Materiały polimerowe są obecnie szeroko stosowane w produkcji zaawansowanej, elektronice informacyjnej, transporcie, energooszczędnych budynkach, lotnictwie i kosmonautyce, obronie narodowej i wielu innych dziedzinach ze względu na ich doskonałe właściwości, takie jak lekkość, wysoka wytrzymałość, odporność na temperaturę i korozję. To nie tylko otwiera szeroką przestrzeń rynkową dla branży nowych materiałów polimerowych, ale także stawia wyższe wymagania dotyczące jakości, niezawodności i gwarancji.
W związku z tym coraz większą uwagę zwraca się na maksymalizację funkcjonalności produktów polimerowych, zgodnie z zasadami oszczędzania energii, niskiej emisji dwutlenku węgla i ekologicznego rozwoju. Starzenie się jest istotnym czynnikiem wpływającym na niezawodność i trwałość materiałów polimerowych.
Następnie przyjrzymy się, czym jest starzenie się materiałów polimerowych, typom starzenia, czynnikom powodującym starzenie, głównym metodom przeciwdziałania starzeniu i przeciwdziałaniu starzeniu pięciu ogólnych rodzajów tworzyw sztucznych.
A. Starzenie się tworzyw sztucznych
Strukturalne cechy i stan fizyczny samych materiałów polimerowych oraz czynniki zewnętrzne, takie jak ciepło, światło, tlen termiczny, ozon, woda, kwasy, zasady, bakterie i enzymy występujące w procesie użytkowania, sprawiają, że są one podatne na pogorszenie lub utratę właściwości podczas stosowania.
Powoduje to nie tylko marnotrawstwo zasobów, a nawet może być przyczyną poważniejszych wypadków ze względu na awarie funkcjonalne; ponadto rozkład materiału spowodowany jego starzeniem może również zanieczyścić środowisko.
Starzenie się materiałów polimerowych w trakcie użytkowania jest bardziej prawdopodobne, że spowoduje duże katastrofy i nieodwracalne straty.
Dlatego też przeciwdziałanie starzeniu się materiałów polimerowych stało się problemem, który musi rozwiązać przemysł polimerowy.
B. Rodzaje starzenia się materiałów polimerowych
Ze względu na różne gatunki polimerów i warunki użytkowania, zjawiska i charakterystyki starzenia się materiałów polimerowych różnią się. Ogólnie rzecz biorąc, starzenie się materiałów polimerowych można podzielić na cztery następujące typy zmian.
01 Zmiany w wyglądzie
Plamy, kropki, srebrne linie, pęknięcia, szron, kredowanie, lepkość, odkształcenia, rybie oczy, marszczenie, kurczenie się, przypalenie, zniekształcenia optyczne i optyczne zmiany koloru.
02 Zmiany właściwości fizycznych
W tym rozpuszczalność, pęcznienie, właściwości reologiczne oraz zmiany odporności na zimno, odporności na ciepło, przepuszczalności wody, przepuszczalności powietrza i innych właściwości.
03 Zmiany właściwości mechanicznych
Zmiany wytrzymałości na rozciąganie, wytrzymałości na zginanie, wytrzymałości na ścinanie, udarności, wydłużenia względnego, relaksacji naprężeń i innych właściwości.
04 Zmiany właściwości elektrycznych
Takie jak rezystancja powierzchniowa, rezystancja objętościowa, stała dielektryczna, wytrzymałość na przebicie elektryczne i inne zmiany.
C. Analiza mikroskopowa starzenia się materiałów polimerowych
Pod wpływem ciepła lub światła polimery tworzą stany wzbudzone cząsteczek, a gdy energia jest wystarczająco wysoka, łańcuchy cząsteczkowe pękają, tworząc wolne rodniki, które mogą powodować reakcje łańcuchowe w polimerze, inicjując degradację i mogąc również powodować sieciowanie.
Jeśli w środowisku obecny jest tlen lub ozon, wywoływany jest także szereg reakcji utleniania, w wyniku których powstają wodoronadtlenki (ROOH), które następnie rozkładają się na grupy karbonylowe.
Jeżeli w polimerze obecne są resztkowe jony metali katalizatora lub jeżeli w trakcie przetwarzania lub użytkowania wprowadzone zostaną jony metali, takich jak miedź, żelazo, mangan i kobalt, reakcja degradacji oksydacyjnej polimeru ulegnie przyspieszeniu.
D. Główna metoda poprawy działania przeciwstarzeniowego
Obecnie stosuje się cztery główne metody poprawy i zwiększenia właściwości przeciwstarzeniowych materiałów polimerowych.
01 Ochrona fizyczna (zagęszczanie, malowanie, warstwa zewnętrzna itp.)
Starzenie się materiałów polimerowych, zwłaszcza fotooksydacyjne, rozpoczyna się od powierzchni materiałów lub produktów, co objawia się przebarwieniami, kredowaniem, pękaniem, utratą połysku itp., a następnie stopniowo postępuje w głąb. Cienkie produkty są bardziej narażone na szybsze uszkodzenia niż grube, dlatego żywotność produktów można wydłużyć poprzez ich zagęszczenie.
W przypadku produktów podatnych na starzenie się, na powierzchnię można nałożyć warstwę powłoki odpornej na warunki atmosferyczne lub nałożyć warstwę materiału odpornego na warunki atmosferyczne na zewnętrzną warstwę produktu, tak aby na powierzchni produktu mogła zostać przymocowana warstwa ochronna, która spowolni proces starzenia.
02 Ulepszanie technologii przetwarzania
W procesie syntezy lub przygotowania wielu materiałów występuje również problem starzenia. Na przykład, wpływ ciepła podczas polimeryzacji, starzenie termiczne i tlenowe podczas przetwarzania itp. W związku z tym, wpływ tlenu można spowolnić poprzez dodanie urządzenia odpowietrzającego lub próżniowego podczas polimeryzacji lub przetwarzania.
Jednakże metoda ta gwarantuje jedynie parametry materiału w fabryce i można ją wdrożyć wyłącznie u źródła przygotowania materiału; nie rozwiązuje ona natomiast problemu starzenia się materiału podczas ponownego przetwarzania i użytkowania.
03 Projektowanie konstrukcyjne lub modyfikacja materiałów
Wiele materiałów makrocząsteczkowych ma grupy starzejące się w strukturze molekularnej, dlatego też poprzez zaprojektowanie struktury molekularnej materiału i zastąpienie grup starzejących się grupami niestarzejącymi się, można często uzyskać dobry efekt.
04 Dodawanie dodatków przeciwstarzeniowych
Obecnie skutecznym i powszechnym sposobem poprawy odporności na starzenie materiałów polimerowych jest dodawanie dodatków przeciwstarzeniowych, które są powszechnie stosowane ze względu na niski koszt i brak konieczności modyfikacji istniejącego procesu produkcyjnego. Istnieją dwa główne sposoby dodawania tych dodatków przeciwstarzeniowych.
Dodatki przeciwstarzeniowe (proszek lub płyn) oraz żywica i inne surowce są bezpośrednio mieszane i mieszane po wytłaczaniu, granulacji lub formowaniu wtryskowym itd. Jest to prosty i łatwy sposób dodawania, który jest szeroko stosowany w większości zakładów peletyzujących i formowania wtryskowego.
Czas publikacji: 26 października 2022 r.