醛、密胺等。含氯树脂燃烧时会产生刺激性大的HCL，而氟塑料则会产生剧毒的氟光气。环境应力开裂环境饮料开裂现象环境应力开裂是指当有应力存在下，塑料树脂受化学试剂作用发生的降解现象，最终导致塑料组分的损坏。这是一种溶剂诱导型的破坏，是化学试剂和机械应力协同作用发生的裂解

6、。环境应力开裂破损均有几个典型的特征：脆性断裂：ESC损坏是由脆性断裂造成，任何材质正常情况均可产生塑变屈服的机理，作为ESC损坏最初开裂点，总发生在表面。他们往往是高应力区域所在，如微观缺损点或应力集中点。此初始开裂点一般总是直接与气态或液态活性化学试剂接触。多重开裂：起初多个单点开裂，随后连接成一个统一断裂，众多的原始开裂和随后联合是ESC破损机理的写照。平滑的形态：原始开裂区域，通常当展显出相对平滑形态时，缓慢的开裂扩展，而活泼的化学试剂能加快初始开裂出现及开裂扩展，粗糙表面，这种现象尤为明显。细微裂纹残留：残留细微裂纹存在，无论是初始开裂区或附近区域，将预示会产生ESC。在许多场合下当

7、裂缝长度达到一个极限大小时，最终破损将在塑变超荷时变生。伸展的小纤维：最终断裂区可能出现伸展的小纤维和其他特征，这说明这种断裂是可塑变断裂。这是一个重要的启示说明ESC用化学作用机理是不合适的，因此一般伴随的化学作用引发的分子降解通常是不存在的。交错带：最新实验表明，一般ESC是通过渐进式开裂扩展机理进行的，在实验室条件下重塑特征表面试验，显示了一系列交错带，相当导致开裂扩展的环。这些观察到的带区可以想象是重复出现细纹化的环，随后通过脆性开裂的裂解扩展，其中包含了蠕变和ESC破损机理各步骤。环境应力开裂机理所谓环境应力开裂(ESC) 1 是指材料在环境因素 和应力因素协同作用发生的开裂。根据环

8、境因素的不 同环境应力开裂包括:溶剂银纹,可能是由于溶剂溶胀高聚物表面使Tg降低或者导致结晶引起的;非溶剂(包括醇、润湿剂等表面活性物质)引起的环境应力开裂可能是由于表面活性物质侵润裂纹的表面,降低了表面能,从而有利于裂纹的发展;热应力开裂是由温度变化使高聚物内部发生结构的改变引起的,其裂缝主要发生在物质内部;氧化应力开裂则是氧化剂引起分子链断裂的一种不可逆过程。其中溶剂和非溶剂引起的应力开裂的试验,已经成为研究高聚物内应力和耐开裂性能的重要方法。李孝三2 等提出HDPE是一种结晶度较高的线形聚合物,在室温下受恒定低应力作用经过一段时间后发生宏观脆性断裂,断裂前会经历一个裂纹慢速增长(SCG)

9、的过程。显微镜观察表明,PE拉伸样条在平面应变状态下受恒定低拉应力作用下发生的断裂破坏具有如下特点:(1)一旦施加应力(R不超过RyP2),PE材料在微观上即开始SCG过程,产生塑性破坏。破坏区包括三个部分(图1),DE段为塑性破坏区,前沿由一系列银纹所组成,银纹内的实体为粗纤。分子间作用力已遭破坏,但连结分子尚未伸值;CD段为过度区,该区连结分子已拉直,含有大量微银纹, 其实体为微纤;BC段为已断裂区,微纤被拉断。(2)裂纹初始阶段恒速(时间较短),然后为逐渐加速增长阶段,最后则快速增长直至断裂。在快速增长之前是一个SCG过程,在整个过程中主要是BC段在增长。(3)裂缝在SCG阶段和其后几乎

10、一直是楔三角形状,而且张角A几乎维持不变。A很小,为7b10b。影响环境应力开裂的因素高分子材料的性质影响高分子材料的性质影响：高分子材料的性质是最主要的影响因素。不同的高聚物具有不同的耐环境应力开裂的能力；同一高聚物也因分子量、结晶度、内应力的不同而有很大差别。聚乙烯的溶剂开裂比较严重，常影响到它的化工介质中的使用性能，所以在无应力是的浸渍数据不一定能反映真实的情况，用于表面活性介质中更要注意。聚丙烯的耐溶剂应力开裂能力不聚乙烯好得多。聚合物的结晶度高，容易产生应力集中。而且晶区与非晶区的交界处也易受到试剂的作用，所以有着能更快地出现裂缝的倾向。但应注意，由于结晶的大小与分布也有影响，所以，

11、情况就不一定如上所述了。材料中杂质、缺陷、粘接不良的界面、表面刻痕以及微裂纹等应力集中体，也会促进环境应力开裂。加工不良引起的内应力，或材料热处理条件不同产生的内应力，均对环境应力开裂有很大影响。分子量的影响更大。分子量小而分子量分布窄的材料，发生开裂所需时间较短。因为分子量越大，在介质作用下的解缠越困难。环环境介质性质的影响：境介质性质的影响：表面活性剂能降低材料开裂使所需的能量，故醇类等表面活性物质易引起高聚物的环境应力开裂。如聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等在醇类介质中均易开裂。介质对环境应力开裂的影响，主要决定于它与材料件的相对的表面性质，或溶解度参数的差值。如果介质与材料的溶解度参数太接近，即浸润性能很好，则易溶胀，不是典型的环境应力开裂剂。若 太大就不能浸润，介质的影响也极小。只有两者的 落在某一个范围内，才易引起局部溶胀，导致环境应力开裂。试验条件的影响：试验条件的影响：试件的厚度与表面积有一定的影响，在某临界厚度以下