康阜新材料為您分析高分子材料的老化
- 發(fā)布時間：2019-08-12 08-12 16:46 作者：康阜新材料
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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)域有著越來越廣泛的應(yīng)用，然而,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，發(fā)生老化現(xiàn)象，從而部分喪失或喪失其使用價值。老化已成為一個亟需解決的問題，其實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)備過早失效、材料大量流失，不但在經(jīng)濟上受到很大損失，導(dǎo)致資源的浪費，甚至因材料的失效分解造成對環(huán)境的污染。
一．老化的簡介
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、加工或使用過程中，在熱、光、氧、臭氧、機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)，不僅材料表面會出現(xiàn)斑點、失光變色、產(chǎn)生裂紋等，而且材料的性能逐漸變差，會變軟發(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）
2.變硬變脆（大部分合成膠的老化，輪胎胎側(cè)、胎面）
3.變色及龜裂（臭氧老化及光氧老化，雨刷條）
4.發(fā)霉及粉化（潮濕環(huán)境，生物老化）
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：
（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)。
（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：
三．老化的機理
以聚丙烯PP為例，研究老化機理：
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:
2.鏈傳遞
自由基自動催化生成過氧化自由基和大分子過氧化物，過氧化物分解又產(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):
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):
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。
2.化學(xué)防護(hù)法
原理：通過化學(xué)反應(yīng)抑制老化反應(yīng)進(jìn)行。
五．結(jié)束語
隨著高分子材料應(yīng)用的深入，對它的耐老化性能要求越來越高，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，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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