A polimer anyagok öregedési típusai, öregedési tesztjei és öregedésgátló módszerei
01 A polimer anyagok fejlesztésének jelenlegi állása
A polimer anyagokat kiváló tulajdonságaik miatt, mint például a könnyű súly, a nagy szilárdság, a hőállóság és a korrózióállóság, ma már széles körben használják számos területen, mint például a csúcskategóriás gyártás, az elektronikus információ, a szállítás, az épületek energiatakarékossága, a repülés és a nemzeti. védelmi és hadiipar. óriási szerepet játszott.
Nemcsak a nemzetgazdaság fontos alapipara, hanem az ország vezető iparága is;
Nemcsak a petrolkémiai ipar stratégiailag feltörekvő iparága, hanem fontos támogató anyag a feltörekvő stratégiai iparágaknak is, mint például az elektronikus információ, a repülés, a honvédelem és az új energia;
Nemcsak magas technológiai tartalommal és magas hozzáadott értékkel rendelkezik, hanem a petrolkémiai ipar átalakításának és korszerűsítésének is fontos iránya.
Ezért a polimer anyagok mindig is olyan fejlesztési területnek számítottak, amelyet a fejlett országok és a multinacionális cégek nagy jelentőséget tulajdonítanak. Ez nemcsak széles piaci teret biztosít az új polimer anyagok iparának, hanem magasabb követelményeket támaszt a minőségi teljesítmény, a megbízhatóság és a támogatási képességek tekintetében.
Ezért egyre nagyobb figyelmet kapott az, hogyan lehet maximalizálni a polimer anyagból készült termékek funkcióit az energiatakarékosság, az alacsony szén-dioxid-kibocsátás és az ökológiai fejlődés elvein alapulva. Az öregedés fontos tényező, amely befolyásolja a polimer anyagok megbízhatóságát és tartósságát.
02 A polimer anyagok öregedése
A polimer anyagok feldolgozása, tárolása és felhasználása során a belső és külső tényezők együttes hatása miatt tulajdonságaik fokozatosan romlanak, idővel használati értéküket veszítik. Ez a jelenség a polimer anyagok öregedéséhez tartozik.
Ez nemcsak erőforrás-pazarlással jár, hanem akár nagyobb működési hiba miatti balesetekhez is vezethet, illetve az öregedés okozta anyagbomlás a környezetet is szennyezheti.
A különböző típusú polimerek és az eltérő felhasználási feltételek miatt eltérő öregedési jelenségekkel és jellemzőkkel rendelkeznek. Általánosságban elmondható, hogy a polimer anyagok öregedése a következő négy változástípusba sorolható:
1. Megjelenési változások
Foltok, foltok, csíkok, repedések, virágzás, krétásodás, ragadósság, vetemedés, halszemek, ráncosodás, zsugorodás, perzselés, optikai torzulás és az optikai szín megváltozása.
2. A fizikai tulajdonságok változása
Beleértve az oldhatóság, a duzzadás, a reológiai tulajdonságok, a hidegállóság, a hőállóság, a vízáteresztő képesség, a légáteresztő képesség és egyéb tulajdonságok változásait.
3. A mechanikai tulajdonságok változása
Változások a szakítószilárdságban, a hajlítószilárdságban, a nyírószilárdságban, az ütőszilárdságban, a relatív nyúlásban, a feszültséglazításban és egyéb tulajdonságokban.
4. Az elektromos tulajdonságok változása
Ilyen például a felületi ellenállás, térfogati ellenállás, dielektromos állandó, elektromos áttörési szilárdság változása stb.
03 A polimer anyagok öregedését okozó tényezők
1. Makroelemzés
Mivel a polimerek feldolgozása és felhasználása során olyan környezeti tényezők együttes hatásának lesznek kitéve, mint a hő, oxigén, víz, fény, mikroorganizmusok és kémiai közegek. Kémiai összetételük és szerkezetük egy sor változáson megy keresztül, és ennek megfelelően a fizikai tulajdonságaik is változnak. Leromlás, például keménység, ragadósság, törékenység, elszíneződés, erővesztés stb. Ezeket a változásokat és jelenségeket öregedésnek nevezzük.
