復(fù)合材料由于其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天航空、橋梁、汽車(chē)、化工、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。在大多數(shù)復(fù)合材料中，其中用量最大、應(yīng)用范圍最廣的為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（玻璃鋼復(fù)合材料）。同時(shí)，玻璃鋼復(fù)合材料與其他復(fù)合材料相比，有優(yōu)異的耐腐蝕性能，并且其在海洋工業(yè)中的應(yīng)用正受到世界范圍內(nèi)越來(lái)越多的科學(xué)家的關(guān)注。一方面，復(fù)合材料的腐蝕帶來(lái)大量的經(jīng)濟(jì)損失，另一方面，人們利用其腐蝕性能開(kāi)發(fā)出多種新型功能材料〔1-2〕。由于高分子材料及其復(fù)合材料品種的不斷增加，其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大、有的使用環(huán)境還相當(dāng)嚴(yán)酷和惡劣、再加上接觸介質(zhì)多種多樣，高分子材料的成分、結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)以及各種添加物質(zhì)的千差萬(wàn)別，顯示出各種形態(tài)的腐蝕現(xiàn)象，給設(shè)備以及人身的安全都帶來(lái)極大的隱患。目前，關(guān)于高聚物及其復(fù)合材料的耐腐蝕理論和微觀機(jī)理的知識(shí)非常有限，從而制約了材料在耐腐蝕性能研究上的廣度和深度。本文主要介紹了海洋環(huán)境下玻璃鋼復(fù)合材料耐腐蝕性能研究和進(jìn)展。 
    
1　復(fù)合材料腐蝕研究進(jìn)展 
    
　　各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、英國(guó)、比利時(shí)、丹麥、瑞典和日本等國(guó)家都十分重視材料腐蝕科學(xué)的研究工作，建立了幾個(gè)到幾十個(gè)從事腐蝕的研究機(jī)構(gòu)或研究中心。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年用于防腐蝕的投資在150億美元以上。

　　有關(guān)海水腐蝕及其防護(hù)的研究多集中于碳鋼和銅合金。目前雖后者仍受到較多的注意，但研究的重點(diǎn)已向高合金鋼、鎳合金、復(fù)合材料等新材料轉(zhuǎn)移。對(duì)于高分子材料的腐蝕研究歷史離不開(kāi)乙烯基不飽和聚酯樹(shù)脂的發(fā)展。乙烯基樹(shù)脂是高分子材料中專(zhuān)門(mén)為耐腐蝕方面而設(shè)計(jì)的材料。乙烯基樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)研究始于20世紀(jì)60年代。美國(guó)的Shell化學(xué)公司首先開(kāi)發(fā)了一種商品名為Epicry1的雙酚A型環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂，以后美國(guó)的Dow化學(xué)公司相繼開(kāi)發(fā)了多種牌號(hào)的的同類(lèi)型乙烯基樹(shù)脂。美國(guó)的Dow化學(xué)公司在20世紀(jì)70年代初，又開(kāi)發(fā)了溴化系列的Derakana500系列樹(shù)脂。隨著乙烯基樹(shù)脂種類(lèi)和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷增加，世界上較發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)家逐漸重視這些材料在海洋工業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用。澳大利亞的ADI造船公司為澳洲皇家海軍建造6艘Huon級(jí)巡航艦；英國(guó)皇家海軍正在計(jì)劃在潛艇上部分地采用FRP替代金屬材料；在美國(guó)的MARITECH計(jì)劃中，希望FRP能在超級(jí)潛艇上有所作為；同時(shí)，瑞典的Karlskronavarvet公司正在制造最高時(shí)速2000YS的容器，作為NATO飛船的一部分，應(yīng)用在北極的科研中。

