Aldringstyper, aldringstester og antialdringsmetoder av polymermaterialer
01 Nåværende status for utvikling av polymermaterialer
Polymermaterialer, på grunn av deres utmerkede egenskaper som lett vekt, høy styrke, temperaturbestandighet og korrosjonsmotstand, er nå mye brukt i mange felt som avansert produksjon, elektronisk informasjon, transport, energisparing i bygninger, romfart og nasjonalt forsvars- og militærindustri. spilte en stor rolle.
Det er ikke bare en viktig grunnleggende industri i den nasjonale økonomien, men også en ledende industri i landet;
Det er ikke bare en strategisk fremvoksende industri i den petrokjemiske industrien, men også et viktig støttemateriale for strategiske fremvoksende industrier som elektronisk informasjon, romfart, nasjonalt forsvar og ny energi;
Ikke bare har det høyt teknologisk innhold og høy merverdi, det er også en viktig retning for transformasjon og oppgradering av den petrokjemiske industrien.
Derfor har polymermaterialer alltid vært et utviklingsområde som utviklede land og multinasjonale selskaper legger stor vekt på. Dette gir ikke bare et bredt markedsplass for den nye polymermaterialindustrien, men stiller også høyere krav til kvalitetsytelse, pålitelighetsnivå og støttefunksjoner.
Derfor har hvordan man maksimerer funksjonene til polymermaterialeprodukter basert på prinsippene om energisparing, lavkarbon og økologisk utvikling tiltrukket seg mer og mer oppmerksomhet. Aldring er en viktig faktor som påvirker påliteligheten og holdbarheten til polymermaterialer.
02 Aldrende typer polymermaterialer
Under bearbeiding, lagring og bruk av polymermaterialer, på grunn av de kombinerte effektene av interne og eksterne faktorer, forverres egenskapene deres gradvis og mister til slutt bruksverdien. Dette fenomenet tilhører aldring av polymermaterialer.
Dette fører ikke bare til sløsing med ressurser, men kan til og med føre til større ulykker på grunn av funksjonssvikt, og nedbryting av materialer forårsaket av aldring kan også forurense miljøet.
På grunn av forskjellige typer polymerer og forskjellige bruksforhold, har de forskjellige aldringsfenomener og egenskaper. Generelt kan aldring av polymermaterialer klassifiseres i følgende fire typer endringer:
1. Endringer i utseende
Utseendet til flekker, flekker, striper, sprekker, oppblomstring, kritting, klebrighet, vridninger, fiskeøyne, rynker, krymping, sviing, optisk forvrengning og endringer i optisk farge.
2. Endringer i fysiske egenskaper
Inkludert endringer i løselighet, hevelse, reologiske egenskaper, kuldebestandighet, varmebestandighet, vannpermeabilitet, luftpermeabilitet og andre egenskaper.
3. Endringer i mekaniske egenskaper
Endringer i strekkfasthet, bøyestyrke, skjærstyrke, slagstyrke, relativ forlengelse, spenningsavslapping og andre egenskaper.
4. Endringer i elektriske egenskaper
Slik som endringer i overflatemotstand, volummotstand, dielektrisk konstant, elektrisk nedbrytningsstyrke, etc.
03 Faktorer som forårsaker aldring av polymermaterialer
1. Makroanalyse
Fordi under bearbeiding og bruk av polymerer vil de bli utsatt for de kombinerte effektene av miljøfaktorer som varme, oksygen, vann, lys, mikroorganismer og kjemiske medier. Deres kjemiske sammensetning og struktur vil gjennomgå en rekke endringer, og deres fysiske egenskaper vil også endre seg tilsvarende. Forringelse, som hardhet, klebrighet, sprøhet, misfarging, tap av styrke osv. Disse endringene og fenomenene kalles aldring.
2. Mikroskopisk analyse
Høymolekylære polymerer vil danne eksiterte tilstandsmolekyler under påvirkning av varme eller lys. Når energien er høy nok, vil molekylkjedene brytes og danne frie radikaler. De frie radikalene kan danne kjedereaksjoner inne i polymeren, fortsette å forårsake nedbrytning og kan forårsake tverrbinding.
Hvis oksygen eller ozon er tilstede i miljøet, vil en rekke oksidasjonsreaksjoner bli indusert for å danne hydroperoksider (ROOH), som vil spaltes ytterligere til karbonylgrupper.
Hvis det er gjenværende katalysatormetallioner i polymeren, eller metallioner som kobber, jern, mangan, kobolt, etc. introduseres under prosessering og bruk, vil den oksidative nedbrytningsreaksjonen av polymeren akselereres.
