Полимерные материалы широко используются в высокотехнологичном производстве, электронной информации, транспорте, энергосбережении в зданиях, аэрокосмической промышленности, национальной обороне и многих других областях благодаря своим превосходным свойствам, таким как лёгкость, высокая прочность, термостойкость и коррозионная стойкость. Это не только открывает широкий рынок для новой отрасли полимерных материалов, но и предъявляет более высокие требования к их качеству, надёжности и гарантийным обязательствам.
Поэтому всё больше внимания уделяется максимальному использованию функциональных возможностей изделий из полимерных материалов в соответствии с принципами энергосбережения, снижения выбросов углерода и экологичности. Старение является важным фактором, влияющим на надёжность и долговечность полимерных материалов.
Далее мы рассмотрим, что такое старение полимерных материалов, типы старения, факторы, вызывающие старение, основные методы борьбы со старением и борьбу со старением пяти основных видов пластмасс.
А. Старение пластика
Структурные характеристики и физическое состояние самих полимерных материалов, а также внешние факторы, такие как тепло, свет, тепловой кислород, озон, вода, кислота, щелочь, бактерии и ферменты в процессе использования, делают их подверженными ухудшению эксплуатационных характеристик или потере в процессе применения.
Это не только приводит к пустой трате ресурсов и может даже стать причиной более серьезных аварий из-за функционального сбоя, но и разложение материала, вызванное его старением, может также загрязнять окружающую среду.
Старение полимерных материалов в процессе эксплуатации с большой вероятностью может привести к крупным катастрофам и невосполнимым потерям.
Таким образом, борьба со старением полимерных материалов стала проблемой, которую приходится решать полимерной промышленности.
Б. Типы старения полимерных материалов
Явления и характеристики старения различаются в зависимости от вида полимера и условий эксплуатации. В целом, старение полимерных материалов можно разделить на следующие четыре типа изменений.
01 Изменения внешнего вида
Пятна, точки, серебристые линии, трещины, иней, меление, липкость, деформация, «рыбий глаз», сморщивание, усадка, обгорание, оптические искажения и оптические изменения цвета.
02 Изменения физических свойств
Включая растворимость, набухание, реологические свойства и изменения морозостойкости, термостойкости, водопроницаемости, воздухопроницаемости и других свойств.
03 Изменения механических свойств
Изменения прочности на растяжение, изгиб, сдвиг, ударную вязкость, относительное удлинение, релаксацию напряжений и другие свойства.
04 Изменения электрических свойств
Такие как поверхностное сопротивление, объемное сопротивление, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность и другие изменения.
C. Микроскопический анализ старения полимерных материалов
Под воздействием тепла или света полимеры образуют возбужденные состояния молекул, и когда энергия достаточно высока, молекулярные цепи разрываются, образуя свободные радикалы, которые могут формировать цепные реакции внутри полимера и продолжать инициировать деградацию, а также могут вызывать образование поперечных связей.
Если в окружающей среде присутствует кислород или озон, также запускается ряд окислительных реакций с образованием гидропероксидов (ROOH) и их дальнейшим разложением на карбонильные группы.
Если в полимере присутствуют остаточные ионы металла-катализатора или если в процессе переработки или использования в него попадают ионы таких металлов, как медь, железо, марганец и кобальт, реакция окислительной деградации полимера ускорится.
D. Основной метод улучшения антивозрастных свойств
В настоящее время существует четыре основных метода улучшения и повышения стойкости полимерных материалов к старению:
01 Физическая защита (утолщение, покраска, компаундирование внешнего слоя и т. д.)
Старение полимерных материалов, особенно фотоокислительное, начинается с поверхности материалов или изделий, проявляясь в виде изменения цвета, меления, растрескивания, снижения блеска и т. д., а затем постепенно проникает глубже. Тонкие изделия чаще выходят из строя раньше, чем толстые, поэтому срок их службы можно продлить, утолщая их.
Для изделий, подверженных старению, на поверхность можно нанести слой атмосферостойкого покрытия или нанести слой атмосферостойкого материала на наружный слой изделий, таким образом, чтобы на поверхность изделий можно было нанести защитный слой, замедляющий процесс старения.
02 Совершенствование технологии обработки
Многие материалы в процессе синтеза или получения сталкиваются с проблемой старения. Например, воздействие тепла при полимеризации, термическое и кислородное старение при переработке и т.д. Соответственно, воздействие кислорода можно замедлить, добавив деаэрирующее или вакуумное устройство в процессе полимеризации или переработки.
Однако этот метод может гарантировать эксплуатационные характеристики материала только на заводе, и этот метод может быть реализован только на этапе подготовки материала и не может решить проблему его старения в процессе переработки и использования.
03 Проектирование конструкций или модификация материалов
Многие макромолекулярные материалы имеют в молекулярной структуре группы старения, поэтому посредством проектирования молекулярной структуры материала замена групп старения на группы, не подвергающиеся старению, часто может дать хороший эффект.
04 Добавление антивозрастных добавок
В настоящее время эффективным и распространённым способом повышения стойкости полимерных материалов к старению является добавление антистареющих присадок, которые широко применяются благодаря низкой стоимости и отсутствию необходимости изменения существующего производственного процесса. Существует два основных способа добавления антистареющих присадок.
Антивозрастные добавки (порошкообразные или жидкие) и смолы, а также другие сырьевые материалы непосредственно смешиваются и перемешиваются после экструзионной грануляции или литья под давлением и т. д. Это простой и удобный способ добавления, который широко используется большинством предприятий по гранулированию и литью под давлением.
Время публикации: 26 октября 2022 г.