　　國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始了對(duì)高分子材料耐腐蝕性能的研究。華東理工大學(xué)、四川晨光化工研究院、上海樹(shù)脂廠和天津合成材料研究所等單位最早報(bào)道了這方面的工作并進(jìn)行了應(yīng)用研究。武漢材料保護(hù)研究所在20世紀(jì)70年代后期，研制開(kāi)發(fā)了多因素老化加速試驗(yàn)儀，并對(duì)室內(nèi)條件下加速老化與海南島地區(qū)的曝曬試驗(yàn)對(duì)應(yīng)分析。林安等綜合運(yùn)用交流阻抗測(cè)試技術(shù)、滲水率測(cè)試技術(shù)及能譜儀等方法研究了有機(jī)涂層的耐蝕性能，探討了涂層的耐蝕機(jī)理。 
    
2　影響復(fù)合材料耐腐蝕性能的因素 
    
　　由于影響材料腐蝕的海洋環(huán)境因素的多元性、復(fù)雜性、可變性，使材料的腐蝕問(wèn)題復(fù)雜化，致使許多研究者無(wú)從下手，至今尚有不少腐蝕現(xiàn)象不能解釋?zhuān)S多腐蝕機(jī)理未能搞清楚。這種復(fù)雜情況主要來(lái)自下列幾方面：①材料在海水環(huán)境中的腐蝕行為，是材料與海水的化學(xué)、物理和生物等因素綜合作用的結(jié)果；②許多影響因素同時(shí)存在、互相關(guān)聯(lián)。海洋約占地球表面70.9%，不同海域，不同地點(diǎn)環(huán)境因素有差異，特別是波浪、潮流、海生物污損和碳酸鹽沉淀物等因素，各地差異很大，對(duì)材料腐蝕將產(chǎn)生重大影響；③在同一地點(diǎn)不同的海洋腐蝕區(qū)帶，影響材料腐蝕的環(huán)境因素及腐蝕機(jī)制發(fā)生變化，使材料的腐蝕行為也發(fā)生變化；④影響材料腐蝕的許多海洋環(huán)境因素，隨時(shí)間發(fā)生變化，對(duì)材料的腐蝕過(guò)程產(chǎn)生影響，致使材料短時(shí)間的腐蝕行為與長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕行為發(fā)生變化；⑤海洋被污染后，使海洋環(huán)境因素更加復(fù)雜化，將影響材料的腐蝕機(jī)制及腐蝕行為；⑥海洋腐蝕與防護(hù)還應(yīng)包括材料在熱海水中的腐蝕，在脫氣、脫鹽海水中的腐蝕等。

　　海水環(huán)境因素對(duì)材料腐蝕的影響主要包括以下幾個(gè)方面：①含鹽量，水中含鹽量增加，水的電導(dǎo)率增加，而溶氧量降低。所以某一含鹽量時(shí)將有一個(gè)腐蝕速率的最大值。而海水的含鹽量正好接近鋼的腐蝕速率最大值所對(duì)應(yīng)的含鹽量。但實(shí)際海水的腐蝕性強(qiáng)弱取決于當(dāng)?shù)睾Ｋh(huán)境因素。大洋的海水含鹽量變化不大，即便有微量變化也不會(huì)對(duì)材料的腐蝕產(chǎn)生大的影響。②溫度，表層海水溫度可由0℃增加到35℃，隨海水深度增加，水溫下降。表層海水溫度還隨季節(jié)而周期性變化，海底水溫變化很小。在天然海水中，海水溫度上升，海生物的繁殖速度也隨之增加，在金屬表面形成很厚的附著層，氧擴(kuò)散受阻，使腐蝕反應(yīng)速度降低，但局部腐蝕可能會(huì)更嚴(yán)重。③溶氧量，在恒溫海水中隨溶解氧濃度的增加，氧擴(kuò)散到金屬表面的含量及氧的陰極去極化速度也增加，從而導(dǎo)致腐蝕速率增加。④pH值，海水中除了氧和氮之外，還溶有O2，它與水化合形成碳酸根和碳酸氫根離子，海洋生物的新陳代謝作用以及動(dòng)植物死亡之后尸體分解也產(chǎn)生碳酸鹽，某些含碳酸鹽巖石的溶解也增加海水中的碳酸鹽含量，這都使pH值升高有利于抑制海水腐蝕性，并易產(chǎn)生鈣鎂沉淀物附著在材料表面，保護(hù)材料的陰極，但也可能會(huì)加劇局部腐蝕〔9〕。⑤流速與波浪，海水流速與腐蝕速率的關(guān)系因不同材料而有所不同，波浪對(duì)金屬材料的沖擊破壞也很大，當(dāng)風(fēng)速很高、波浪很大時(shí)，海水對(duì)金屬材料的沖擊會(huì)造成磨蝕作用，但對(duì)易鈍化的金屬材料，波浪增加了氧的供應(yīng)，有利于鈍化膜的穩(wěn)定性〔10〕。⑥海生物，海生物對(duì)腐蝕的影響很復(fù)雜，因?yàn)樗街姆N類(lèi)和程度不同，對(duì)材料的腐蝕程度就不同。

