What is the "Plastics Corroson Phenomenon"?

Faudree Effect

This was the discovery that "plastics can corrode", under galvanic action similar to that of metals,^{[1,2, 3 Ph.D. Dissertation]} and has been referred to as the "Faudree Effect" in the industry. Previously, it was thought polymers or composites cannot corrode this way. Normally, when two dissimilar metals such as copper (Cu) and iron (Fe) are put into contact and then immersed in salt water, the iron will undergo corrosion or rust. This is called a galvanic circuit where the copper is the noble metal and the iron is the active metal, i. e., the copper is the cathode or positive (+) electrode and the iron is the anode, or negative (-) electrode. A battery is formed. It follows that plastics are made stronger by impregnating them with thin carbon fibers only a few micrometers in diameter known as carbon fiber reinforced polymers (CFRP). This is to produce materials for sports, automotive, and aircraft that are lightweight, high-strength and resistant to high temperatures. The carbon fibers act as a noble metal similar to gold (Au) or platinum (Pt). When put into contact with a more active metal, for example with aluminum (Al) in salt water the aluminum corrodes. However in early 1990, during routine aircraft solvent soak tests it was accidentally discovered imide-linked resins in CFRP composites degrade when bare composite is coupled with an active metal in salt water environments. This is because corrosion not only occurs at the aluminum anode, but also at the carbon fiber cathode (cathodic corrosion) in the form of a very strong base with a pH of about 13. The strong base is generated just above the salt water/jet fuel interface which wicks up into the confined area as in crevice corrosion. This strong base reacts with the polymer chain structure degrading and dissolving the polymer into its amide salt. Polymers affected include bismaleimides (BMI), condensation polyimides, triazines, and blends thereof. Degradation occurs in the form of dissolved resin and loose fibers. The hydroxyl ions generated at the graphite cathode attack the O-C-N bond in the polyimide structure. Although standard protection measures such as glass scrim plies, sealants and inhibitors are employed, the phenonenon remained a concern. This discovery was surprising and has implications for the CFRP material used for high performance jet aircraft and resulted in design change along with patents and specifications by others contributing to aircraft reliability and safety. The phenomenon was first reported to the public in Aviation Week & Space Technology and subsequent journal article Relationship of Graphite/Polyimide Composites to Galvanic Processes. Society for the Advancement of Material and Process Engineering (SAMPE) Journal Symposium (April 15-18) (1991) 1288-1301. Research is ongoing to lower the possibility of this type of corrosion.

フォードリー効果 Japanese

Michael C. Faudree(フォードリー マイケル)が1990 年に技術的な文献に初めに記述したガルバニック アクションによるポリマーの劣化現象である。このガルバニック アクションは、 「プラスチックが腐食する」こと、すなわちガルバニック アクションによるポリマーの劣化は特定条件下で起こる金属の劣化に似ているという発見であった。通常、 銅 (Cu) と鉄 (Fe) など 2 つの異種金属を接触させ、食塩水に浸したとき、鉄は腐食、または錆が生じる。これは、貴金属である銅と活性金属である鉄、 すなわちカソードまたはプラス (+) 極の銅とアノード、またはマイナス (-) 極の鉄のガルバニック回路と呼ばれ、電池が形成される。 一方プラスチックは直径わずか数ミクロンの薄い炭素繊維を含浸することによって強くすることができ、炭素繊維強化プラスチック (CFRP) と呼ばれる。 これは、高強度と耐高温性の材料である。炭素繊維は、貴金属の金 (Au) や白金 (Pt) と似た働きをする。例えばアルミニウムのような、より活性な金属との接触するとき、 食塩水はアルミニウム (Al)を腐食する。しかし 1990 年代初頭、Michael C. Faudree は塩水環境下で炭素の複合材料が活性金属と結合しているとき、 CFRP 複合材料内のイミド結合樹脂が劣化することを発見した。この腐食はアルミのアノードだけでなく、pH の約 13という非常に強いアルカリ性で 炭素繊維のカソードでも発生するからだ。この強力なアルカリ性は、ポリマーの分解高分子鎖構造と反応、ポリマーはBismaleimides (BMI)、 凝縮ポリイミド、トリアジン系化合物、混合物などの影響を受ける。劣化は溶解樹脂や緩い繊維の形で発生する。グラファイトのカソードで生成される 水酸化物イオンは、ポリイミド構造内の O C N 結合を攻撃する。この現象は、高分子が金属のように異種金属接触腐食を受けることができることＡに示し、 現在「Faudree 効果」として広く知られている。本研究では、標準の腐食保護手段はほとんどの条件下でのポリマーの劣化を防ぐことを明らかにさひた。