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       玻璃钢（玻璃纤维增强塑料）的性能很大程度上取决于其基体材料——树脂的化学性能。其中，树脂的耐化学腐蚀能力尤为关键。对于长期浸泡在水体中的玻璃钢渔船来说，水会对玻璃纤维、树脂以及两者结合的纤维-树脂界面都产生侵蚀作用。因此，理解树脂本身的耐水性能是本章节的核心内容。

 

 

       水对不同组分的侵蚀表现如下：

       1.  对玻璃纤维的侵蚀：

       水能够溶解或破坏玻璃纤维结构中的硅酸盐成分。

       当水分渗入玻璃纤维表面的微裂纹后，在受到外力（如船体受力）作用时，这些水分会加速裂纹的扩展，导致玻璃纤维的强度下降。

       2.  对树脂的破坏作用：

       水对树脂基体的破坏主要有三种方式：

       溶胀与增塑作用：水分子渗入树脂内部，使得树脂体积膨胀（溶胀），削弱了树脂大分子之间的结合力（内聚力）。同时，水的存在就像一种“软化剂”（增塑作用），导致整个玻璃钢材料的弹性模量（抵抗变形的能力）降低。

       促进树脂水解：水分子会与树脂的大分子链发生化学反应（水解），导致这些长分子链断裂成更小的分子，直接破坏树脂结构。

       诱发微裂纹产生与发展：树脂在固化过程中，是以固化剂分子为中心向外生长，形成内部紧密、边缘相对疏松的非均匀结构。如果树脂中存在杂质，特别是水溶性无机杂质，水分渗入后，由于杂质溶解产生的渗透压效应，会在树脂内部或界面处诱发微裂纹。这些微裂纹在外力作用下，水分会促进其进一步扩展。更严重的是，水分子要么直接侵入，要么通过这些微裂纹到达纤维-树脂界面，破坏界面的结合结构，最终导致玻璃钢的弯曲强度下降（虽然有时冲击强度可能略有提高，但这通常不是期望的结果）。因此，对玻璃纤维表面进行有效的化学处理（如使用偶联剂）来保护界面至关重要。

 

       研究水浸作用的现实意义

       理解水侵蚀机理的最终目的是预测玻璃钢制品（如渔船）的使用寿命。我们可以通过实验和模型来评估：

       1.  强度衰减模型：通常假设玻璃钢的弯曲强度随着水浸时间的衰减遵循一个特定的规律（一阶动力学过程），可以用公式表示：

       `ln(σ_t / σ_0) = -Kd * t`

       `σ_0`: 初始弯曲强度 (例如 130 MPa)

       `σ_t`: 在特定水温下浸泡时间 `t` 后测得的弯曲强度 (例如 85 MPa)

       `Kd`: 衰减速率常数 (这个值越大，强度下降越快)

       2.  温度的影响 - Arrhenius定律： 水温对侵蚀速率 `Kd` 影响巨大。根据Arrhenius定律，水温越高，侵蚀越快。其关系式为：

       `Kd = A * e^(-ΔE / RT)`

       `A`: 常数

       `R`: 气体常数

       `ΔE`: 弯曲强度衰减所需的活化能 (可以理解为开始侵蚀过程需要的能量门槛)

       `T`: 水浸温度(注意：这里的温度必须是绝对温度，单位是开尔文 K，例如 80°C = 353.15 K, 60°C = 333.15 K)

       3.  推算不同温度下的浸泡时间。利用上述规律，如果我们在两个较高温度（如 `T1`=80°C / 353.15 K 和 `T2`=60°C / 333.15 K）下做加速老化实验，测出强度从 `σ_0` 降到 `σ_t` 所需的时间（分别为 `t1` 和 `t2`），我们就可以估算在实际使用水温 `T3`（例如 25°C）下，强度降到同样水平 `σ_t` 所需的时间 `t3`。推算公式为：

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

       这个公式本质上利用了高温下加速老化的结果，结合Arrhenius定律中温度与反应速率的关系，来外推或内插到实际使用温度下的时间。

 

       结论：

       上述机理研究和模型分析，我们可以清晰地认识到：即使是同一类别的树脂，由于生产商的不同和工艺配方（如树脂类型、固化剂、添加剂、纤维处理剂等）的差异，其耐水性可能存在巨大差别。这种耐水性的差异，直接决定了水侵蚀速率的快慢（即 `Kd` 的大小），最终对玻璃钢渔船的使用寿命产生重大影响。选择耐水性优异的树脂体系并进行合理的界面保护处理，是延长玻璃钢渔船寿命的关键。

（文章来源于“新型玻璃钢渔船”公众号，转载须经同意）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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