Polimerinių medžiagų senėjimo tipai, senėjimo testai ir anti-senėjimo metodai
01 Dabartinė polimerinių medžiagų kūrimo padėtis
Polimerinės medžiagos dėl savo puikių savybių, tokių kaip lengvas svoris, didelis stiprumas, atsparumas temperatūrai ir atsparumas korozijai, dabar yra plačiai naudojamos daugelyje sričių, tokių kaip aukščiausios klasės gamyba, elektroninė informacija, transportavimas, pastatų energijos taupymas, aviacija ir nacionalinė gynybos ir karinės pramonės. suvaidino didžiulį vaidmenį.
Tai ne tik svarbi pagrindinė šalies ūkio šaka, bet ir pirmaujanti šalies pramonės šaka;
Tai ne tik strategiškai besiformuojanti naftos chemijos pramonės šaka, bet ir svarbi pagalbinė medžiaga besivystančioms strateginėms pramonės šakoms, tokioms kaip elektroninė informacija, aviacija, nacionalinė gynyba ir nauja energija;
Tai ne tik aukštas technologinis turinys ir didelė pridėtinė vertė, bet ir svarbi naftos chemijos pramonės pertvarkos ir modernizavimo kryptis.
Todėl polimerinės medžiagos visada buvo plėtros sritis, kuriai išsivysčiusios šalys ir tarptautinės įmonės teikia didelę reikšmę. Tai ne tik suteikia plačią rinkos erdvę naujų polimerinių medžiagų pramonei, bet ir kelia aukštesnius kokybės reikalavimus, patikimumo lygį ir palaikymo galimybes.
Todėl vis daugiau dėmesio sulaukia, kaip maksimaliai išnaudoti polimerinių medžiagų gaminių funkcijas, remiantis energijos taupymo, mažo anglies dioksido kiekio ir ekologinės plėtros principais. Senėjimas yra svarbus veiksnys, turintis įtakos polimerinių medžiagų patikimumui ir ilgaamžiškumui.
02 Polimerinių medžiagų senėjimo tipai
Apdorojant, laikant ir naudojant polimerines medžiagas dėl bendro vidinių ir išorinių veiksnių poveikio jų savybės palaipsniui blogėja ir ilgainiui praranda savo vartojamąją vertę. Šis reiškinys priklauso polimerinių medžiagų senėjimui.
Dėl to ne tik švaistomi ištekliai, bet net gali kilti didesnių nelaimingų atsitikimų dėl funkcinių sutrikimų, o senėjimo sukeltas medžiagų irimas taip pat gali teršti aplinką.
Dėl skirtingų polimerų tipų ir skirtingų naudojimo sąlygų jie turi skirtingus senėjimo reiškinius ir charakteristikas. Apskritai polimerinių medžiagų senėjimą galima suskirstyti į keturis pokyčių tipus:
1. Išvaizdos pokyčiai
Dėmių, dėmių, dryžių, įtrūkimų, žydėjimo, kreidėjimo, lipnumo, deformacijos, žuvies akių, raukšlių, susitraukimo, išdegimo, optinio iškraipymo ir optinės spalvos pokyčių atsiradimas.
2. Fizinių savybių pokyčiai
Įskaitant tirpumo, brinkimo, reologinių savybių, atsparumo šalčiui, atsparumo karščiui, vandens pralaidumo, oro pralaidumo ir kitų savybių pokyčius.
3. Mechaninių savybių pokyčiai
Tempimo stiprio, lenkimo stiprio, šlyties stiprio, smūgio stiprumo, santykinio pailgėjimo, įtempių atsipalaidavimo ir kitų savybių pokyčiai.
4. Elektrinių savybių pokyčiai
Tokie kaip paviršiaus atsparumo, tūrio varžos, dielektrinės konstantos, elektros skilimo stiprumo pokyčiai ir kt.