3　玻璃鋼復(fù)合材料耐腐蝕性能機(jī)理 
    
　　高聚物及其復(fù)合材料在海洋環(huán)境下的腐蝕主要包括物理腐蝕、化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕。

　　1）物理腐蝕

　　物理腐蝕是指高聚物及其復(fù)合材料在加工、貯存和使用過(guò)程中，長(zhǎng)期受物理(熱、光、電、機(jī)械等)因素的影響，導(dǎo)致性能變壞的現(xiàn)象。對(duì)于玻璃鋼復(fù)合材料，物理腐蝕可以看成是玻璃態(tài)高聚物通過(guò)小區(qū)域鏈段的微布朗運(yùn)動(dòng)使凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)從非平衡態(tài)向平衡態(tài)過(guò)渡的弛豫過(guò)程，因此與存放和使用的溫度有關(guān)。

　　因?yàn)槲锢砀g是一種弛豫過(guò)程，所以溫度、時(shí)間、壓力等外因，物理、化學(xué)、結(jié)構(gòu)等內(nèi)因，對(duì)腐蝕的影響也符合弛豫過(guò)程的一般規(guī)律。玻璃鋼復(fù)合材料的分子是大分子，其腐蝕介質(zhì)的分子屬于小分子，當(dāng)二者發(fā)生作用時(shí)，由于大分子和它腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)比較困難，不容易向周?chē)h(huán)境擴(kuò)散而暴露出新鮮的表面，但腐蝕介質(zhì)的小分子，卻比較容易地通過(guò)身體擴(kuò)散作用進(jìn)入高分子材料的內(nèi)部，因此，其周?chē)脑噭?如氣體、液體等)向玻璃鋼材料內(nèi)部擴(kuò)散是腐蝕的主要原因。在海洋環(huán)境下，海水表面的空氣中包含了Cl2、O2、N2、H2O等，它們對(duì)材料的腐蝕是非常嚴(yán)重的，除Cl2外，其它氣體對(duì)材料的腐蝕都是通過(guò)滲透引起的。氣體在玻璃鋼中的滲透速率與擴(kuò)散系數(shù)和溶解能力有關(guān)，介質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)大，溶解能力強(qiáng)，滲透就容易，玻璃鋼就易腐蝕。在液體擴(kuò)散過(guò)程中，高聚物一般都會(huì)發(fā)生溶脹過(guò)程。在海水中玻璃鋼的溶脹機(jī)制，一般只考慮水對(duì)材料的破壞，而其他元素和因素只視為催化條件來(lái)考慮，高聚物在溶劑中溶脹有兩種趨勢(shì)相反的自由能相互制約：一方面，溶劑分子力圖滲入到高聚物體內(nèi)，使其體積膨脹，引起高聚物三維網(wǎng)絡(luò)的伸展；另一方面，由于網(wǎng)絡(luò)受到應(yīng)力的作用而產(chǎn)生彈性收縮力，力圖使網(wǎng)絡(luò)收縮。高聚物溶脹結(jié)構(gòu)的宏觀表現(xiàn)為體積的顯著增加，雖仍能保持固態(tài)性能，但強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等性能將急劇下降，甚至喪失其使用性能?？梢?jiàn)，溶脹對(duì)玻璃鋼的機(jī)械性能有很明顯的破壞作用，所以在防玻璃鋼復(fù)合材料的腐蝕時(shí)，應(yīng)盡量防止或減少溶脹的發(fā)生。

