Polymeerimateriaaleja käytetään nykyään laajalti huippuluokan valmistuksessa, elektronisessa tiedonsiirrossa, kuljetuksessa, rakennusten energiansäästössä, ilmailu- ja avaruustekniikassa, maanpuolustuksessa ja monilla muilla aloilla niiden erinomaisten ominaisuuksien, kuten keveyden, suuren lujuuden, lämmönkestävyyden ja korroosionkestävyyden, ansiosta. Tämä ei ainoastaan tarjoa laajaa markkinatilaa uudelle polymeerimateriaaliteollisuudelle, vaan asettaa myös korkeammat vaatimukset sen laadulle, suorituskyvylle, luotettavuudelle ja takuukyvylle.
Siksi polymeerimateriaalituotteiden toiminnan maksimointi energiansäästön, vähähiilisen ja ekologisen kehityksen periaatteiden mukaisesti on saamassa yhä enemmän huomiota. Ja ikääntyminen on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa polymeerimateriaalien luotettavuuteen ja kestävyyteen.
Seuraavaksi tarkastelemme, mitä on polymeerimateriaalien ikääntyminen, ikääntymistyyppejä, ikääntymistä aiheuttavia tekijöitä, tärkeimpiä ikääntymisenestomenetelmiä ja viiden yleisen muovin ikääntymisenestoa.
A. Muovin vanheneminen
Polymeerimateriaalien rakenteelliset ominaisuudet ja fysikaalinen tila sekä niiden ulkoiset tekijät, kuten lämpö, valo, terminen happi, otsoni, vesi, happo, emäs, bakteerit ja entsyymit käytön aikana, altistavat niiden suorituskyvyn heikkenemiselle tai menetykselle levitysprosessissa.
Tämä ei ainoastaan aiheuta resurssien tuhlausta ja voi jopa aiheuttaa suurempia onnettomuuksia sen toiminnallisen vikaantumisen vuoksi, vaan myös materiaalin ikääntymisestä johtuva hajoaminen voi saastuttaa ympäristöä.
Polymeerimateriaalien ikääntyminen käytön aikana aiheuttaa todennäköisemmin suuria katastrofeja ja korjaamattomia menetyksiä.
Siksi polymeerimateriaalien ikääntymisen estämisestä on tullut ongelma, joka polymeeriteollisuuden on ratkaistava.
B. Polymeerimateriaalien ikääntymisen tyypit
Eri polymeerilajeista ja erilaisista käyttöolosuhteista johtuen on erilaisia ikääntymisilmiöitä ja -ominaisuuksia. Yleisesti ottaen polymeerimateriaalien ikääntyminen voidaan luokitella seuraaviin neljään muutostyyppiin.
01 Ulkonäön muutokset
Tahrat, täplät, hopeaviivat, halkeamat, huurre, liituutuminen, tahmeus, vääntyminen, kalansilmät, rypistyminen, kutistuminen, palaminen, optinen vääristymä ja optiset värinmuutokset.
02 Fysikaalisten ominaisuuksien muutokset
Mukaan lukien liukoisuus, turpoaminen, reologiset ominaisuudet sekä kylmänkestävyyden, lämmönkestävyyden, vedenläpäisevyyden, ilmanläpäisevyyden ja muiden ominaisuuksien muutokset.
03 Mekaanisten ominaisuuksien muutokset
Vetolujuuden, taivutuslujuuden, leikkauslujuuden, iskulujuuden, suhteellisen venymän, jännityksen relaksaation ja muiden ominaisuuksien muutokset.
04 Sähköisten ominaisuuksien muutokset
Kuten pintavastus, tilavuusvastus, dielektrinen vakio, sähköinen läpilyöntilujuus ja muut muutokset.
C. Polymeerimateriaalien ikääntymisen mikroskooppinen analyysi
Polymeerit muodostavat molekyylien viritystiloja lämmön tai valon läsnä ollessa, ja kun energia on riittävän korkea, molekyyliketjut katkeavat muodostaen vapaita radikaaleja, jotka voivat muodostaa ketjureaktioita polymeerin sisällä ja jatkaa hajoamisen käynnistämistä ja voivat myös aiheuttaa silloittumista.
