Polümeermaterjale kasutatakse nüüd laialdaselt tipptasemel tootmises, elektroonilise teabe, transpordi, hoonete energiasäästu, lennunduse, riigikaitse ja paljudes teistes valdkondades tänu oma suurepärastele omadustele, nagu kerge kaal, suur tugevus, temperatuurikindlus ja korrosioonikindlus. See mitte ainult ei paku uuele polümeermaterjalide tööstusele laia tururuumi, vaid seab ka kõrgemad nõuded selle kvaliteedile, töökindlusele ja garantiivõimele.
Seetõttu pööratakse üha enam tähelepanu sellele, kuidas maksimeerida polümeermaterjalide funktsioone kooskõlas energiasäästu, vähese süsinikuheitega ja ökoloogilise arengu põhimõtetega. Vananemine on oluline tegur, mis mõjutab polümeermaterjalide töökindlust ja vastupidavust.
Järgnevalt vaatleme, mis on polümeermaterjalide vananemine, vananemise tüübid, vananemist põhjustavad tegurid, peamised vananemisvastased meetodid ja viie üldise plasti vananemisvastane toime.
A. Plastikust vananemine
Polümeermaterjalide endi struktuurilised omadused ja füüsikaline olek ning nende välised tegurid, nagu kuumus, valgus, termiline hapnik, osoon, vesi, hape, leelis, bakterid ja ensüümid, kasutamise ajal muudavad need kasutusprotsessi käigus toimivuse halvenemise või kadumise suhtes vastuvõtlikuks.
See mitte ainult ei raiska ressursse ja võib funktsionaalse rikke tõttu põhjustada isegi suuremaid õnnetusi, vaid ka materjali vananemisest tingitud lagunemine võib keskkonda saastata.
Polümeermaterjalide vananemine kasutamise ajal põhjustab tõenäolisemalt suuri katastroofe ja korvamatuid kaotusi.
Seetõttu on polümeermaterjalide vananemisvastane võitlus muutunud probleemiks, mille polümeeritööstus peab lahendama.
B. Polümeermaterjali vananemise tüübid
Erinevate polümeeriliikide ja erinevate kasutustingimuste tõttu esinevad erinevad vananemisnähtused ja -omadused. Üldiselt võib polümeermaterjalide vananemise jagada järgmisteks neljaks muutuste tüübiks.
01 Välimuse muutused
Plekid, täpid, hõbedased jooned, praod, härmatis, kriidistumine, kleepuvus, moonutus, kalasilmad, kortsumine, kokkutõmbumine, kõrbemine, optiline moonutus ja optilised värvimuutused.
02 Füüsikaliste omaduste muutused
Sealhulgas lahustuvus, turse, reoloogilised omadused ja külmakindluse, kuumakindluse, vee läbilaskvuse, õhu läbilaskvuse ja muude omaduste muutused.
03 Mehaaniliste omaduste muutused
Tõmbetugevuse, paindetugevuse, nihketugevuse, löögitugevuse, suhtelise pikenemise, pinge lõdvestumise ja muude omaduste muutused.
04 Elektriliste omaduste muutused
Näiteks pinnatakistus, mahutakistus, dielektriline konstant, elektriline läbilöögitugevus ja muud muutused.
C. Polümeermaterjalide vananemise mikroskoopiline analüüs
Polümeerid moodustavad kuumuse või valguse toimel molekulide ergastatud olekuid ning kui energia on piisavalt kõrge, purunevad molekulaarsed ahelad, moodustades vabu radikaale, mis võivad polümeeris moodustada ahelreaktsioone ja jätkata lagunemise algatamist ning põhjustada ka ristseoseid.
Kui keskkonnas on hapnikku või osooni, indutseeritakse ka rida oksüdatsioonireaktsioone, mille käigus moodustuvad hüdroperoksiidid (ROOH) ja lagunevad edasi karbonüülrühmadeks.
Kui polümeeris on jääkkatalüsaatori metalliioone või kui töötlemise või kasutamise ajal lisatakse metalliioone, näiteks vaske, rauda, mangaani ja koobaltit, kiireneb polümeeri oksüdatiivne lagunemisreaktsioon.
D. Peamine meetod vananemisvastase toime parandamiseks
Praegu on polümeermaterjalide vananemisvastase toime parandamiseks ja võimendamiseks neli peamist meetodit järgmiselt.
01 Füüsiline kaitse (paksendamine, värvimine, väliskihi ühend jne)
Polümeermaterjalide vananemine, eriti fotooksüdatiivne vananemine, algab materjalide või toodete pinnalt, mis avaldub värvimuutusena, kriidistumisena, pragunemisena, läike vähenemisena jne, ning liigub seejärel järk-järgult sügavamale sisemusse. Õhukesed tooted purunevad tõenäolisemalt varem kui paksud tooted, seega saab toodete kasutusiga pikendada toodete paksendamisega.
Vananemisele kalduvate toodete puhul saab pinnale kanda ilmastikukindla kattekihi või toodete väliskihile lisada ilmastikukindla materjali kihi, et toodete pinnale kinnitada kaitsekiht vananemisprotsessi aeglustamiseks.
02 Töötlemistehnoloogia täiustamine
Paljude materjalide sünteesi- või valmistamisprotsessiga kaasneb ka vananemise probleem. Näiteks kuumuse mõju polümerisatsiooni ajal, termiline ja hapnikuga vananemine töötlemise ajal jne. Seega saab hapniku mõju aeglustada õhutusseadme või vaakumseadme lisamisega polümerisatsiooni või töötlemise ajal.
See meetod saab aga tagada materjali toimivuse ainult tehases ja seda meetodit saab rakendada ainult materjali ettevalmistamise allikast ning see ei lahenda selle vananemisprobleemi ümbertöötlemise ja kasutamise ajal.
03 Konstruktsioonide projekteerimine või materjalide modifitseerimine
Paljudel makromolekulaarsetel materjalidel on molekulaarstruktuuris vananemisrühmad, seega materjali molekulaarstruktuuri kujundamise kaudu võib vananemisrühmade asendamine mittevananevate rühmadega sageli head mõju avaldada.
04 Vananemisvastaste lisandite lisamine
Praegu on polümeermaterjalide vananemiskindluse parandamiseks kõige tõhusam ja levinum meetod vananemisvastaste lisandite lisamine, mida kasutatakse laialdaselt madala hinna ja olemasoleva tootmisprotsessi muutmise vajaduse puudumise tõttu. Nende vananemisvastaste lisandite lisamiseks on kaks peamist viisi.
Vananemisvastased lisandid (pulber või vedelik) ja vaik ning muud toorained segatakse otse ja segatakse pärast ekstrusioongranuleerimist või survevalu vormimist jne. See on lihtne ja hõlbus lisamisviis, mida enamik pelletimis- ja survevalu tehaseid laialdaselt kasutab.
Postituse aeg: 26. okt 2022