ブログ

Aug 31, 2023

繊維の機械的特性と陰極剥離耐性の強化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13418 (2023) この記事を引用 726 アクセス メトリクスの詳細 この研究は、ガラス繊維 (GF) のシラン化が繊維に及ぼす影響を精査することを目的としています。

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13418 (2023) この記事を引用

726 アクセス

メトリクスの詳細

この研究は、ガラス繊維 (GF) のシラン化がエポキシ複合コーティングの機械的特性と陰極耐剥離性に及ぼす影響を詳しく調査することを目的としています。 シラン化の成功は、フーリエ変換赤外スペクトル、電界放射型走査電子顕微鏡 (FE-SEM)、エネルギー分散型 X 線分光法、熱重量分析などのさまざまな特性評価手法に基づいて承認されました。 引張強度の測定では、繊維強化ポリマー (FRP) の機械的性能に対するシラン処理の顕著な影響が示されました。 FE-SEM 断面画像は、シラン化によりエポキシ マトリックスと GF の間の界面結合が改善されたことを示しています。 剥離測定により、GF がシラン化されたときに塩水噴霧チャンバーにさらされた後の軟鋼表面への FRP の湿潤接着強度が向上していることが明らかになりました。 さらに、シラン処理により、陰極剥離 (CD) に対する耐性が向上することが明らかになりました。 電気化学的インピーダンス分光法と電気化学的ノイズ評価により、FRP の CD 耐性に対するシラン化の重大な影響が証明されました。

エポキシポリマーは、優れた耐薬品性、靭性、耐収縮性、接着性などの多くの優れた特性により、さまざまな用途で一般的な防食コーティングとして広く利用されています1、2、3、4。 エポキシコーティングは、金属基材への水や腐食性種の移動に対する効果的な障壁として機能し、深刻な腐食性媒体による腐食速度を低減することで耐用年数を延ばします。 ポリマーコーティングは、バリア、抑制、犠牲という 3 つの主要なメカニズムによって金属構造の腐食を大幅に減少させることができます5、6、7、8、9。

一般に、有機コーティングは水、酸素、腐食性種に対して比較的浸透しやすいです。 したがって、腐食性電解質にさらされた後、コーティングは通常、亀裂や層間剥離などの欠陥を形成することによって劣化プロセスを受けます10、11。 これはまた、コーティングのバリア性能の大幅な低下につながり、コーティングと基材の界面へのより多くの水や腐食種の浸透、および金属の腐食速度の加速につながります。 コーティングの接着力の喪失と剥離により、カソード領域とアノード領域が拡大し、電気化学反応の速度が増加します。

基材とポリマーコーティング間の界面相互作用などのさまざまな要因が、腐食性媒体中でのコーティングの堅牢性に影響します12。 接着力の損失はポリマーコーティングの保護挙動に直接影響を与えるため、コーティングの金属基材への接着​​力を高めるために多くの努力がなされてきました13、14。

研究では、さまざまな添加剤や防食顔料がポリマーコーティングのバリア機能と保護機能を高めることが示されています15。 最近、ポリマーマトリックス中のさまざまなマイクロ/ナノ強化材が、より高い機械的強度、腐食防止、熱的および化学的安定性を備えた効率的な複合コーティングを生成するために使用されています16、17、18、19。 文献で利用されているナノ粒子は、その寸法によって分類できます: (I) シリカナノ粒子 20 およびカーボン量子ドット 21 を含む 0 次元、(II) カーボンファイバー 22 やカーボンナノチューブ (CNT) 23、24 などのナノファイバーおよびナノチューブを含む 1 次元、 (III) グラフェンベースの材料 25、26、27、二硫化モリブデン 28、層状複水酸化物 (LDH) 29、30 などのナノプレートおよびナノシートを含む 2 次元、および (IV) 有機金属フレームワーク (MOF) 31 およびゼオライト３２．

ガラス繊維 (GF) は、おそらくポリマー複合材料で最も広く使用されている強化充填剤です。 これらの複合材料は優れており、低密度、堅牢な熱的および化学的安定性、高い剛性と強度、および優れた耐食性を備えています33。 これらの特性がある一方で、GF は荷重中に亀裂、層間剥離、破損などのさまざまな欠陥が発生しやすい傾向もあります。 これらの欠陥を引き起こす場所の多くは、GF とマトリックスの結合不良に起因しており、材料の機械的強度に影響を与える可能性があります 34,35。 したがって、この制限を解決すると、繊維とポリマーマトリックス間の不完全な表面接着が改善され、堅牢な機械的および保護的特徴を備えた多機能複合材料が調製されます。 世界中の研究者は、この制限を克服するための最も重要な実用的な解決策は、(1) ポリマーマトリックスにカップリング剤を使用すること 36,37 と、(2) 繊維の表面処理 38 であると報告しています。 ポリマーマトリックスとの界面相互作用を改善するために、GF ではさまざまな表面改質技術が利用されています。 アルカリ処理、アセチル化、プラズマ処理、およびグラフト化は、GF39 の一般的な表面修飾アプローチです。