2. Mikroszkópos elemzés
A nagy molekulatömegű polimerek hő vagy fény hatására gerjesztett állapotú molekulákat képeznek. Ha az energia elég magas, a molekulaláncok megszakadnak és szabad gyökök keletkeznek. A szabad gyökök láncreakciókat hozhatnak létre a polimerben, tovább bomlanak, és térhálósodást okozhatnak.
Ha oxigén vagy ózon van jelen a környezetben, oxidációs reakciók sorozata indul hidroperoxidok (ROOH) képződéséhez, amelyek tovább bomlanak karbonilcsoportokra.
Ha a polimerben maradék katalizátor fémionok vannak, vagy fémionokat, például réz-, vas-, mangán-, kobalt-, stb. ionokat vezetnek be a feldolgozás és felhasználás során, a polimer oxidatív bomlási reakciója felgyorsul.
04 Öregedési teszt
Új anyagok fejlesztésénél vagy javításánál, élettartamuk vagy öregedésgátló hatásuk igazolása érdekében öregedésvizsgálat szükséges. A gyakori öregedési tesztek közé tartozik a természetes öregedés és a laboratóriumi gyorsított öregedés.
1.Természetes öregedés
A természetes öregedés azt jelenti, hogy az anyagmintát közvetlenül a természetes környezetnek teszik ki. A mintát általában egy bizonyos szögben helyezik el az expozíciós állványra. A gyakori expozíciós szögek 5 fok, 45 fok és 90 fok. A vonatkozó vizsgálati szabványok közé tartozik az ISO 877 Műanyagok – A napsugárzásnak való kitettség módszerei; ISO2810 Festékek és lakkok - Bevonatok természetes időjárási hatása - Expozíció és értékelés; ASTMG7 Nemfémes anyagok atmoszférikus környezeti expozíciós vizsgálatának szabványos gyakorlata stb.
A természetes öregedés vizsgálati módszere egyszerű és olcsó, de a tesztciklusa túl hosszú, ami befolyásolja a terméktervezés optimalizálási előrehaladását. Ezen túlmenően, mivel természetes környezetről van szó, és az éghajlati viszonyok nem szabályozhatók, a vizsgálati eredmények reprodukálhatósága érdekében különösen fontos a vizsgálati helyszín kiválasztása. Az Egyesült Államok 1931-ben Dél-Floridában egy természetes éghajlati mezőt hozott létre, amely az Egyesült Államokban szokásos meleg és párás éghajlati kitettség mező. Az Arizona középső részén létrehozott vizsgálati helyszín szabványos száraz hőhatásnak kitett helyszín. Hazám Nemzeti Gépjárműtermékek Minőség-felügyeleti és Ellenőrző Központjának Turpan Expozíciós Teszthelye szintén tipikus száraz és meleg éghajlatú expozíciós helyszín. Turpan térségében májustól augusztusig 40 fok feletti a maximumhőmérséklet, 49,6 fok a szélső maximumhőmérséklet, az évi átlagos csapadékmennyiség pedig mindössze 8 mm. A Hainan állambeli Qionghai-ban található expozíciós mező jellegzetes meleg és párás éghajlati viszonyok vannak. Az éves átlaghőmérséklet 27,4 fok, az évi átlagos csapadékmennyiség pedig 2134 mm.
2. Gyorsított öregedés a laboratóriumban
A tesztciklus felgyorsítása és az öregedési adatok gyorsabb beszerzése érdekében a laboratórium általában mesterséges fényforrásokat használ a napsugárzás szimulálására, a különböző hőmérsékleti, páratartalom- és esőviszonyokhoz stb., valamint különféle természetes éghajlatok szimulálására.
