Полимерните материали сега се използват широко във висок клас производство, електронна информация, транспорт, енергоспестяване на сгради, аерокосмическа индустрия, национална отбрана и много други области, благодарение на отличните си свойства като леко тегло, висока якост, устойчивост на температури и устойчивост на корозия. Това не само осигурява широко пазарно пространство за новата индустрия за полимерни материали, но и поставя по-високи изисквания за тяхното качество, ниво на надеждност и гаранционен капацитет.
Следователно, все повече внимание се обръща на това как да се увеличи максимално функционалността на полимерните материали в съответствие с принципите за пестене на енергия, нисковъглеродно и екологично развитие. А стареенето е важен фактор, който влияе върху надеждността и дълготрайността на полимерните материали.
След това ще разгледаме какво представлява стареенето на полимерните материали, видовете стареене, факторите, причиняващи стареене, основните методи за борба със стареенето и петте основни вида пластмаси, които се използват за борба със стареенето.
А. Стареене на пластмасата
Структурните характеристики и физическото състояние на самите полимерни материали, както и външните им фактори, като топлина, светлина, топлинен кислород, озон, вода, киселини, основи, бактерии и ензими в процеса на употреба, ги правят податливи на влошаване или загуба на експлоатационни характеристики в процеса на приложение.
Това не само води до разхищение на ресурси и може дори да причини по-големи аварии поради функционалната му повреда, но и разлагането на материала, причинено от стареенето му, може да замърси околната среда.
Стареенето на полимерните материали в процеса на употреба е по-вероятно да причини големи бедствия и непоправими загуби.
Следователно, борбата със стареенето на полимерните материали се е превърнала в проблем, който полимерната индустрия трябва да реши.
Б. Видове стареене на полимерни материали
Съществуват различни явления и характеристики на стареене, дължащи се на различните видове полимери и различните условия на употреба. Като цяло, стареенето на полимерните материали може да се категоризира в следните четири вида промени.
01 Промени във външния вид
Петна, петна, сребърни линии, пукнатини, глазура, тебеширане, лепкавост, изкривяване, рибешки очи, набръчкване, свиване, прегаряне, оптично изкривяване и оптични промени в цвета.
02 Промени във физичните свойства
Включително разтворимост, подуване, реологични свойства и промени в студоустойчивостта, топлоустойчивостта, водопропускливостта, въздухопропускливостта и други свойства.
03 Промени в механичните свойства
Промени в якостта на опън, якостта на огъване, якостта на срязване, якостта на удар, относителното удължение, релаксацията на напрежението и други свойства.
04 Промени в електрическите свойства
Като повърхностно съпротивление, обемно съпротивление, диелектрична константа, електрическа пробивна якост и други промени.
C. Микроскопски анализ на стареенето на полимерни материали
Полимерите образуват възбудени състояния на молекулите в присъствието на топлина или светлина и когато енергията е достатъчно висока, молекулните вериги се разкъсват, за да образуват свободни радикали, които могат да образуват верижни реакции в полимера и да продължат да инициират разграждане, а също така могат да причинят омрежване.
Ако в околната среда присъстват кислород или озон, се предизвиква и серия от окислителни реакции, образуващи хидропероксиди (ROOH) и допълнително разлагащи се до карбонилни групи.
Ако в полимера присъстват остатъчни метални йони от катализатора или ако по време на обработката или употребата му попаднат метални йони като мед, желязо, манган и кобалт, реакцията на окислително разграждане на полимера ще се ускори.
Г. Основният метод за подобряване на антиейджинг ефектите
В момента съществуват четири основни метода за подобряване и засилване на анти-стареещите свойства на полимерните материали, както следва.
01 Физическа защита (удебеляване, боядисване, запълване на външния слой и др.)
Стареенето на полимерните материали, особено фотоокислителното стареене, започва от повърхността на материалите или продуктите, което се проявява като обезцветяване, кредиране, напукване, намаляване на блясъка и др., и след това постепенно навлиза по-дълбоко във вътрешността. Тънките продукти са по-склонни да се повредят по-рано от дебелите, така че експлоатационният живот на продуктите може да се удължи чрез удебеляване на продуктите.
За продукти, склонни към стареене, върху повърхността може да се нанесе или покрие слой от устойчиво на атмосферни влияния покритие или върху външния слой на продуктите може да се нанесе слой от устойчив на атмосферни влияния материал, така че към повърхността на продуктите да се прикрепи защитен слой, който да забави процеса на стареене.
02 Подобряване на технологията на обработка
При много материали в процеса на синтез или получаване съществува и проблем със стареенето. Например, влиянието на топлината по време на полимеризацията, термичното и кислородното стареене по време на обработката и др. Следователно, влиянието на кислорода може да се забави чрез добавяне на обезвъздушително устройство или вакуумно устройство по време на полимеризацията или обработката.
Този метод обаче може да гарантира производителността на материала само във фабриката и може да се приложи само от източника на подготовка на материала и не може да реши проблема със стареенето му по време на преработка и употреба.
03 Структурно проектиране или модификация на материали
Много макромолекулни материали имат групи за стареене в молекулната си структура, така че чрез проектиране на молекулната структура на материала, заместването на групите за стареене с нестареещи групи често може да има добър ефект.
04 Добавяне на добавки против стареене
В момента ефективният и често срещан метод за подобряване на устойчивостта на стареене на полимерните материали е добавянето на добавки против стареене, които се използват широко поради ниската цена и липсата на необходимост от промяна на съществуващия производствен процес. Има два основни начина за добавяне на тези добавки против стареене.
Добавките против стареене (прахообразни или течни) и смолата и други суровини се смесват директно и се смесват след екструдиране, гранулиране или шприцване и др. Това е прост и лесен начин на добавяне, който се използва широко от повечето пелетизиращи и шприцващи инсталации.
Време на публикуване: 26 октомври 2022 г.