Polymerwerkstoffe finden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit heute breite Anwendung in der High-End-Fertigung, der Elektronik, im Transportwesen, im Gebäudeenergiemanagement, in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsbereich und vielen weiteren Feldern. Dies eröffnet der Polymerwerkstoffindustrie nicht nur ein breites Marktpotenzial, sondern stellt auch höhere Anforderungen an ihre Qualität, Zuverlässigkeit und Gewährleistungsfähigkeit.
Daher rückt die Frage, wie die Funktionalität von Polymerwerkstoffprodukten im Einklang mit den Prinzipien der Energieeinsparung, der CO₂-armen und ökologischen Entwicklung maximiert werden kann, immer stärker in den Fokus. Die Alterung ist dabei ein wichtiger Faktor, der die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Polymerwerkstoffen beeinflusst.
Als nächstes werden wir uns mit der Alterung von Polymerwerkstoffen, den verschiedenen Arten der Alterung, den Faktoren, die die Alterung verursachen, den wichtigsten Methoden der Alterungsverhinderung und der Alterungsverhinderung von fünf gängigen Kunststoffen befassen.
A. Alterung von Kunststoffen
Die strukturellen Eigenschaften und der physikalische Zustand der Polymerwerkstoffe selbst sowie äußere Einflüsse wie Wärme, Licht, thermischer Sauerstoff, Ozon, Wasser, Säuren, Laugen, Bakterien und Enzyme im Anwendungsprozess führen dazu, dass sie im Laufe der Anwendung einer Leistungsverschlechterung oder einem Leistungsverlust unterliegen.
Dies führt nicht nur zu Ressourcenverschwendung und kann aufgrund von Funktionsstörungen sogar zu größeren Unfällen führen, sondern die durch die Alterung bedingte Zersetzung des Materials kann auch die Umwelt belasten.
Die Alterung von Polymerwerkstoffen im Laufe der Nutzung führt mit größerer Wahrscheinlichkeit zu großen Katastrophen und irreparablen Verlusten.
Daher ist die Alterungsbeständigkeit von Polymerwerkstoffen zu einem Problem geworden, das die Polymerindustrie lösen muss.
B. Arten der Alterung von Polymermaterialien
Aufgrund unterschiedlicher Polymerarten und Nutzungsbedingungen treten verschiedene Alterungsphänomene und -eigenschaften auf. Im Allgemeinen lässt sich die Alterung von Polymermaterialien in die folgenden vier Arten von Veränderungen einteilen.
01 Veränderungen im Aussehen
Flecken, Punkte, Silberlinien, Risse, Mattierung, Kreidung, Klebrigkeit, Verformung, Fischaugen, Faltenbildung, Schrumpfung, Versengen, optische Verzerrung und optische Farbveränderungen.
02 Veränderungen der physikalischen Eigenschaften
Einschließlich Löslichkeit, Quellverhalten, rheologischen Eigenschaften und Veränderungen der Kältebeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Wasserdurchlässigkeit, Luftdurchlässigkeit und anderer Eigenschaften.
03 Veränderungen der mechanischen Eigenschaften
Veränderungen der Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Scherfestigkeit, Schlagfestigkeit, relativen Dehnung, Spannungsrelaxation und anderer Eigenschaften.
04 Änderungen der elektrischen Eigenschaften
Dazu gehören beispielsweise Oberflächenwiderstand, Volumenwiderstand, Dielektrizitätskonstante, elektrische Durchschlagfestigkeit und andere Veränderungen.
C. Mikroskopische Analyse der Alterung von Polymermaterialien
Polymere bilden in Gegenwart von Wärme oder Licht angeregte Molekülzustände, und wenn die Energie hoch genug ist, brechen die Molekülketten auf und bilden freie Radikale, die Kettenreaktionen innerhalb des Polymers auslösen und so den Abbau weiter vorantreiben und auch Vernetzungen verursachen können.
Wenn Sauerstoff oder Ozon in der Umgebung vorhanden ist, werden auch eine Reihe von Oxidationsreaktionen ausgelöst, bei denen Hydroperoxide (ROOH) gebildet werden, die sich weiter in Carbonylgruppen zersetzen.
Sind im Polymer Restkatalysatormetallionen vorhanden oder werden während der Verarbeitung oder Verwendung Metallionen wie Kupfer, Eisen, Mangan und Kobalt eingebracht, wird die oxidative Abbaureaktion des Polymers beschleunigt.
D. Die wichtigste Methode zur Verbesserung der Anti-Aging-Leistung
Derzeit gibt es vier Hauptmethoden zur Verbesserung und Steigerung der Alterungsbeständigkeit von Polymermaterialien:
01 Physikalischer Schutz (Verdickung, Lackierung, äußere Schichtversiegelung usw.)
Die Alterung von Polymerwerkstoffen, insbesondere die photooxidative Alterung, beginnt an der Oberfläche und äußert sich in Verfärbungen, Kreidung, Rissbildung, Glanzverlust usw. und schreitet dann allmählich ins Innere fort. Dünne Produkte neigen eher zu vorzeitigem Versagen als dickere, daher lässt sich die Lebensdauer durch eine Verdickung der Produkte verlängern.
Bei Produkten, die zur Alterung neigen, kann eine Schicht witterungsbeständiger Beschichtung auf die Oberfläche aufgetragen oder aufgebracht werden, oder es kann eine Schicht witterungsbeständigen Materials auf die äußere Schicht der Produkte aufgebracht werden, sodass eine Schutzschicht an der Oberfläche der Produkte angebracht werden kann, um den Alterungsprozess zu verlangsamen.
02 Verbesserung der Verarbeitungstechnologie
Bei vielen Materialien tritt im Synthese- oder Herstellungsprozess das Problem der Alterung auf. Beispiele hierfür sind der Einfluss von Wärme während der Polymerisation sowie die thermische und sauerstoffbedingte Alterung während der Verarbeitung. Der Einfluss von Sauerstoff kann daher durch den Einsatz von Entgasungs- oder Vakuumvorrichtungen während der Polymerisation oder Verarbeitung verringert werden.
Allerdings kann diese Methode nur die Leistungsfähigkeit des Materials im Werk gewährleisten und ist nur bei der Materialaufbereitung anwendbar; sie kann das Alterungsproblem bei der Wiederaufbereitung und im Gebrauch nicht lösen.
03 Strukturelle Gestaltung oder Modifizierung von Werkstoffen
Viele makromolekulare Materialien weisen Alterungsgruppen in ihrer Molekularstruktur auf. Durch die Gestaltung der Molekularstruktur des Materials kann der Austausch der Alterungsgruppen gegen nicht alternde Gruppen oft eine gute Wirkung erzielen.
04. Hinzufügen von Anti-Aging-Zusätzen
Derzeit ist die Zugabe von Anti-Aging-Additiven die gängigste und effektivste Methode zur Verbesserung der Alterungsbeständigkeit von Polymerwerkstoffen. Diese Additive werden aufgrund ihrer geringen Kosten und der Tatsache, dass keine Änderungen am bestehenden Produktionsprozess erforderlich sind, häufig eingesetzt. Es gibt zwei Hauptverfahren zur Zugabe dieser Anti-Aging-Additive.
Die Anti-Aging-Zusätze (Pulver oder Flüssigkeit) und das Harz sowie andere Rohstoffe werden nach der Extrusionsgranulierung oder dem Spritzgießen usw. direkt miteinander vermischt. Dies ist eine einfache und unkomplizierte Art der Zugabe, die von den meisten Granulier- und Spritzgießanlagen weit verbreitet angewendet wird.
Veröffentlichungsdatum: 26. Oktober 2022