1) A fényforrás kiválasztása
Az általánosan használt mesterséges fényforrások közé tartoznak a xenon ívlámpák, a fémhalogén lámpák és az ultraibolya fénycsövek. Az UV fénycsövek nagyon jól tudják szimulálni a napfényt a középhullámú UV és a rövidhullámú UV tartományban. A xenon ívlámpák és fémhalogén lámpák nagyon jól tudják szimulálni a napfényt a teljes spektrumban. Ezért a fényforrásként xenonlámpákat és fémhalogén lámpákat használó tesztkamrák jól tudják szimulálni a napfénysugárzást, míg a fluoreszkáló ultraibolya lámpákat használó öregítő kamrák nem a napfényt imitálják, hanem csak szimulálják a napfény öregedési hatását. Ezenkívül vannak a piacon öregedő dobozok, amelyek fényforrásként szén ívlámpákat használnak. A szénív-spektrum azonban nem mutat jó korrelációt a napfény spektrumával, és a szénívlámpás tesztelés történelmi okokból áll.
2) A felgyorsult öregedés jelentősége
A korreláció a laboratóriumi gyorsított öregítési eredmények és az anyag tényleges felhasználási környezetben elért öregedési eredményei közötti konzisztencia fokára vonatkozik. Csak akkor, ha a gyorsított öregítési teszt releváns, tükrözheti valóban az anyag időjárásállóságát, és valóban megjósolhatja az anyag élettartamát. Az indokolatlan gyorsított tesztelés csökkenti a teszt relevanciáját, sőt értelmét is elveszti.
3) A gyorsított öregedés fejlődési tendenciája a laboratóriumokban
Ahogy az elején említettük, az anyagok öregedését befolyásoló tényezők közé tartozik a napsugárzás, a hőmérséklet, a víz és egyéb tényezők. Az anyagok öregedése ezeknek a tényezőknek az együttes hatásának az eredménye, de ez nem a különböző tényezők hatásának egyszerű egymásra épülése. A köztük lévő szinergiát is figyelembe kell venni. Ezért az anyag tényleges használati környezetének átfogóbb szimulációja relevánsabb eredményekhez vezethet. Például az ISO 20340 szabvány szerint a teszt 7 napos cikluson alapul. Az 1-3. napon UV-tesztet végzünk világos és sötét ciklussal az ISO 11507 szerint. A 4-6. napon az ISO 9227 szerinti sópermet-tesztet. A 7. napon ({{9} } ±2) fokos alacsony hőmérsékletű vizsgálat. A hagyományos időjárásállósági teszthez képest több öregedést befolyásoló tényezőt integrál, és jobban illeszkedik az anyag tényleges használati körülményeihez, így jobban tükrözi az anyag tényleges öregedését. Tudjuk, hogy a penészgombák, az ózonkoncentráció stb. mind fontos hatással vannak a műanyag termékek öregedésére. Az lesz a gyorsított öregedés egyik fejlesztési iránya a laboratóriumokban, hogy hogyan lehet több öregedési tényezőt beépíteni a tesztelésbe.
05 Polimer anyagok öregedésgátló módszerei
Jelenleg a polimer anyagok öregedésgátló tulajdonságainak javítására és javítására szolgáló fő módszerek a következők:
1. Fizikai védelem (például sűrítés, festés, külső réteg kompaundálás stb.)
A polimer anyagok öregedése, különösen a fotooxigén-öregedés először az anyag vagy termék felületéről indul meg, ami elszíneződésben, púderesedésben, repedezésben, fényességvesztésben stb. nyilvánul meg, majd fokozatosan mélyebbre hatol a belső térbe. A vékony termékek nagyobb valószínűséggel tönkremennek idő előtt, mint a vastagok, így a termék élettartama meghosszabbítható a termék sűrítésével. Az öregedésre hajlamos termékek esetében jó időjárásálló bevonatréteget hordhat fel a felületre, vagy egy jó időjárásálló anyagréteget keverhet össze a termék külső rétegével, hogy védőréteget rögzítsen a termék felületére. termék. Lassítsd le az öregedési folyamatot.
