聚合物基复合材料：自然环境下的性能变化揭秘

聚合物基复合材料：自然环境下的性能变化揭秘

引用

澎湃

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来源

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聚合物基复合材料（Polymer Matrix Composites，简称PMCs）是一类重要的工程材料，广泛应用于航空航天、汽车工业、建筑等领域。其在自然环境下的性能变化直接影响使用寿命和安全性。本文将从湿热老化、化学侵蚀和大气老化三个方面，深入探讨聚合物基复合材料在自然环境中的性能变化机理。

湿热环境是聚合物基复合材料在实际应用中常见的挑战之一。研究表明，湿热老化会导致材料吸湿量增加，进而影响其力学性能。以苎麻纤维/聚乳酸复合材料为例，其在热水老化条件下的耐久性能与纤维处理方式密切相关。研究发现，采用水处理的苎麻纤维聚乳酸复合材料比5%NaOH处理的材料展现出更优异的耐久性能，且这种处理方法更加环保、操作简便。

湿热老化过程中，水分会渗透到材料内部，导致聚合物基体的塑性增加，纤维与基体之间的界面结合力减弱。同时，高温会加速聚合物的热氧化降解，进一步降低材料的力学性能。因此，湿热老化是影响聚合物基复合材料长期使用性能的关键因素之一。

化学侵蚀是聚合物基复合材料在特定环境条件下可能面临的另一重要挑战。化学介质（如酸、碱、盐溶液）会通过物理腐蚀和化学腐蚀两种方式影响材料性能。

物理腐蚀主要表现为化学介质渗透到材料内部，导致体积膨胀和结构破坏。化学腐蚀则涉及材料与化学介质之间的化学反应，可能导致基体降解或纤维表面腐蚀。这些变化会显著降低材料的力学性能和使用寿命。

大气老化是聚合物基复合材料在户外使用时不可避免的性能退化过程。紫外辐射、氧和臭氧是大气老化的主要影响因素。

紫外辐射会导致聚合物基体发生光氧化降解，破坏聚合物链结构，降低材料的力学性能。同时，紫外辐射还会引起材料表面变色和粉化，影响外观和防护性能。

氧和臭氧的作用则主要体现在加速聚合物的氧化降解过程。臭氧的强氧化性会攻击聚合物链中的双键，导致材料脆化和开裂。这些大气老化因素共同作用，显著降低聚合物基复合材料的使用寿命。

聚合物基复合材料在自然环境下的性能变化是一个复杂的过程，涉及湿热老化、化学侵蚀和大气老化等多个方面的影响。了解这些变化机理对于优化材料设计、提高材料耐久性具有重要意义。未来的研究应聚焦于开发新型防护涂层和改性技术，以增强聚合物基复合材料在恶劣环境下的使用性能，拓展其应用领域。