碳纖維復合材料的耐腐蝕性真的很強?

2018-10-18 20:17


除了質量輕強度高等特性外,碳纖維復合材料在耐腐蝕性能方面比傳統金屬的表現也要更加出色。根據央視網報道,勝利油田濱南采油廠的一口油井,之前由于含硫量高,普通鋼桿撐不到兩個月就被腐蝕得無法工作,因而被迫關停,使用碳纖維桿后,油井起死回生,至今已連續穩定運行600余天。使用碳纖維復合材料制成的抽油桿不僅能省電,其極佳的抗腐蝕性能能經得住油井中硫的腐蝕,使用時間比金屬桿更長。那么,碳纖維復合材料為什么會具有這么強的耐腐蝕性呢?其耐腐蝕性能是由哪些因素決定的呢?
 
首先,碳纖維材料本身就具有很強的耐腐蝕性。碳纖維是經過2000—3000℃高溫石墨化處理形成的類似石墨晶體的微晶結構,這種結構本身就具有很高的耐介質腐蝕性,在高達50%的鹽酸、硫酸或者磷酸中亦能在彈性模量、強度和直徑等方面基本保持無變化。因此,作為增強材料來說,碳纖維在耐腐蝕性能方面有足夠的保證。
 
但是,實際應用中的碳纖維復合材料制品在耐腐蝕性能方面還存在著很大的差異,因為和碳纖維結合使用的樹脂基體以及碳纖維與樹脂之間的界面等種種因素都會對碳纖維復合材料制品的耐腐蝕性造成影響。
與碳纖維結合使用的不同基體樹脂在耐腐蝕性上有所區別,在不同環境中以及在不同環境下的工作時間也會造成碳纖維復合材料制品不同的耐腐蝕性表現。如最常見的碳纖維增強環氧樹脂基,其在不同環境下長期存放后,仍能較好地保持彎曲強度,因為環氧樹脂的耐候性較好。但是這種復合材料在亞濕熱氣候區及沿海地區的老化速度和程度比在溫帶、內陸和寒濕帶要來的更加明顯。因為,紫外線、氧氣和潮濕的綜合性作用在環境對環氧樹脂復合材料的老化作用中,比單方面的作用力更強。老化的過程往往是從環氧樹脂復合材料的表面開始,然后逐步向其內部進行擴展。如果在環氧樹脂碳纖維復合材料的表面涂漆膜或是粘貼能吸收紫外線的透明薄膜,或者在基體中添加增加耐候性的助劑等等,都能有效提高碳纖維復合材料的耐腐蝕性能。
 
在設計和使用碳纖維復合材料時,大分子結構中含有體型結構、苯環、雜環,分子間能形成氫鍵結晶性高聚物的樹脂基體是增強碳纖維復合材料制品耐腐蝕性較好的選擇,另外,制品具體的加工工藝對其耐腐蝕性也有一定的影響,無錫威盛新材料科技有限公司在多年的碳纖維復合材料制品研發過程中發現,碳纖維復合材料制品在制造過程中,在滿足性能要求的前提下盡可能地提高制品的固化程度將有效提高制品的耐腐蝕性。
 
應用實際也表明,在碳纖維環氧樹脂復合材料制品的成型過程中,界面狀態及界面區域的形成是提高其產品耐介質腐蝕性能的關鍵。加強對碳纖維復合材料制品的表面處理對其防腐蝕性能的影響是直接的,有效的表面處理既可以保護纖維表面,又能增強纖維與樹脂界面的粘接力,從而防止水分或其他有害介質的侵入。通過改善界面粘結性能,提高復合材料的界面粘結強度,可降低孔隙率和結構缺陷,使得腐蝕介質不易滲透、擴散。除此之外,無錫威盛新材料科技有限公司的研發團隊對經過不同表面處理的碳纖維復合材料制品進行對比測試,結論顯示,設計合理的耐腐蝕層,如足夠的富樹脂防滲層以及使用玻璃鱗片涂料等,都是可供選擇的處理方式。
 
當然,碳纖維復合材料制品具體的應用環境不同,制品所需要應對的腐蝕性因素也各不相同,例如,應用在醫療器械上的碳纖維復合材料需要應對的是醫用環境下的腐蝕因素,應用在汽車和軌道車輛上的碳纖維復合材料需要應對的是復雜交通環境中可能遇到的種種腐蝕因素,甚至是可以具體到上述不同油井中特定的化學成分的腐蝕。無錫威盛新材的科研人員表示,在碳纖維復合材料制品的開發過程中針對具體的應用環境及腐蝕因素對制品的設計與開發作出相對應的處理,將有效提高碳纖維制品的應用價值。
 
隨著碳纖維復合材料制品應用技術的發展,在許多環境惡劣的工作場景下,碳纖維復合材料良好的耐腐蝕性為其贏得了越來越多的應用機會。即便是在正常的工作環境中,這種性能優勢也能有效延長制品的使用壽命,為其進一步取代傳統金屬制品實現“輕量化”帶來更多的可能。
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