ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности взаимодействия неметаллических материалов с агрессивными средами из "Химическое сопротивление неметаллических материалов и защита от коррозии" Высокая термодинамическая устойчивость неметаллических материалов на определенном этапе их применения для антикоррозионной защиты металлических изделий породила представление об их неразрушимости в контакте со многими агрессивными средами. Однако по мере ужесточения условий эксплуатации (повышения температуры, механических напряжений, агрессивности среды и др.) обнаружилось, что и эти материалы подвержены действию среды, результатом чего является частичная или полная потеря их эксплуатационной пригодности (прочности, эластичности, защитных или декоративных свойств и т. д.). [c.10] В связи с этим в на чно-технической литературе термин коррозия стал применяться и по отношению к неметаллическим материалам, например коррозия бетонов и железобетонов , коррозия пластмасс и резин . При этом имеется в виду их разрушение и потеря эксплуатационных свойств в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В этом смысле использование термина коррозия вполне допустимо, однако необходимо иметь четкое представление об особенностях возможных механизмов процессов. [c.10] Неправомерно заимствование методов исследований и оценки коррозионной стойкости из коррозии металлов и механическое перенесение их на неметаллические материалы. Тем не менее на начальной стадии исследований именно так и поступали. По этой причине в технической и справочной литературе до сих пор можно встретить лишь качественные оценки типа стоек , недостаточно стоек , не стоек , которые малозначимы с точки зрения прогнозирования длительной эксплуатационной пригодности неметаллического материала и тем более — для расчета силовых конструкций из него. [c.10] С/ий/ енме — совокупность физических и химических процессов, протекающих в полимерном материале, приводящих к изменению его состава и структуры под действием влияющих факторов (ГОСТ 9.710-84). [c.11] Термин химическое сопротивление материалов в одинаковой мере применим и к металлам, и к неметаллам, так как подразумевает способность материалов сопротивляться химическому (физико-химическому) воздействию среды, приводящему к изменению их состава, структуры и свойств, что влечет ухудшение их эксплуатационной пригодности, частичное или полное разрушение. Понятно, что механизмы и кинетика этих процессов для металлов и неметаллов будут разными. Однако в каждом случае знание механизма и кинетики позволяет сделать правильный выбор материала для конкретных целей и условий. [c.11] Таким образом, задача науки о химическом сопротивлении неметаллических материалов заключается в изучении механизмов и кинетики процессов их разрушения в контакте со средой, имеющем целью повышение их сопротивляемости действию среды и разработку методов прогнозирования их работоспособности. [c.11] Изучение механизма и кинетики протекающих процессов ставит своей целью знание, каким образом изменение свойств материала скажется на работоспособности материала в изделии, и умение предсказать время наступления отказа. Для неметаллических материалов эта задача чрезвычайно сложна, вследствие того что исследователю приходится иметь дело с обширным набором различных свойств материалов и изделий из них, а также с большим разнообразием процессов воздействия агрессивных сред на материалы. Кроме того, в силу сравнительной молодости науки и указанных выше методических ошибок исследователей на стадии ее становления, пока еще не произошло достаточного накопления фактических данных для квалифицированного рещения ряда задач без постановки предварительных экспериментов. [c.11] Тем не менее сейчас уже можно четко сформулировать ряд общих положений касательно особенностей процессов в системе неметаллический материал—среда . [c.11] Специфика процессов переноса и реакции взаимодействия обусловлена прежде всего особенностями строения и структуры неметаллических материалов. [c.12] Как видно, плотность наиболее непроницаемых неметаллов (силикатные стекла, полимеры) на Ъ—1 порядков ниже, чем металлов. [c.12] Это обстоятельство делает неметаллические материалы более доступными для среды, что проявляется в более развитой поверхности контакта с ней. Если в металлических конструкциях