03 Veiksniai, sukeliantys polimerinių medžiagų senėjimą
1. Makro analizė
Kadangi perdirbant ir naudojant polimerus, juos veiks bendras aplinkos veiksnių, tokių kaip šiluma, deguonis, vanduo, šviesa, mikroorganizmai ir cheminės terpės, poveikis. Jų cheminė sudėtis ir struktūra pasikeis, atitinkamai pasikeis ir jų fizinės savybės. Pablogėjimas, pvz., kietumas, lipnumas, trapumas, spalvos pasikeitimas, stiprumo praradimas ir tt Šie pokyčiai ir reiškiniai vadinami senėjimu.
2. Mikroskopinė analizė
Didelės molekulinės masės polimerai, veikiami šilumos ar šviesos, sudarys sužadintos būsenos molekules. Kai energija yra pakankamai didelė, molekulinės grandinės nutrūks ir susidarys laisvieji radikalai. Laisvieji radikalai gali sudaryti grandinines reakcijas polimero viduje, toliau sukelti skaidymą ir gali sukelti kryžminį ryšį.
Jei aplinkoje yra deguonies arba ozono, bus sukelta daugybė oksidacijos reakcijų, kurios sudarys hidroperoksidus (ROOH), kurie toliau suskaidys į karbonilo grupes.
Jei polimere yra likutinio katalizatoriaus metalo jonų arba apdorojant ir naudojant metalo jonų, tokių kaip varis, geležis, manganas, kobaltas ir kt., polimero oksidacinė skilimo reakcija paspartės.
04 Senėjimo testas
Kuriant ar tobulinant naujas medžiagas, siekiant patikrinti jų tarnavimo laiką ar senėjimą stabdantį poveikį, būtina atlikti senėjimo testus. Įprasti senėjimo testai apima natūralų senėjimą ir laboratorinį pagreitintą senėjimą.
1.Natūralus senėjimas
Natūralus senėjimas reiškia, kad medžiagos mėginys tiesiogiai patenka į natūralią aplinką. Paprastai pavyzdys įrengiamas ant ekspozicijos stovo tam tikru kampu. Įprasti ekspozicijos kampai yra 5 laipsniai, 45 laipsniai ir 90 laipsnių. Atitinkami bandymų standartai apima ISO 877 Plastikai – saulės spindulių poveikio metodai; ISO2810 Dažai ir lakai. Natūralus dangų atsparumas oro sąlygoms. Poveikis ir įvertinimas; ASTMG7 standartinė nemetalinių medžiagų poveikio atmosferos aplinkos bandymų praktika ir kt.
Natūralaus senėjimo bandymo metodas yra paprastas ir nebrangus, tačiau jo bandymo ciklas yra per ilgas, o tai turi įtakos gaminio dizaino optimizavimo pažangai. Be to, kadangi tai yra natūrali aplinka ir klimato sąlygos negali būti kontroliuojamos, siekiant užtikrinti bandymo rezultatų atkartojamumą, bandymo vietos pasirinkimas yra ypač svarbus. 1931 m. JAV įkūrė natūralaus klimato lauką Pietų Floridoje, kuris yra standartinis karšto ir drėgno klimato laukas Jungtinėse Valstijose. Arizonos centre esanti bandymų vieta yra standartinė sauso karščio poveikio vieta. Mano šalies nacionalinio motorinių transporto priemonių gaminių kokybės priežiūros ir tikrinimo centro Turpano poveikio bandymų vieta taip pat yra tipiška sauso ir karšto klimato poveikio vieta. Aukščiausia temperatūra Turpano rajone nuo gegužės iki rugpjūčio viršija 40 laipsnių, ekstremali maksimali temperatūra yra 49,6 laipsnio, o vidutinis metinis kritulių kiekis siekia tik 8 mm. Poveikio lauke Qionghai mieste, Hainane, būdingos karšto ir drėgno klimato sąlygos. Vidutinė metinė temperatūra yra 27,4 laipsnio, o vidutinis metinis kritulių kiekis siekia 2134 mm.
2. Laboratorijoje pagreitintas senėjimas
Siekiant pagreitinti bandymų ciklą ir greičiau gauti duomenis apie senėjimą, laboratorijoje dažniausiai naudojami dirbtiniai šviesos šaltiniai, imituojantys saulės spinduliuotę, derinant skirtingas temperatūras, drėgmę ir lietaus sąlygas ir kt., galima imituoti įvairų natūralų klimatą.