2. A feldolgozási technológia fejlesztése
Sok anyagnak öregedési problémái is vannak a szintézis vagy az előállítás során. Például a hő befolyása a polimerizáció során, a termikus oxigénöregedés a feldolgozás során stb. Ennek megfelelően az oxigén hatása mérsékelhető oxigéneltávolító berendezés vagy vákuumberendezés hozzáadásával a polimerizáció vagy a feldolgozás során. Ez a módszer azonban csak akkor tudja garantálni az anyag teljesítményét, amikor az kikerül a gyárból, és ez a módszer csak az anyag-előkészítés forrásából valósítható meg, és nem oldja meg az újrafeldolgozás és felhasználás során fellépő öregedési problémát.
3. Polimer anyagok szerkezeti tervezése vagy módosítása
Sok polimer anyag olyan csoportokat tartalmaz, amelyek molekulaszerkezetükben nagyon érzékenyek az öregedésre. Ezért az anyag molekuláris szerkezetének kialakítása révén az öregedésre hajlamos csoportok öregedésre nem hajlamos csoportokkal való helyettesítése gyakran jó eredményeket érhet el. Vagy öregedésgátló hatású funkcionális csoportok vagy struktúrák ojtással vagy kopolimerizációval bevihetők a polimer láncba, így maga az anyag is kiváló öregedésgátló funkciókat biztosít. Ezt a módszert is gyakran használják a kutatók, de ennek költsége viszonylag magas. Nagy, nagyüzemi gyártás és alkalmazás egyelőre nem valósítható meg.
4. Adjon hozzá öregedésgátló adalékokat
Jelenleg a polimer anyagok öregedéssel szembeni ellenálló képességének javításának hatékony és elterjedt módja az öregedésgátló adalékok hozzáadása, amelyeket alacsony költségük és a meglévő gyártási folyamatok módosításának hiánya miatt széles körben használnak. Két fő módja van ezeknek az öregedésgátló adalékoknak a hozzáadásának:
Az adalékanyagok közvetlen hozzáadásának módja: vagyis az öregedésgátló adalékanyagot (por vagy folyadék) közvetlenül összekeverik és keverik olyan nyersanyagokkal, mint a gyanta, majd extrudálják granuláláshoz vagy fröccsöntéshez stb. Mivel ez az adagolási módszer egyszerű és könnyű megvalósításához széles körben alkalmazza a pelletáló és fröccsöntő gyárak többsége.
Öregedésgátló mesterkeverék hozzáadási módszere: A termékminőségre és minőségi stabilitásra magasabb követelményeket támasztó gyártók gyakrabban alkalmazzák az öregedésgátló mesterkeverék hozzáadásának módszerét a gyártás során. Az öregedésgátló mesterkeveréket megfelelő gyanta hordozóanyagként történő felhasználásával állítják elő, különféle hatékony öregedésgátló adalékanyagokkal keverve, majd koextrudálják és ikercsigás extruderrel granulálják. Alkalmazási előnye az öregedésgátló adalékok felhasználásában rejlik a mesterkeverék-előkészítési folyamatban. Először az elődiszperziót, majd a későbbi anyagfeldolgozási folyamatban az öregedésgátló adalékanyagok másodlagos diszpergálását valósítják meg, ezzel elérve azt a célt, hogy az adalékanyagok egyenletesen diszpergálódjanak a polimer anyagmátrixban, ami nemcsak a termék minőségi stabilitását biztosítja. termék, hanem Elkerüli a porszennyezést a gyártás során, így a termelés zöldebb és környezetbarátabb.