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康阜新材料為您分析高分子材料的老化

發(fā)布時(shí)間:2019-08-12 08-12 16:46 作者:康阜新材料

當(dāng)今,高分子材料已在航空、汽車、船艦、基礎(chǔ)構(gòu)建、軍用品等不同領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,然而,高分子材料在加工、貯存和使用過(guò)程中,在光、熱、水、化學(xué)與生物侵蝕等內(nèi)外因素的綜合作用下,發(fā)生老化現(xiàn)象,從而部分喪失或喪失其使用價(jià)值。老化已成為一個(gè)亟需解決的問(wèn)題,其實(shí)際造成的危害非常嚴(yán)重,尤其是在苛刻環(huán)境條件下,常導(dǎo)致設(shè)備過(guò)早失效、材料大量流失,不但在經(jīng)濟(jì)上受到很大損失,導(dǎo)致資源的浪費(fèi),甚至因材料的失效分解造成對(duì)環(huán)境的污染。


一.老化的簡(jiǎn)介

高分子材料,尤其是含有大量不飽和C=C雙鍵的橡膠及橡膠制品,在貯存、加工或使用過(guò)程中,在熱、光、氧、臭氧、機(jī)械力或重金屬離子等外在環(huán)境因素的影響和作用下,引起分子鏈的降解或交聯(lián),不僅材料表面會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)、失光變色、產(chǎn)生裂紋等,而且材料的性能逐漸變差,會(huì)變軟發(fā)黏或變硬發(fā)脆,這種現(xiàn)象稱為高分子材料的老化。

老化通常有以下四種現(xiàn)象,分別為:

1.變軟發(fā)粘(天然橡膠老化,橡皮筋、乳膠管、乳膠手套)  

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2.變硬變脆(大部分合成膠的老化,輪胎胎側(cè)、胎面)  

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3.變色及龜裂(臭氧老化及光氧老化,雨刷條)

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4.發(fā)霉及粉化(潮濕環(huán)境,生物老化)

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二.老化的原因

老化的原因有很多,通常分為內(nèi)在原因和外部原因。

1.內(nèi)在原因,即為決定因素,分為以下幾點(diǎn):

(1)鏈節(jié)結(jié)構(gòu):橡膠的基本結(jié)構(gòu)如天然橡膠的單元異戊二烯,存在雙鍵及活潑氫原子,所以易參與反應(yīng)。

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(2)分子鏈結(jié)構(gòu):

大分子鏈的弱鍵、薄弱環(huán)節(jié)越多越易老化;

不飽和碳鏈高分子比飽和碳鏈高分子更容易發(fā)生老化;

支化的大分子比線型的大分子更容易氧化。



(3)硫化膠交聯(lián)結(jié)構(gòu):交聯(lián)鍵有-S-、-S2-、-SX-、-C-C-

交聯(lián)鍵結(jié)構(gòu)不同,硫化膠耐老化性不同。


(4)高分子材料配合組分及雜質(zhì):

材料中常存在變價(jià)金屬,如Cu、Fe、Co、Ni 等。




2.外在原因,即為誘導(dǎo)因素,可作以下圖表示意:

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三.老化的機(jī)理

以聚丙烯PP為例,研究老化機(jī)理:

1.鏈引發(fā)

聚丙烯結(jié)構(gòu)中的叔碳原子在光、熱和氧的作用下極易生成自由基:

a01.



2.鏈傳遞

自由基自動(dòng)催化生成過(guò)氧化自由基和大分子過(guò)氧化物,過(guò)氧化物分解又產(chǎn)生自由基,自由基又可和聚合物反應(yīng),使自由基不斷傳遞,反應(yīng)延續(xù):

a02.



3.鏈終止

自由基相互結(jié)合生成穩(wěn)定的產(chǎn)物,終止鏈反應(yīng):

a03.



四.老化的防護(hù)措施

高分子材料的防護(hù)措施可以從兩方面考慮,分別為物理防護(hù)法和化學(xué)防護(hù)法。

1.物理防護(hù)法

原理:盡量避免高分子材料與外界老化因素接觸。

a04.


2.化學(xué)防護(hù)法

原理:通過(guò)化學(xué)反應(yīng)抑制老化反應(yīng)進(jìn)行。


a05.


五.結(jié)束語(yǔ)

隨著高分子材料應(yīng)用的深入,對(duì)它的耐老化性能要求越來(lái)越高,而高分子材料耐老化性能的影響因素很多,需要從自身結(jié)構(gòu)及外部環(huán)境進(jìn)行綜合考慮,有選擇性的添加助劑的同時(shí),也要合理地選擇加工方式,最大限度的提高耐老化性能。





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