1) Šviesos šaltinio pasirinkimas
Dažniausiai naudojami dirbtiniai šviesos šaltiniai yra ksenono lankinės lempos, metalo halogenų lempos ir ultravioletinės fluorescencinės lempos. UV fluorescencinės lempos gali labai gerai imituoti saulės šviesą vidutinės bangos UV ir trumpųjų bangų UV diapazonuose. Ksenoninės lankinės lempos ir metalo halogenų lempos gali labai gerai imituoti saulės šviesą visame spektre. Todėl bandymų kameros, kuriose kaip šviesos šaltiniai naudojamos ksenono lempos ir metalų halogenidų lempos, gali gerai imituoti saulės spinduliuotę, o senėjimo kameros, kuriose naudojamos fluorescencinės ultravioletinės lempos, nėra skirtos imituoti saulės šviesą, o tik imituoti saulės spindulių senėjimo poveikį. Be to, rinkoje yra senstančių dėžių, kuriose kaip šviesos šaltinis naudojamos anglies lankinės lempos. Tačiau anglies lanko spektras neturi geros koreliacijos su saulės šviesos spektru, o anglies lanko lempos bandymai yra naudojami dėl istorinių priežasčių.
2) Pagreitėjusio senėjimo aktualumas
Koreliacija reiškia nuoseklumo laipsnį tarp pagreitinto senėjimo laboratorijoje rezultatų ir medžiagos senėjimo rezultatų faktinėje naudojimo aplinkoje. Tik tada, kai yra aktualus pagreitinto senėjimo testas, jis gali iš tikrųjų atspindėti medžiagos atsparumą oro sąlygoms ir iš tikrųjų numatyti medžiagos tarnavimo laiką. Neprotingas pagreitintas testavimas sumažins testo aktualumą ir net praras prasmę.
3) Laboratorijų pagreitinto senėjimo raidos tendencija
Kaip minėta pradžioje, medžiagų senėjimą įtakojantys veiksniai yra saulės spinduliuotė, temperatūra, vanduo ir kiti veiksniai. Medžiagų senėjimas yra šių veiksnių bendro veikimo rezultatas, tačiau tai nėra paprastas įvairių veiksnių poveikio superpozicija. Taip pat reikia atsižvelgti į jų sinergiją. Todėl išsamesnis faktinės medžiagos naudojimo aplinkos modeliavimas gali duoti geresnių rezultatų. Pavyzdžiui, pagal ISO 20340 standartą bandymas pagrįstas 7 dienų ciklu. 1–3 dieną atliekamas UV testas su šviesos ir tamsos ciklu pagal ISO 11507. 4–6 dieną atliekamas druskos purškimo testas pagal ISO 9227. 7 dieną ({{9} } Žemos temperatūros ±2) laipsnių bandymas . Palyginti su tradiciniu atsparumo oro sąlygoms bandymu, jis integruoja daugiau senėjimą įtakojančių veiksnių ir labiau atitinka faktines medžiagos naudojimo sąlygas, todėl gali geriau atspindėti tikrąjį medžiagos senėjimą. Žinome, kad pelėsiai, ozono koncentracija ir kt. turi didelę įtaką plastikinių gaminių senėjimui. Kaip į bandymus integruoti daugiau senėjimo faktorių, bus viena iš pagreitinto senėjimo laboratorijose plėtros krypčių.
05 Polimerinių medžiagų senėjimo stabdymo metodai
Šiuo metu pagrindiniai metodai, skirti pagerinti ir sustiprinti polimerinių medžiagų anti-senėjimo savybes, yra šie:
1. Fizinė apsauga (pvz., storinimas, dažymas, išorinio sluoksnio sujungimas ir kt.)
Polimerinių medžiagų senėjimas, ypač fotodeguonies, pirmiausia prasideda nuo medžiagos ar gaminio paviršiaus, pasireiškiantis spalvos pakitimu, pudravimu, įtrūkimais, blizgesio praradimu ir pan., o vėliau palaipsniui prasiskverbia gilyn į vidų. Ploni gaminiai dažniau sugenda anksčiau nei stori gaminiai, todėl gaminio tarnavimo laiką galima pratęsti sutirštinant gaminį. Jei gaminiai linkę senti, ant paviršiaus galite užtepti gerai oro sąlygoms atsparios dangos sluoksnį arba ant išorinio gaminio sluoksnio sumaišyti gerą oro sąlygoms atsparios medžiagos sluoksnį, kad pritvirtintumėte apsauginį sluoksnį ant gaminio paviršiaus. produktas. Sulėtinti senėjimo procesą.
