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高分子材料的老化分析

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2017-08-28 15:44:00

当今,高分子材料已在航空、汽车、船舰、基础构建、军用品等不同领域有着越来越广泛的应用,然而,高分子材料在加工、贮存和使用过程中,在光、热、水、化学与生物侵蚀等内外因素的综合作用下,发生老化现象,从而部分丧失或丧失其使用价值。老化已成为一个亟需解决的问题,其实际造成的危害非常严重,尤其是在苛刻环境条件下,常导致设备过早失效、材料大量流失,不但在经济上受到很大损失,导致资源的浪费,甚至因材料的失效分解造成对环境的污染。
 

 

一.老化的简介

高分子材料,尤其是含有大量不饱和C=C双键的橡胶及橡胶制品,在贮存、加工或使用过程中,在热、光、氧、臭氧、机械力或重金属离子等外在环境因素的影响和作用下,引起分子链的降解或交联,不仅材料表面会出现斑点、失光变色、产生裂纹等,而且材料的性能逐渐变差,会变软发黏或变硬发脆,这种现象称为高分子材料的老化。

老化通常有以下四种现象,分别为:

1.变软发粘(天然橡胶老化,橡皮筋、乳胶管、乳胶手套)

2.变硬变脆(大部分合成胶的老化,轮胎胎侧、胎面)
 

3.变色及龟裂(臭氧老化及光氧老化,雨刷条)
 

4.发霉及粉化(潮湿环境,生物老化)

 

二.老化的原因

老化的原因有很多,通常分为内在原因和外部原因。

1.内在原因,即为决定因素,分为以下几点:

(1)链节结构:橡胶的基本结构如天然橡胶的单元异戊二烯,存在双键及活泼氢原子,所以易参与反应。



 

(2)分子链结构:

大分子链的弱键、薄弱环节越多越易老化;

不饱和碳链高分子比饱和碳链高分子更容易发生老化;

支化的大分子比线型的大分子更容易氧化。

 

(3)硫化胶交联结构:交联键有-S-、-S2-、-SX-、-C-C-
交联键结构不同,硫化胶耐老化性不同。

(4)高分子材料配合组分及杂质:
材料中常存在变价金属,如Cu、Fe、Co、Ni 等。

 

2.外在原因,即为诱导因素,可作以下图表示意:

 

 

 

三.老化的机理

以聚丙烯PP为例,研究老化机理:

1.链引发

聚丙烯结构中的叔碳原子在光、热和氧的作用下极易生成自由基:

 

2.链传递

自由基自动催化生成过氧化自由基和大分子过氧化物,过氧化物分解又产生自由基,自由基又可和聚合物反应,使自由基不断传递,反应延续:

 

3.链终止

自由基相互结合生成稳定的产物,终止链反应:

 

四.老化的防护措施

高分子材料的防护措施可以从两方面考虑,分别为物理防护法和化学防护法。

1.物理防护法

原理:尽量避免高分子材料与外界老化因素接触。

 

2.化学防护法

原理:通过化学反应抑制老化反应进行。

 

五.结束语

随着高分子材料应用的深入,对它的耐老化性能要求越来越高,而高分子材料耐老化性能的影响因素很多,需要从自身结构及外部环境进行综合考虑,有选择性的添加助剂的同时,也要合理地选择加工方式,最大限度的提高耐老化性能。

 

 

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