Page 111 - 《橡塑技术与装备》2022年3期
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测试与分析 王金锋 等·海洋环境下聚酰胺复合材料的耐腐蚀性能
烯 - 丁烯）- 苯乙烯嵌段共聚物牌号为 Kraton SEBS NaOH 调 节模 拟海 水 PH 值 至 8.0。 选用 人工 加速 海
FG1901GT，经 1.7 % 的马琳酸酐改质后，硬度为 水腐蚀环境，采用全浸腐蚀形式，水温维持 35 ℃ ±1
75A，由美国壳脾化学公司提供，用于制备 Rubber/ ℃ [15] ，腐蚀周期分别为 60 天、120 天和 180 天。
PA 复合材料 , 其中 SEBS 的含量为 12.5%（质量分 腐蚀后的样品，清洗干净后，放入真空干燥箱进
数）。采用双螺旋挤出机挤出造粒，将粒料注塑成标准 行干燥以去除表面的水分。采用上海思为仪器制造有
试样。 限公司的邵氏硬度计，测试复合材料腐蚀前后的硬度
1.2 试验方法 值。取五次测量的平均值作为试验结果。样品腐蚀表
采用自制的海水腐蚀实验装置考察聚酰胺及其 面，经喷金处理后，采用 Flex SEM1000 型扫描电子
复合材料在模拟人工海水环境下的耐腐蚀性能。参 显微镜（SEM），观察样品表面的微观形貌，加速电
照 ASTM D1141-98 替代海水制备的标准，采用蒸 压为 5 kV。
馏水配置模拟海水，模拟海水化学成分见表 1。采用
表 1 模拟海水化学成分
Component NaCl MgCl 2 Na 2 SO 4 CaCl 2 KCl NaHCO 3 KBr H 3 BO 3 SrCl 2 NaF
Concentration/(g·L-1) 24.53 5.20 4.09 1.16 0.695 0.201 0.101 0.027 0.025 0.003
2 结果与讨论 中含有大量的吸水率较大的酰胺键，在溶液中容易发
2.1 腐蚀前后硬度 生水解反应（反应式 1），产生如己二胺、己二酸等小
图 1 为聚酰胺及其复合材料在人工模拟海水加速 分子，使 PA 66 分子链上的酰胺键断裂并使分子量下
腐蚀前后硬度变化曲线。可见，聚酰胺及其复合材料 降 , 水解减少了分子链之间的缠结 , 从而影响材料的
在人工模拟海水腐蚀 60 d 时，硬度数值都有明显的下 力学性能 [16] ，聚酰胺分子链的水解使其力学性能开始
降，纯尼龙硬度下降较为突出。这主要是由于聚酰胺 保持较低的水平 [17~18] 。
O O
2
H H O
2
n (H 2C) C N R n (H 2C) C OH + H N R （反应式1）
在人工模拟海水腐蚀时间的延长，聚酰胺及其复
合材料的硬度有所上升。橡胶 / 聚酰胺复合材料的硬
度数值变化较小，聚酰胺和 MMT/PA 复合材料硬度数
值显著增大。这可能是由于在腐蚀 60~120 d 期间，聚
酰胺的水解反应达到相对平衡状态，反应式两端离子
浓度达到相对饱和，这时的分子链有可能形成有利于
堆砌排列的紧密结构，使分子链之间的相互作用力增
强，从而聚酰胺及其复合材料的硬度数值有所上升 [19] 。
在人工模拟海水腐蚀 180 d 时，聚酰胺及其复合材料
的硬度数值有减弱现象。随着海水腐蚀时间的增加，
水分子逐渐渗透到材料的内部，与聚酰胺发生水解反
应，反应进一步进行，从而聚酰胺及其复合材料的硬
图 1 聚酰胺及其复合材料海水腐蚀前后邵氏硬度变化
度数值再次的下降。添加橡胶和有机化蒙脱土都可以
曲线
提高尼龙的耐腐蚀性，但有机化蒙脱土的增强效果相
对橡胶较弱。 以看到有条形腐蚀状，白色沉淀物也较多（图 2（a））。
2.2 腐蚀表面形貌 这主要是由于聚酰胺中含有大量的酰胺键，在溶液中
图 2 为聚酰胺及其复合材料经海水腐蚀 60 天的腐 发生水解反应，使聚酰胺发生降解，从而产生白色的
蚀表面形貌图。从图中可以看出，纯尼龙腐蚀表面可 沉淀。研究表明，氢氧根离子是聚酰胺发生水解反应
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