Polymeermaterialen worden tegenwoordig veelvuldig gebruikt in hoogwaardige productie, elektronische informatie, transport, energiebesparing in gebouwen, lucht- en ruimtevaart, nationale defensie en vele andere sectoren vanwege hun uitstekende eigenschappen zoals lichtgewicht, hoge sterkte, temperatuurbestendigheid en corrosiebestendigheid. Dit biedt niet alleen een brede markt voor de nieuwe polymeermaterialenindustrie, maar stelt ook hogere eisen aan de kwaliteit, betrouwbaarheid en garantiemogelijkheden.
Daarom krijgt het optimaliseren van de functionaliteit van polymeerproducten, in lijn met de principes van energiebesparing, koolstofarme en ecologische ontwikkeling, steeds meer aandacht. Veroudering is een belangrijke factor die de betrouwbaarheid en duurzaamheid van polymeermaterialen beïnvloedt.
Vervolgens kijken we naar de veroudering van polymeermaterialen, de soorten veroudering, de factoren die veroudering veroorzaken, de belangrijkste methoden om veroudering tegen te gaan en de veroudering van vijf algemene kunststoffen.
A. Plastiekveroudering
De structurele eigenschappen en de fysieke toestand van polymeermaterialen zelf en hun externe factoren zoals warmte, licht, thermische zuurstof, ozon, water, zuur, base, bacteriën en enzymen tijdens het gebruiksproces zorgen ervoor dat de prestaties ervan tijdens het toepassingsproces kunnen afnemen of verloren gaan.
Dit leidt niet alleen tot verspilling van hulpbronnen en kan zelfs leiden tot grotere ongelukken door functionele storingen. Bovendien kan de ontbinding van het materiaal door veroudering het milieu vervuilen.
De veroudering van polymeermaterialen tijdens het gebruik kan leiden tot grotere rampen en onherstelbare verliezen.
Daarom is het tegengaan van veroudering van polymeermaterialen een probleem geworden dat de polymeerindustrie moet oplossen.
B. Soorten veroudering van polymeermaterialen
Er zijn verschillende verouderingsverschijnselen en -kenmerken, afhankelijk van verschillende polymeersoorten en gebruiksomstandigheden. Over het algemeen kan de veroudering van polymeermaterialen worden onderverdeeld in de volgende vier soorten veranderingen.
01 Veranderingen in uiterlijk
Vlekken, plekken, zilveren lijnen, scheuren, vorst, krijtvorming, plakkerigheid, kromtrekken, visogen, rimpels, krimpen, schroeien, optische vervorming en optische kleurveranderingen.
02 Veranderingen in fysieke eigenschappen
Inclusief oplosbaarheid, zwelling, reologische eigenschappen en veranderingen in koudebestendigheid, hittebestendigheid, waterdoorlaatbaarheid, luchtdoorlaatbaarheid en andere eigenschappen.
03 Veranderingen in mechanische eigenschappen
Veranderingen in treksterkte, buigsterkte, schuifsterkte, slagsterkte, relatieve rek, spanningsrelaxatie en andere eigenschappen.
04 Veranderingen in elektrische eigenschappen
Zoals oppervlakteweerstand, volumeweerstand, diëlektrische constante, elektrische doorslagsterkte en andere veranderingen.
C. Microscopische analyse van veroudering van polymeermaterialen
Polymeren vormen geëxciteerde toestanden van moleculen in de aanwezigheid van hitte of licht. Wanneer de energie hoog genoeg is, breken de moleculaire ketens en vormen vrije radicalen, die kettingreacties in het polymeer kunnen veroorzaken en degradatie kunnen blijven initiëren. Ook kunnen ze crosslinking veroorzaken.
Als er zuurstof of ozon in de omgeving aanwezig is, vindt er ook een reeks oxidatiereacties plaats, waarbij hydroperoxiden (ROOH) worden gevormd en deze verder ontbinden in carbonylgroepen.
Als er nog restmetaalionen van de katalysator in het polymeer aanwezig zijn, of als er tijdens de verwerking of het gebruik metaalionen zoals koper, ijzer, mangaan en kobalt aan het polymeer worden toegevoegd, zal de oxidatieve afbraakreactie van het polymeer worden versneld.
D. De belangrijkste methode om de anti-verouderingsprestaties te verbeteren
Momenteel zijn er vier hoofdmethoden om de anti-verouderingsprestaties van polymeermaterialen te verbeteren en te versterken, namelijk:
01 Fysieke bescherming (verdikking, verven, buitenlaagverbinding, enz.)
De veroudering van polymeermaterialen, met name foto-oxidatieve veroudering, begint aan het oppervlak van het materiaal of product, wat zich manifesteert als verkleuring, verkrijting, barsten, glansvermindering, enz., en gaat vervolgens geleidelijk dieper naar binnen. Dunne producten zullen eerder falen dan dikke producten, dus de levensduur van de producten kan worden verlengd door ze dikker te maken.
Bij producten die gevoelig zijn voor veroudering, kan een laag weerbestendige coating op het oppervlak worden aangebracht of gecoat. Ook kan een laag weerbestendig materiaal op de buitenste laag van het product worden aangebracht, zodat er een beschermlaag op het oppervlak van het product kan worden aangebracht om het verouderingsproces te vertragen.
02 Verbetering van de verwerkingstechnologie
Bij veel materialen is er tijdens het synthese- of bereidingsproces ook sprake van veroudering. Denk bijvoorbeeld aan de invloed van warmte tijdens de polymerisatie, thermische en zuurstofveroudering tijdens de verwerking, enz. De invloed van zuurstof kan dan worden vertraagd door een ontluchtings- of vacuümapparaat toe te voegen tijdens de polymerisatie of verwerking.
Deze methode kan echter alleen de prestaties van het materiaal in de fabriek garanderen en kan bovendien alleen worden toegepast bij de voorbereiding van het materiaal. Het kan het verouderingsprobleem tijdens de herverwerking en het gebruik niet oplossen.
03 Structureel ontwerp of aanpassing van materialen
Veel macromoleculaire materialen hebben verouderingsgroepen in de moleculaire structuur. Door het ontwerp van de moleculaire structuur van het materiaal kan het vervangen van de verouderingsgroepen door de niet-verouderingsgroepen vaak een goed effect hebben.
04 Het toevoegen van anti-aging additieven
De meest effectieve en gangbare methode om de verouderingsbestendigheid van polymeermaterialen te verbeteren, is momenteel het toevoegen van antiverouderingsadditieven. Deze worden veel gebruikt vanwege de lage kosten en de noodzaak om het bestaande productieproces aan te passen. Er zijn twee belangrijke manieren om deze antiverouderingsadditieven toe te voegen.
De anti-verouderingsadditieven (poeder of vloeistof) en hars en andere grondstoffen worden direct gemengd en gemengd na extrusie, granulatie of spuitgieten, enz. Dit is een eenvoudige en gemakkelijke manier van toevoegen, die op grote schaal wordt gebruikt door de meeste pelletiseer- en spuitgietinstallaties.
Plaatsingstijd: 26-10-2022