　　2）化學(xué)腐蝕

　　化學(xué)腐蝕指化學(xué)介質(zhì)與大分子因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕，包括氧化腐蝕、水解腐蝕，此外還有側(cè)基的取代、鹵化等，還有一些其它比較重要的腐蝕，如微生物腐蝕、摩擦腐蝕和有機(jī)溶劑的腐蝕，根據(jù)文獻(xiàn)常見(jiàn)的化學(xué)腐蝕形式。
    
　　呂海寶研究發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼經(jīng)海水浸泡腐蝕后，其化合物的主要結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生改變，也沒(méi)有其它基團(tuán)的增加，這說(shuō)明樹(shù)脂在海水中主要發(fā)生的水解反應(yīng)，并且聚合物分子中的官能團(tuán)反應(yīng)不完全，聚合物分子的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抑制了化學(xué)介質(zhì)滲入速度，控制了官能團(tuán)反應(yīng)，因此高聚物材料比金屬材料更耐腐蝕。

　　3）應(yīng)力腐蝕

　　研究表明：應(yīng)力主要是對(duì)高分子材料的應(yīng)力松弛時(shí)間和蠕變有較大的影響，從而影響了材料在使用過(guò)程中的穩(wěn)定性，降低材料使用壽命，加快玻璃纖維表面的裂紋產(chǎn)生速度，加速了材料的破壞速率。

　　Gillant和Broutman研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力腐蝕隨著環(huán)境濕度的增加，使破壞有加快的趨勢(shì)，濕度和應(yīng)力對(duì)材料的腐蝕具有強(qiáng)烈的協(xié)同效應(yīng)。根據(jù)文獻(xiàn)Andamson推測(cè)：濕度是材料吸濕性的唯一函數(shù)，這是因?yàn)椋瑵穸忍嵘院?，?dǎo)致纖維和復(fù)合材料的微裂紋增加，從而導(dǎo)致空穴體積的變大。Hayes等研究發(fā)現(xiàn)：復(fù)合材料長(zhǎng)期工作在潮濕環(huán)境下，必將導(dǎo)致質(zhì)量的超重現(xiàn)象。在海洋環(huán)境下，船體受海水和波動(dòng)外力的協(xié)同作用，這使得玻璃鋼非晶態(tài)高聚物材料產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成微小的結(jié)晶趨勢(shì)，在這個(gè)過(guò)程中，加快了玻璃鋼材料形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的速度，使玻璃鋼材料的應(yīng)力松弛時(shí)間減少；同時(shí)影響了玻璃鋼材料的蠕變過(guò)程，使玻璃鋼的彈性模量降低。 
    
4　展望 
    
　　納米材料是當(dāng)今科技界研究的熱門(mén)領(lǐng)域，而對(duì)于納米復(fù)合材料的腐蝕研究才剛剛興起。2000年在匈牙利舉辦的第七屆關(guān)于腐蝕研究的國(guó)際研討會(huì)上提出了今后腐蝕研究的一個(gè)主要方向，即納米復(fù)合材料的腐蝕問(wèn)題。雖然少量納米材料的加入就會(huì)使基體樹(shù)脂的性能大幅度提高，但在一些樹(shù)脂中的效果還不是很突出，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料雖有良好的發(fā)展前景，但還需在復(fù)合材料的組分選擇、制備工藝等方面作進(jìn)一步的探討和研究。另外，理論研究還需進(jìn)一步加強(qiáng)。