2. Tobulinti apdorojimo technologiją
Daugelis medžiagų taip pat turi senėjimo problemų sintezės ar paruošimo proceso metu. Pavyzdžiui, šilumos įtaka polimerizacijos metu, terminis deguonies senėjimas perdirbimo metu ir kt. Atitinkamai deguonies poveikį galima sumažinti pridedant deguonies šalinimo įrenginį arba vakuuminį įrenginį polimerizacijos ar apdorojimo metu. Tačiau šis metodas gali garantuoti tik medžiagos veikimą, kai ji išvežama iš gamyklos, o šis metodas gali būti įgyvendintas tik iš medžiagos paruošimo šaltinio ir negali išspręsti senėjimo problemos ją perdirbant ir naudojant.
3. Polimerinių medžiagų konstrukcijų projektavimas arba modifikavimas
Daugelyje polimerinių medžiagų yra grupių, kurių molekulinė struktūra yra labai jautri senėjimui. Todėl dėl medžiagos molekulinės struktūros dizaino pakeitus senti linkusias grupes grupėmis, kurios nėra linkusios senti, dažnai galima pasiekti gerų rezultatų. Arba funkcinės grupės ar struktūros, turinčios senėjimą stabdantį poveikį, gali būti įtrauktos į polimero grandinę skiepijant ar kopolimerizuojant, suteikiant pačiai medžiagai puikias senėjimą stabdančių funkcijų. Tai taip pat dažnai naudojamas mokslininkų metodas, tačiau kaina yra gana didelė. Didelio masto gamybos ir pritaikymo kol kas nepavyks pasiekti.
4. Įdėkite senėjimą stabdančių priedų
Šiuo metu efektyvus ir įprastas būdas pagerinti polimerinių medžiagų atsparumą senėjimui yra pridėti senėjimą stabdančių priedų, kurie plačiai naudojami dėl mažos kainos ir nepakeitimų esamuose gamybos procesuose. Yra du pagrindiniai būdai, kaip pridėti šiuos senėjimą stabdančius priedus:
Tiesioginio priedų pridėjimo būdas: tai yra, senėjimą stabdantis priedas (milteliai arba skystis) yra tiesiogiai sumaišomas ir maišomas su žaliavomis, tokiomis kaip derva, o po to išspaudžiamas granuliavimui arba liejimui ir tt Nes šis pridėjimo būdas yra paprastas ir lengvas. įgyvendinti, jis plačiai naudojamas daugelyje granuliavimo ir liejimo gamyklų.
Senėjimą stabdančio pagrindinio mišinio pridėjimo būdas: Gamintojai, turintys aukštesnius produkto kokybės ir kokybės stabilumo reikalavimus, dažniau naudoja senėjimą stabdančio pagrindinio mišinio įpylimo metodą gamybos metu. Pagrindinis prieš senėjimą stabdantis mišinys gaunamas kaip nešiklis naudojant tinkamą dervą, sumaišytą su įvairiais efektyviais senėjimą stabdančiais priedais, o po to koekstruduojamas ir granuliuojamas dviejų sraigčių ekstruderiu. Jo taikymo pranašumas yra anti-senėjimą stabdančių priedų naudojimas pagrindinio mišinio paruošimo procese. Pirma, pasiekiama išankstinė dispersija, o vėliau, apdorojant medžiagas, senėjimą stabdantys priedai yra antriškai išsklaidyti, taip pasiekiamas tikslas tolygiai paskirstyti priedus polimerinės medžiagos matricoje, o tai ne tik užtikrina medžiagos kokybės stabilumą. gaminį, bet ir Jis išvengia dulkių taršos gamybos metu, todėl gamyba tampa ekologiškesnė ir draugiškesnė aplinkai.