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水對(duì)玻璃鋼的侵蝕作用機(jī)理

發(fā)布時(shí)間：2025-07-30

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玻璃鋼（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）的性能很大程度上取決于其基體材料——樹脂的化學(xué)性能

。其中

，樹脂的耐化學(xué)腐蝕能力尤為關(guān)鍵

。對(duì)于長(zhǎng)期浸泡在水體中的玻璃鋼漁船來說，水會(huì)對(duì)玻璃纖維

、樹脂以及兩者結(jié)合的纖維-樹脂界面都產(chǎn)生侵蝕作用

。因此

，理解樹脂本身的耐水性能是本章節(jié)的核心內(nèi)容

。

玻璃鋼船艇

水對(duì)不同組分的侵蝕表現(xiàn)如下：

1. 對(duì)玻璃纖維的侵蝕：

水能夠溶解或破壞玻璃纖維結(jié)構(gòu)中的硅酸鹽成分。

當(dāng)水分滲入玻璃纖維表面的微裂紋后

，在受到外力（如船體受力）作用時(shí)

，這些水分會(huì)加速裂紋的擴(kuò)展，導(dǎo)致玻璃纖維的強(qiáng)度下降

。

2. 對(duì)樹脂的破壞作用：

水對(duì)樹脂基體的破壞主要有三種方式：

溶脹與增塑作用：水分子滲入樹脂內(nèi)部

，使得樹脂體積膨脹（溶脹），削弱了樹脂大分子之間的結(jié)合力（內(nèi)聚力）

。同時(shí)

，水的存在就像一種“軟化劑”（增塑作用），導(dǎo)致整個(gè)玻璃鋼材料的彈性模量（抵抗變形的能力）降低

。

促進(jìn)樹脂水解：水分子會(huì)與樹脂的大分子鏈發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（水解）

，導(dǎo)致這些長(zhǎng)分子鏈斷裂成更小的分子，直接破壞樹脂結(jié)構(gòu)

。

誘發(fā)微裂紋產(chǎn)生與發(fā)展：樹脂在固化過程中

，是以固化劑分子為中心向外生長(zhǎng)，形成內(nèi)部緊密、邊緣相對(duì)疏松的非均勻結(jié)構(gòu)

。如果樹脂中存在雜質(zhì)

，特別是水溶性無機(jī)雜質(zhì)，水分滲入后

，由于雜質(zhì)溶解產(chǎn)生的滲透壓效應(yīng)

，會(huì)在樹脂內(nèi)部或界面處誘發(fā)微裂紋。這些微裂紋在外力作用下

，水分會(huì)促進(jìn)其進(jìn)一步擴(kuò)展

。更嚴(yán)重的是，水分子要么直接侵入

，要么通過這些微裂紋到達(dá)纖維-樹脂界面，破壞界面的結(jié)合結(jié)構(gòu)

，最終導(dǎo)致玻璃鋼的彎曲強(qiáng)度下降（雖然有時(shí)沖擊強(qiáng)度可能略有提高

，但這通常不是期望的結(jié)果）。因此

，對(duì)玻璃纖維表面進(jìn)行有效的化學(xué)處理（如使用偶聯(lián)劑）來保護(hù)界面至關(guān)重要

。

玻璃鋼漁船

研究水浸作用的現(xiàn)實(shí)意義

理解水侵蝕機(jī)理的最終目的是預(yù)測(cè)玻璃鋼制品（如漁船）的使用壽命。我們可以通過實(shí)驗(yàn)和模型來評(píng)估：

1. 強(qiáng)度衰減模型：通常假設(shè)玻璃鋼的彎曲強(qiáng)度隨著水浸時(shí)間的衰減遵循一個(gè)特定的規(guī)律（一階動(dòng)力學(xué)過程）

，可以用公式表示：

`ln(σ_t / σ_0) = -Kd * t`

`σ_0`: 初始彎曲強(qiáng)度 (例如 130 MPa)

`σ_t`: 在特定水溫下浸泡時(shí)間 `t` 后測(cè)得的彎曲強(qiáng)度 (例如 85 MPa)

`Kd`: 衰減速率常數(shù) (這個(gè)值越大

，強(qiáng)度下降越快)

2. 溫度的影響 - Arrhenius定律： 水溫對(duì)侵蝕速率 `Kd` 影響巨大。根據(jù)Arrhenius定律

，水溫越高

，侵蝕越快。其關(guān)系式為：

`Kd = A * e^(-ΔE / RT)`

`A`: 常數(shù)

`R`: 氣體常數(shù)

`ΔE`: 彎曲強(qiáng)度衰減所需的活化能 (可以理解為開始侵蝕過程需要的能量門檻)

`T`: 水浸溫度(注意：這里的溫度必須是絕對(duì)溫度

，單位是開爾文 K

，例如 80°C = 353.15 K, 60°C = 333.15 K)

3. 推算不同溫度下的浸泡時(shí)間。利用上述規(guī)律

，如果我們?cè)趦蓚€(gè)較高溫度（如 `T1`=80°C / 353.15 K 和 `T2`=60°C / 333.15 K）下做加速老化實(shí)驗(yàn)

，測(cè)出強(qiáng)度從 `σ_0` 降到 `σ_t` 所需的時(shí)間（分別為 `t1` 和 `t2`），我們就可以估算在實(shí)際使用水溫 `T3`（例如 25°C）下

，強(qiáng)度降到同樣水平 `σ_t` 所需的時(shí)間 `t3`

。推算公式為：

`ln(t3 / t1) = (T2 / T3) * [(T1 - T3) / (T1 - T2)] ln(t2 / t1)`

這個(gè)公式本質(zhì)上利用了高溫下加速老化的結(jié)果，結(jié)合Arrhenius定律中溫度與反應(yīng)速率的關(guān)系

，來外推或內(nèi)插到實(shí)際使用溫度下的時(shí)間

。

表1. 水浸時(shí)間計(jì)算結(jié)果

玻璃鋼制品水浸時(shí)間計(jì)算結(jié)果

表2. 樹脂澆注體的耐水性能比較—80℃加速水浸實(shí)驗(yàn)

樹脂澆注體的耐水性能比較—80℃加速水浸實(shí)驗(yàn)

表3. 樹脂澆注體的耐水性能比較—60℃加速水浸實(shí)驗(yàn)

樹脂澆注體的耐水性能比較—60℃加速水浸實(shí)驗(yàn)

樹脂澆注體的耐水性能比較—60℃加速水浸實(shí)驗(yàn)-2

（備注以上圖表數(shù)據(jù)來源于AOC.力聯(lián)思樹脂集團(tuán)）

結(jié)論：

上述機(jī)理研究和模型分析，我們可以清晰地認(rèn)識(shí)到：即使是同一類別的樹脂

，由于生產(chǎn)商的不同和工藝配方（如樹脂類型

、固化劑、添加劑、纖維處理劑等）的差異

，其耐水性可能存在巨大差別

。這種耐水性的差異，直接決定了水侵蝕速率的快慢（即 `Kd` 的大?div id="d48novz" class="flower left">

。?div id="d48novz" class="flower left">

，最終對(duì)玻璃鋼漁船的使用壽命產(chǎn)生重大影響。選擇耐水性優(yōu)異的樹脂體系并進(jìn)行合理的界面保護(hù)處理

，是延長(zhǎng)玻璃鋼漁船壽命的關(guān)鍵

。

（文章來源于“新型玻璃鋼漁船”公眾號(hào)，轉(zhuǎn)載須經(jīng)同意）

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