Les matériaux polymères sont aujourd'hui largement utilisés dans la fabrication de pointe, l'électronique, les transports, l'efficacité énergétique des bâtiments, l'aérospatiale, la défense nationale et bien d'autres domaines, grâce à leurs excellentes propriétés telles que leur légèreté, leur haute résistance, leur résistance aux températures élevées et à la corrosion. Ceci offre non seulement un vaste marché à l'industrie des nouveaux matériaux polymères, mais impose également des exigences accrues en matière de qualité, de fiabilité et de garantie.
Par conséquent, la question de l'optimisation des fonctionnalités des produits en matériaux polymères, dans le respect des principes d'économie d'énergie, de réduction des émissions de carbone et de développement écologique, suscite un intérêt croissant. Le vieillissement constitue un facteur important qui influe sur la fiabilité et la durabilité de ces matériaux.
Ensuite, nous examinerons ce qu'est le vieillissement des matériaux polymères, les types de vieillissement, les facteurs qui causent le vieillissement, les principales méthodes anti-vieillissement et l'anti-vieillissement de cinq plastiques courants.
A. Vieillissement du plastique
Les caractéristiques structurelles et l'état physique des matériaux polymères eux-mêmes, ainsi que leurs facteurs externes tels que la chaleur, la lumière, l'oxygène thermique, l'ozone, l'eau, les acides, les bases, les bactéries et les enzymes lors de leur utilisation, les rendent sujets à une dégradation ou à une perte de performance au cours de leur application.
Cela entraîne non seulement un gaspillage de ressources, et peut même provoquer des accidents plus graves en raison de sa défaillance fonctionnelle, mais la décomposition du matériau due à son vieillissement peut également polluer l'environnement.
Le vieillissement des matériaux polymères au cours de leur utilisation est plus susceptible de provoquer de graves catastrophes et des pertes irréparables.
Par conséquent, la lutte contre le vieillissement des matériaux polymères est devenue un problème que l'industrie des polymères doit résoudre.
B. Types de vieillissement des matériaux polymères
Le vieillissement des matériaux polymères présente des caractéristiques et des phénomènes différents selon les espèces de polymères et les conditions d'utilisation. De manière générale, on peut le classer en quatre catégories.
01 Changements d'apparence
Taches, auréoles, lignes argentées, fissures, givrage, farinage, aspect collant, déformation, yeux de poisson, froissement, rétrécissement, brûlure, distorsion optique et altérations optiques de la couleur.
02 Changements des propriétés physiques
Y compris la solubilité, le gonflement, les propriétés rhéologiques et les changements de résistance au froid, à la chaleur, à l'eau, à l'air et autres propriétés.
03 Modifications des propriétés mécaniques
Modifications de la résistance à la traction, de la résistance à la flexion, de la résistance au cisaillement, de la résistance aux chocs, de l'allongement relatif, de la relaxation des contraintes et d'autres propriétés.
04 Modifications des propriétés électriques
Telles que la résistance de surface, la résistance volumique, la constante diélectrique, la rigidité diélectrique et autres modifications.
C. Analyse microscopique du vieillissement des matériaux polymères
Les polymères forment des états excités de molécules en présence de chaleur ou de lumière, et lorsque l'énergie est suffisamment élevée, les chaînes moléculaires se brisent pour former des radicaux libres, qui peuvent former des réactions en chaîne au sein du polymère et continuer à initier la dégradation et peuvent également provoquer une réticulation.
Si de l'oxygène ou de l'ozone est présent dans l'environnement, une série de réactions d'oxydation sont également induites, formant des hydroperoxydes (ROOH) et se décomposant ensuite en groupes carbonyle.
Si des ions métalliques de catalyseur résiduels sont présents dans le polymère, ou si des ions métalliques tels que le cuivre, le fer, le manganèse et le cobalt sont introduits lors du traitement ou de l'utilisation, la réaction de dégradation oxydative du polymère sera accélérée.
D. La principale méthode pour améliorer les performances anti-âge
À l'heure actuelle, il existe quatre méthodes principales pour améliorer et renforcer les performances anti-âge des matériaux polymères, comme suit.
01 Protection physique (épaississement, peinture, composé de couche extérieure, etc.)
Le vieillissement des matériaux polymères, notamment le vieillissement photo-oxydatif, débute en surface et se manifeste par une décoloration, un farinage, des fissures, une perte de brillance, etc., avant de progresser graduellement vers l'intérieur. Les produits fins étant plus susceptibles de se détériorer prématurément que les produits épais, leur durée de vie peut être prolongée en augmentant leur épaisseur.
Pour les produits sujets au vieillissement, une couche de revêtement résistant aux intempéries peut être appliquée ou déposée sur la surface, ou une couche de matériau résistant aux intempéries peut être composée sur la couche extérieure des produits, de sorte qu'une couche protectrice puisse être fixée à la surface des produits pour ralentir le processus de vieillissement.
02 Amélioration de la technologie de traitement
Lors de la synthèse ou de la préparation de nombreux matériaux, le vieillissement pose problème. Par exemple, il peut être dû à l'influence de la chaleur pendant la polymérisation, ou au vieillissement thermique et par l'oxygène pendant la transformation. L'influence de l'oxygène peut alors être atténuée par l'ajout d'un système de désaération ou d'un dispositif sous vide pendant la polymérisation ou la transformation.
Cependant, cette méthode ne peut garantir les performances du matériau qu'en usine, et elle ne peut être mise en œuvre qu'à partir de la source de préparation du matériau, sans pouvoir résoudre son problème de vieillissement lors du retraitement et de l'utilisation.
03 Conception structurelle ou modification des matériaux
De nombreux matériaux macromoléculaires possèdent des groupes de vieillissement dans leur structure moléculaire ; par conséquent, en modifiant la structure moléculaire du matériau, le remplacement de ces groupes par des groupes non vieillissants peut souvent s'avérer efficace.
04 Ajout d'additifs anti-âge
Actuellement, la méthode la plus efficace et courante pour améliorer la résistance au vieillissement des matériaux polymères consiste à ajouter des additifs anti-vieillissement. Ces additifs sont largement utilisés en raison de leur faible coût et de l'absence de modification du processus de production existant. Il existe deux principales méthodes d'ajout de ces additifs.
Les additifs anti-âge (poudre ou liquide), la résine et d'autres matières premières sont mélangés directement après extrusion-granulation ou moulage par injection, etc. Il s'agit d'une méthode d'ajout simple et facile, largement utilisée par la majorité des usines de granulation et de moulage par injection.
Date de publication : 26 octobre 2022