04 Aldringstest
Ved utvikling eller forbedring av nye materialer, for å verifisere levetiden eller antialdringseffekten, kreves aldringstesting. Vanlige aldringstester inkluderer naturlig aldring og laboratorieakselerert aldring.
1. Naturlig aldring
Naturlig aldring er å eksponere materialprøven direkte for det naturlige miljøet. Vanligvis er prøven installert på eksponeringsstativet i en viss vinkel. Vanlige eksponeringsvinkler er 5 grader, 45 grader og 90 grader. Relevante teststandarder inkluderer ISO 877 Plast - Metoder for eksponering for solstråling; ISO2810 Maling og lakk - Naturlig forvitring av belegg - Eksponering og vurdering; ASTMG7 standardpraksis for atmosfærisk miljøeksponeringstesting av ikke-metalliske materialer, etc.
Den naturlige aldringstestmetoden er enkel og rimelig, men testsyklusen er for lang, noe som påvirker optimaliseringsfremgangen til produktdesign. Dessuten, siden det er et naturlig miljø og klimaforholdene ikke kan kontrolleres, for å sikre reproduserbarheten av testresultatene, er valget av teststedet spesielt viktig. USA etablerte et naturlig klimafelt i Sør-Florida i 1931, som er et standard varmt og fuktig klimaeksponeringsfelt i USA. Teststedet etablert i det sentrale Arizona er et standard sted for tørr varmeeksponering. Turpan-eksponeringsteststedet til mitt lands nasjonale tilsyns- og inspeksjonssenter for motorkjøretøyprodukter er også et typisk eksponeringssted for tørt og varmt klima. Maksimal temperatur i Turpan-området fra mai til august er over 40 grader, den ekstreme maksimumstemperaturen er 49,6 grader, og gjennomsnittlig årlig nedbør er bare 8 mm. Eksponeringsfeltet i Qionghai, Hainan har typiske varme og fuktige klimaforhold. Den årlige gjennomsnittstemperaturen er 27,4 grader, og gjennomsnittlig årlig nedbør er så høy som 2134 mm.
2. Akselerert aldring i laboratoriet
For å fremskynde testsyklusen og få aldringsdata raskere, bruker laboratoriet vanligvis kunstige lyskilder for å simulere solstråling, matche ulike temperatur-, fuktighets- og regnforhold osv., og kan simulere ulike naturlige klimaer.
1) Valg av lyskilde
Vanlige kunstige lyskilder inkluderer xenonbuelamper, metallhalogenlamper og ultrafiolette fluorescerende lamper. UV-lysrør kan simulere sollys veldig godt i mellombølge UV- og kortbølge UV-områdene. Xenonbuelamper og metallhalogenlamper kan simulere sollys veldig godt i hele spekteret. Derfor kan testkamre som bruker xenonlamper og metallhalogenlamper som lyskilder godt simulere sollysstråling, mens aldringskammer som bruker fluorescerende ultrafiolette lamper ikke er ment å imitere sollys, men bare simulere aldringseffekten av sollys. I tillegg finnes det aldringsbokser på markedet som bruker karbonbuelamper som lyskilde. Karbonbuespekteret har imidlertid ikke en god korrelasjon med sollysspekteret, og bruken av karbonbuelampetesting er av historiske årsaker.
2) Relevans av akselerert aldring
Korrelasjon refererer til graden av konsistens mellom de akselererte aldringsresultatene i laboratoriet og aldringsresultatene til materialet i det faktiske bruksmiljøet. Bare når den akselererte aldringstesten er relevant, kan den virkelig reflektere materialets værbestandighet og virkelig forutsi materialets levetid. Urimelig akselerert testing vil redusere testens relevans og til og med miste betydningen.
3) Utviklingstrenden med akselerert aldring i laboratorier
Som nevnt innledningsvis inkluderer påvirkningsfaktorene for aldring av materialer solstråling, temperatur, vann og andre faktorer. Aldring av materialer er et resultat av den felles virkningen av disse faktorene, men det er ikke en enkel overlagring av effektene av ulike faktorer. Synergien mellom dem må også vurderes. Derfor kan en mer omfattende simulering av materialets faktiske bruksmiljø føre til bedre relevante resultater. For eksempel, i henhold til ISO 20340-standarden, er testen basert på en syklus på 7 dager. På 1. til 3. dag utføres en UV-test med lys og mørke syklus i henhold til ISO 11507. På 4. til 6. dag utføres en saltspraytest i henhold til ISO 9227. På den 7. dagen ({{9} } Lavtemperaturtest på ±2) grader . Sammenlignet med den tradisjonelle værbestandighetstesten, integrerer den flere faktorer som påvirker aldring og er mer i tråd med de faktiske bruksforholdene til materialet, slik at det bedre kan reflektere den faktiske aldring av materialet. Vi vet at mugg, ozonkonsentrasjon osv. alle har en viktig innvirkning på aldring av plastprodukter. Hvordan integrere flere aldringsfaktorer i testing vil være en av utviklingsretningene for akselerert aldring i laboratorier.