Jos ympäristössä on happea tai otsonia, se aiheuttaa myös useita hapetusreaktioita, jotka muodostavat hydroperoksideja (ROOH) ja hajoavat edelleen karbonyyliryhmiksi.
Jos polymeerissä on jäljellä katalyyttimetalli-ioneja tai jos prosessoinnin tai käytön aikana siihen tuodaan metalli-ioneja, kuten kuparia, rautaa, mangaania ja kobolttia, polymeerin oksidatiivinen hajoamisreaktio kiihtyy.
D. Tärkein menetelmä ikääntymisen estävien ominaisuuksien parantamiseksi
Tällä hetkellä on neljä päämenetelmää polymeerimateriaalien ikääntymisenestokyvyn parantamiseksi ja tehostamiseksi seuraavasti.
01 Fyysinen suojaus (paksennus, maalaus, ulkokerroksen massa jne.)
Polymeerimateriaalien vanheneminen, erityisesti foto-oksidatiivinen vanheneminen, alkaa materiaalien tai tuotteiden pinnasta, mikä ilmenee värjäytymisenä, kalkkiutumisena, halkeilemisena, kiillon heikkenemisenä jne., ja etenee sitten vähitellen syvemmälle sisäosaan. Ohuet tuotteet vikaantuvat todennäköisemmin aikaisemmin kuin paksut tuotteet, joten tuotteiden käyttöikää voidaan pidentää tuotteita sakeuttamalla.
Ikääntymiselle alttiiden tuotteiden pinnalle voidaan levittää tai päällystää säänkestävä pinnoitekerros tai tuotteiden ulkokerrokseen voidaan sekoittaa säänkestävää materiaalia, jolloin tuotteiden pintaan voidaan kiinnittää suojakerros ikääntymisprosessin hidastamiseksi.
02 Käsittelyteknologian parantaminen
Monien synteesi- tai valmistusprosessissa olevien materiaalien vanhenemiseen liittyy myös ongelmia. Esimerkiksi lämmön vaikutus polymeroinnin aikana, terminen ja hapen vanheneminen prosessoinnin aikana jne. Näin ollen hapen vaikutusta voidaan hidastaa lisäämällä ilmanpoistolaite tai tyhjiölaite polymeroinnin tai prosessoinnin aikana.
Tämä menetelmä voi kuitenkin taata materiaalin suorituskyvyn vain tehtaalla, ja tämä menetelmä voidaan toteuttaa vain materiaalin valmistelun lähteestä, eikä se voi ratkaista sen ikääntymisongelmaa uudelleenkäsittelyn ja käytön aikana.
03 Rakennesuunnittelu tai materiaalien muokkaaminen
Monissa makromolekyylimateriaaleissa on ikääntymisryhmiä molekyylirakenteessa, joten materiaalin molekyylirakenteen suunnittelun kautta ikääntymisryhmien korvaaminen ei-ikääntymisryhmillä voi usein olla hyvä vaikutus.
04 Ikääntymistä estävien lisäaineiden lisääminen
Tällä hetkellä tehokas ja yleinen menetelmä polymeerimateriaalien ikääntymiskestävyyden parantamiseksi on lisätä ikääntymisenestoaineita, joita käytetään laajalti niiden alhaisten kustannusten ja olemassa olevan tuotantoprosessin muuttamisen tarpeen puuttumisen vuoksi. Näitä ikääntymisenestoaineita voidaan lisätä kahdella päätavalla.
Ikääntymistä estävät lisäaineet (jauhe tai neste) ja hartsi ja muut raaka-aineet sekoitetaan suoraan ja sekoitetaan ekstruusiorakeistuksen tai ruiskuvalun jälkeen jne. Tämä on yksinkertainen ja helppo lisäystapa, jota käytetään laajalti useimmissa pelletointi- ja ruiskuvalulaitoksissa.
Julkaisun aika: 26.10.2022