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材料老化的原因與預(yù)防措施

作者:如影隨風(fēng) 時(shí)間:2022-10-27 來源:互聯(lián)網(wǎng)

高分子材料在加工、貯存和使用過程中,在光、熱、水、化學(xué)與生物侵蝕等內(nèi)外因素的綜合作用下會(huì)發(fā)生老化降解,導(dǎo)致性能下降。知己知彼才能百戰(zhàn)不殆,因此,了解高分子老化因素,對(duì)癥下藥非常重要。

1.內(nèi)在因素

1聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)

聚合物發(fā)生老化與本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系,化學(xué)結(jié)構(gòu)的弱鍵部位容易受到外界因素的影響發(fā)生斷裂成為自由基。這種自由基是引發(fā)自由基反應(yīng)的起始點(diǎn)。

2物理形態(tài)

聚合物的分子鍵有些是有序排列的,有些是無序的。有序排列的分子鍵可形成結(jié)晶區(qū),無序排列的分子鍵為非晶區(qū),很多聚合物的形態(tài)并不是均勻的,而是半結(jié)晶狀態(tài),既有晶區(qū)也有非晶區(qū),老化反應(yīng)**從非晶區(qū)開始。

3立體歸整性

聚合物的立體歸整性與它的結(jié)晶度有密切關(guān)系。一般情況下規(guī)整的聚合物比無規(guī)聚合物耐老化性能好。

4相對(duì)分子質(zhì)量及其分布

一般情況下聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量與老化關(guān)系不大,而相對(duì)分子質(zhì)量的分布對(duì)聚合物的老化性能影響很大,分布越寬越容易老化,因?yàn)橄鄬?duì)分子質(zhì)量分布越寬端基越多,越容易引起老化反應(yīng)。

5微量金屬雜質(zhì)和其他雜質(zhì)

高分子材料在加工時(shí),要和金屬接觸,有可能混入微量金屬雜質(zhì),或在聚合時(shí)殘留一些金屬催化劑,這些都會(huì)起到自動(dòng)氧化(即老化)的引發(fā)作用。

2. 外在因素

1溫度的影響

溫度升高,高分子鏈的運(yùn)動(dòng)加劇,一旦超過化學(xué)鍵的離解能,就會(huì)引起高分子鏈的熱降解或基團(tuán)脫落;溫度降低,往往會(huì)影響材料的力學(xué)性能。

橡膠屬于高度交聯(lián)的、非晶聚合物,使用環(huán)境應(yīng)保證其處于高彈態(tài)下,使用溫度須高于玻璃化溫度、低于黏流溫度及分解溫度;纖維是高度結(jié)晶的高分子材料,要求使用溫度遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)Tm,以便于熨燙。

在*寒地區(qū),溫度對(duì)于塑料及橡膠制品的性能影響*大。對(duì)于結(jié)晶型塑料,如果環(huán)境溫度低于材料的玻璃化溫度,會(huì)使高分子鏈段的自由運(yùn)動(dòng)受到阻礙,表現(xiàn)為塑料變脆、變硬而易折斷;寒冷環(huán)境對(duì)于非晶塑料的影響不大。

對(duì)于橡膠制品,溫度低于玻璃化溫度時(shí)的表現(xiàn)與結(jié)晶型塑料相似,喪失了橡膠應(yīng)有的性能。寒冷環(huán)境對(duì)于纖維材料的物理性能沒有影響。

2濕度的影響

濕度對(duì)高分子材料的影響可歸結(jié)于水分對(duì)材料的溶脹及溶解作用,使維持高分子材料聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的分子間作用力改變,從而破壞了材料的聚集狀態(tài)。尤其對(duì)于非交聯(lián)的非晶聚合物,濕度的影響*其明顯,會(huì)使高分子材料發(fā)生溶脹甚至聚集態(tài)解體,從而使材料的性能受到損壞;對(duì)于結(jié)晶形態(tài)的塑料或纖維,由于存在水分滲透限制,濕度的影響不是很明顯。

3氧氣的影響

氧是引起高分子材料老化的主要因素,由于氧的滲透性,結(jié)晶型聚合物較無定型聚合物耐氧化。氧**進(jìn)攻高分子主鏈上的薄弱環(huán)節(jié),如雙鍵、羥基、叔碳原子上的氫等基團(tuán)或原子,形成高分子過氧自由基或過氧化物,然后在此部位引起主鏈的斷裂。

嚴(yán)重時(shí),聚合物相對(duì)分子質(zhì)量顯著下降,玻璃化溫度降低,從而使聚合物變黏,在某些易分解為自由基的引發(fā)劑或過渡金屬元素存在下,有加劇氧化反應(yīng)的趨勢。

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