05 Metoder for antialdring av polymermaterialer
For tiden inkluderer de viktigste metodene for å forbedre og forbedre antialdringsegenskapene til polymermaterialer følgende:
1. Fysisk beskyttelse (som fortykkelse, maling, blanding av ytre lag osv.)
Aldringen av polymermaterialer, spesielt fotooksygenaldring, starter først fra overflaten av materialet eller produktet, og manifesterer seg som misfarging, pudderdannelse, sprekker, glanstap, etc., og trenger deretter gradvis dypere inn i det indre. Tynne produkter er mer sannsynlig å svikte for tidlig enn tykke produkter, så produktets levetid kan forlenges ved å tykne produktet. For produkter som er utsatt for aldring, kan du påføre et lag med belegg med god værbestandighet på overflaten, eller blande et lag av materiale med god værbestandighet på det ytre laget av produktet for å feste et beskyttende lag til overflaten av produktet. produkt. Senk aldringsprosessen.
2. Forbedre prosesseringsteknologi
Mange materialer har også aldringsproblemer under syntese- eller forberedelsesprosessen. For eksempel påvirkning av varme under polymerisasjon, termisk oksygenaldring under prosessering, etc. Tilsvarende kan virkningen av oksygen dempes ved å tilsette en oksygenfjerningsanordning eller en vakuumanordning under polymerisering eller prosessering. Imidlertid kan denne metoden bare garantere ytelsen til materialet når det forlater fabrikken, og denne metoden kan bare implementeres fra kilden til materialforberedelse, og kan ikke løse aldringsproblemet under reprosessering og bruk.
3. Strukturell design eller modifikasjon av polymermaterialer
Mange polymermaterialer inneholder grupper som er svært utsatt for aldring i sin molekylære struktur. Derfor, gjennom den molekylære strukturdesignen til materialet, kan det ofte oppnås gode resultater å erstatte gruppene som er utsatt for aldring med grupper som ikke er utsatt for aldring. Eller funksjonelle grupper eller strukturer med antialdringseffekter kan introduseres i polymerkjeden gjennom poding eller kopolymerisering, noe som gir selve materialet utmerkede antialdringsfunksjoner. Dette er også en metode som ofte brukes av forskere, men kostnaden er relativt høy. Høy, storskala produksjon og anvendelse kan foreløpig ikke oppnås.
4. Legg til antialdringstilsetninger
For tiden er en effektiv og vanlig måte å forbedre aldringsmotstanden til polymermaterialer på å legge til antialdringsadditiver, som er mye brukt på grunn av deres lave kostnader og fraværet av endringer i eksisterende produksjonsprosesser. Det er to hovedmåter å legge til disse antialdringstilsetningene:
Direkte tilsetningsmetode for tilsetningsstoffer: det vil si at antialdringstilsetningsstoffet (pulver eller væske) blandes direkte og omrøres med råmaterialer som harpiks, og deretter ekstruderes for granulering eller sprøytestøping, etc. Fordi denne tilsetningsmetoden er enkel og enkel å implementere, er det mye brukt av de fleste pelletiserings- og sprøytestøpefabrikker.
Anti-aldring masterbatch-tilsetningsmetode: Produsenter med høyere krav til produktkvalitet og kvalitetsstabilitet bruker oftere metoden for å legge til anti-aldring masterbatch under produksjon. Anti-aldrings masterbatch oppnås ved å bruke en egnet harpiks som bærer, blandet med en rekke effektive antialdringsadditiver, og deretter co-ekstrudert og granulert med en dobbeltskrue ekstruder. Dens applikasjonsfordel ligger i bruken av antialdringsadditiver i masterbatch-fremstillingsprosessen. For det første oppnås pre-dispersjon, og deretter i den senere materialbehandlingsprosessen blir antialdringstilsetningsstoffene sekundært dispergert, noe som oppnår formålet med jevn dispersjon av tilsetningsstoffene i polymermaterialmatrisen, som ikke bare sikrer kvalitetsstabiliteten til produkt, men også Det unngår støvforurensning under produksjon, noe som gjør produksjonen mer grønn og miljøvennlig.