поверхность контакта со средой, как правило, равна поверхности конструкции (коррозия — это процесс, протекающий главным образом на поверхности металла), то в неметаллических конструкциях, особенно из капиллярно-пористых материалов, реакционная поверхность многократно возрастает. Процесс взаимодействия среды с материалом идет не только на поверхности, но, в основном, в его объеме. Транспортные процессы доставки реагента и отвода продуктов взаимодействия здесь приобретают первостепенное значение. Поэтому возникает необходимость исследовать процессы переноса различных сред в неметаллах, при этом исследователь сталкивается с гетерогенностью системы. [c.12] Перенос агрессивной среды и продуктов взаимодействия сопровождается их накоплением в материале, что приводит к возникновению дополнительных внутренних напряжений, таких как напряжения набухания, капиллярное и осмотическое давление, расклинивающий эффект и т. д. Вследствие изменения концентрации веществ в объеме материала возникающие напряжения неравномерно распределяются по его объему, локализ Ьотся на дефектах структуры и создают трудно контролируемое сложнонапряженное состояние в материале конструкции. Таким образом, во многих случаях среда, контактирующая с неметаллическим материалом, может стать источником сложного напряженного состояния, которое, суммируясь с действующими нагрузками, может существенно повлиять на работоспособность конструкции и привести к ее непрогнозируемому отказу, если при расчете не учтены отмеченные обстоятельства. [c.12] Подавляющее большинство неметаллических материалов является диэлектриками. Исключение составляют уголь, графит и гра-фитонаполненные (с высокой степенью наполнения) полимерные композиты, а также полимерные композиты, в которых армирующим компонентом являются металлические порошки, волокна, нити. [c.13] Следовательно, при взаимодействии неметаллических материалов с различными химическими реагентами, включая электролиты, как правило, невозможно протекание электрохимических процессов. Изменение химического состава или структуры взаимодействующих материалов и веществ может быть лишь следствием различных химических реакций. Значит, химическая устойчивость какого-либо неметаллического материала к действию того или иного химического реагента изначально будет определяться его химической природой (химическим составом). [c.13] Ряд материалов, содержащих 5102, разрушается и при воздействии на них кремнефтористоводородной Н251Рб и фосфорной кислот. Но это взаимодействие имеет место при высоких температурах и протекает с меньшей скоростью. [c.13] Натриевая соль кремниевой кислоты Na2SiOз (водный силикат натрия, жидкое стекло) достаточно хорошо растворима в воде, что делает невозможным какое-либо замедление со временем реакции взаимодействия. [c.13] Точно также можно изначально судить о химической стойкости материалов на органической основе. [c.13] Если известно из органической химии, что фенолы хорошо реагируют с едкими щелочами, а эфиры подвержены щелочному гидролизу, то и полимеры на их основе (например, фенолоформальдегидные и полиэфирные смолы) будут обладать низкой химической стойкостью в этих средах. [c.14] Приведенные примеры показывают, что предварительная оценка химической стойкости неметаллов может основываться на известном правиле подобные вещества в химическую реакцию друг с другом не вступают. [c.14] Другое дело — кинетический аспект химической стойкости с какой скоростью будет идти процесс взаимодействия разнородных вешеств. Здесь немаловажную роль играют такие факторы, как плотность, морфология, структура и др. К примеру, материал, полученный плавлением горной базальтовой породы, — плавленый базальт содержит в своем составе всего 48 % 8102, и в связи с этим он не может считаться кислотостойким материалом. Однако высокая плотность плавленого базальта (отсутствие пористости) обусловливает только поверхностное взаимодействие с кислотами, протекающее с очень малой скоростью. Поэтому изделия из этого материала в реальных условиях эксплуатации обеспечивают высокую работоспособность конструкций в кислых средах. Другой пример плавленый кварц (99 % 8Ю2) по тем же причинам в реальных условиях эксплуатации достаточно работоспособен в контакте с основаниями и даже едкими щелочами при умеренных температурах. [c.14] Вернуться к основной статье