Полімерні матеріали зараз широко використовуються у високотехнологічному виробництві, електронній інформації, транспорті, енергозбереженні будівель, аерокосмічній галузі, національній обороні та багатьох інших галузях завдяки своїм чудовим властивостям, таким як мала вага, висока міцність, термостійкість та стійкість до корозії. Це не лише забезпечує широкий ринковий простір для нової галузі полімерних матеріалів, але й висуває вищі вимоги до їх якості, рівня надійності та гарантійних можливостей.
Тому питання максимального використання функціональності полімерних матеріалів відповідно до принципів енергозбереження, низьковуглецевого та екологічного розвитку привертає все більше уваги. А старіння є важливим фактором, що впливає на надійність та довговічність полімерних матеріалів.
Далі ми розглянемо, що таке старіння полімерних матеріалів, типи старіння, фактори, що викликають старіння, основні методи боротьби зі старінням та п'ять загальних видів пластмас.
A. Старіння пластику
Структурні характеристики та фізичний стан самих полімерних матеріалів, а також зовнішні фактори, такі як тепло, світло, тепловий кисень, озон, вода, кислоти, луги, бактерії та ферменти, в процесі використання, роблять їх схильними до погіршення або втрати експлуатаційних характеристик у процесі застосування.
Це не лише призводить до марнування ресурсів і навіть може спричинити більші аварії через його функціональні збої, але й розкладання матеріалу, спричинене його старінням, також може забруднити навколишнє середовище.
Старіння полімерних матеріалів у процесі використання з більшою ймовірністю може призвести до великих катастроф та непоправних збитків.
Таким чином, боротьба зі старінням полімерних матеріалів стала проблемою, яку має вирішити полімерна промисловість.
B. Типи старіння полімерних матеріалів
Існують різні явища та характеристики старіння через різні види полімерів та різні умови використання. Загалом, старіння полімерних матеріалів можна розділити на наступні чотири типи змін.
01 Зміни зовнішності
Плями, цятки, срібні лінії, тріщини, глазур, крейдяний наліт, липкість, деформація, ефект «риб'ячого ока», зморшки, усадка, підгоряння, оптичні спотворення та оптичні зміни кольору.
02 Зміни фізичних властивостей
Включаючи розчинність, набухання, реологічні властивості та зміни холодостійкості, термостійкості, водопроникності, повітропроникності та інших властивостей.
03 Зміни механічних властивостей
Зміни міцності на розтяг, міцності на вигин, міцності на зсув, ударної в'язкості, відносного видовження, релаксації напружень та інших властивостей.
04 Зміни електричних властивостей
Такі як поверхневий опір, об'ємний опір, діелектрична проникність, електрична пробійна міцність та інші зміни.
C. Мікроскопічний аналіз старіння полімерних матеріалів
Полімери утворюють збуджені стани молекул у присутності тепла або світла, і коли енергія достатньо висока, молекулярні ланцюги розриваються, утворюючи вільні радикали, які можуть утворювати ланцюгові реакції всередині полімеру та продовжувати ініціювати деградацію, а також можуть спричиняти зшивання.
Якщо в навколишньому середовищі присутній кисень або озон, також індукується серія реакцій окислення, що утворюють гідропероксиди (ROOH) та далі розкладаються на карбонільні групи.
Якщо в полімері присутні залишкові іони металів каталізатора, або якщо іони металів, такі як мідь, залізо, марганець та кобальт, вносяться під час обробки або використання, реакція окислювальної деградації полімеру прискорюється.
D. Основний метод покращення антивікової ефективності
Наразі існує чотири основні методи покращення та підвищення антивікових властивостей полімерних матеріалів, а саме:
01 Фізичний захист (потовщення, фарбування, компаунд зовнішнього шару тощо)
Старіння полімерних матеріалів, особливо фотоокислювальне старіння, починається з поверхні матеріалів або виробів, що проявляється у вигляді зміни кольору, крейдяння, розтріскування, зменшення блиску тощо, а потім поступово проникає всередину. Тонкі вироби частіше виходять з ладу раніше, ніж товсті, тому термін служби виробів можна подовжити, потовщуючи їх.
Для виробів, схильних до старіння, на поверхню можна нанести або покрити шар атмосферостійкого покриття, або ж на зовнішній шар виробів можна нанести шар атмосферостійкого матеріалу, щоб на поверхню виробів можна було прикріпити захисний шар для уповільнення процесу старіння.
02 Удосконалення технології обробки
У багатьох матеріалах у процесі синтезу або приготування також існує проблема старіння. Наприклад, вплив тепла під час полімеризації, термічне та кисневе старіння під час обробки тощо. Відповідно, вплив кисню можна уповільнити, додавши деаератор або вакуумний пристрій під час полімеризації або обробки.
Однак цей метод може гарантувати експлуатаційні характеристики матеріалу лише на заводі, і цей метод може бути реалізований лише з джерела підготовки матеріалу, і не може вирішити проблему його старіння під час переробки та використання.
03 Структурне проектування або модифікація матеріалів
Багато макромолекулярних матеріалів мають групи старіння в молекулярній структурі, тому завдяки розробці молекулярної структури матеріалу заміна груп старіння на групи, що не старіють, часто може мати позитивний ефект.
04 Додавання добавок проти старіння
Наразі ефективним та поширеним методом покращення стійкості полімерних матеріалів до старіння є додавання антивікових добавок, які широко використовуються завдяки низькій вартості та відсутності необхідності змінювати існуючий виробничий процес. Існує два основних способи додавання цих антивікових добавок.
Антивікові добавки (порошок або рідина) та смола та інші сировинні матеріали безпосередньо змішуються та перемішуються після екструзійного гранулювання або лиття під тиском тощо. Це простий та легкий спосіб додавання, який широко використовується більшістю грануляторів та ливарних заводів.
Час публікації: 26 жовтня 2022 р.