Polümeermaterjalide vananemistüübid, vananemistestid ja vananemisvastased meetodid
01 Polümeermaterjalide arendamise hetkeseis
Polümeermaterjale kasutatakse nende suurepäraste omaduste, nagu kerge kaal, kõrge tugevus, temperatuurikindlus ja korrosioonikindlus, tõttu nüüd laialdaselt paljudes valdkondades, nagu tipptasemel tootmine, elektrooniline teave, transport, hoonete energiasäästlikkus, lennundus ja riiklik kaitse- ja sõjatööstus. mängis suurt rolli.
See pole mitte ainult rahvamajanduse oluline põhitööstus, vaid ka riigi juhtiv tööstusharu;
See pole mitte ainult naftakeemiatööstuse strateegiline arenev tööstusharu, vaid ka oluline tugimaterjal selliste strateegiliste tärkavate tööstusharude jaoks nagu elektrooniline teave, lennundus, riigikaitse ja uus energia;
Sellel ei ole mitte ainult kõrge tehnoloogiline sisu ja kõrge lisandväärtus, vaid see on ka oluline suund naftakeemiatööstuse ümberkujundamiseks ja ajakohastamiseks.
Seetõttu on polümeermaterjalid alati olnud arenguvaldkond, mida arenenud riigid ja rahvusvahelised ettevõtted peavad väga tähtsaks. See mitte ainult ei paku uutele polümeermaterjalide tööstusele laia tururuumi, vaid seab ka kõrgemad nõuded selle kvaliteedile, töökindluse tasemele ja tugivõimalustele.
Seetõttu on üha enam tähelepanu pälvinud see, kuidas polümeermaterjalist toodete funktsioone maksimeerida, lähtudes energiasäästu, vähese süsinikdioksiidisisalduse ja ökoloogilise arengu põhimõtetest. Vananemine on oluline tegur, mis mõjutab polümeermaterjalide töökindlust ja vastupidavust.
02 Polümeermaterjalide vananemise tüübid
Polümeermaterjalide töötlemise, ladustamise ja kasutamise käigus nende omadused sisemiste ja väliste tegurite koosmõjul järk-järgult halvenevad ja lõpuks kaotavad kasutusväärtuse. See nähtus kuulub polümeermaterjalide vananemise juurde.
See ei põhjusta mitte ainult ressursside raiskamist, vaid võib põhjustada isegi suuremaid tööõnnetusi, mis on tingitud funktsionaalsest rikkest, samuti võib vananemisest tingitud materjalide lagunemine saastada keskkonda.
Erinevat tüüpi polümeeride ja erinevate kasutustingimuste tõttu on neil erinevad vananemisnähtused ja omadused. Üldiselt võib polümeermaterjalide vananemise liigitada nelja tüüpi muutusteks:
1. Muutused välimuses
Plekid, laigud, triibud, praod, õitsemine, kriidistumine, kleepumine, kõverdumine, kalasilmad, kortsud, kokkutõmbumine, kõrvetamine, optilised moonutused ja optilise värvi muutused.
2. Füüsikaliste omaduste muutumine
Sealhulgas muutused lahustuvuses, paisumises, reoloogilistes omadustes, külmakindluses, kuumakindluses, vee läbilaskvuses, õhu läbilaskvuses ja muudes omadustes.
3. Muutused mehaanilistes omadustes
Muutused tõmbetugevuses, paindetugevuses, nihketugevuses, löögitugevuses, suhtelises pikenemises, pinge lõdvestamises ja muudes omadustes.
4. Elektriliste omaduste muutused
Näiteks pinnatakistuse, mahutakistuse, dielektrilise konstandi, elektrilise läbilöögitugevuse muutused jne.
03 Polümeermaterjalide vananemist põhjustavad tegurid
1. Makroanalüüs
Kuna polümeeride töötlemise ja kasutamise ajal mõjutavad need keskkonnategurid, nagu soojus, hapnik, vesi, valgus, mikroorganismid ja keemiline keskkond. Nende keemiline koostis ja struktuur läbivad mitmeid muutusi ning vastavalt muutuvad ka nende füüsikalised omadused. Halvenemine, nagu kõvadus, kleepuvus, rabedus, värvimuutus, tugevuse kaotus jne. Neid muutusi ja nähtusi nimetatakse vananemiseks.
2. Mikroskoopiline analüüs
Kõrgmolekulaarsed polümeerid moodustavad kuumuse või valguse mõjul ergastatud olekuga molekule. Kui energia on piisavalt kõrge, purunevad molekulaarsed ahelad, moodustades vabu radikaale. Vabad radikaalid võivad tekitada polümeeri sees ahelreaktsioone, jätkata lagunemist ja põhjustada ristsidumist.
Kui keskkonnas on hapnikku või osooni, indutseeritakse rida oksüdatsioonireaktsioone, moodustades hüdroperoksiide (ROOH), mis lagunevad edasi karbonüülrühmadeks.
Kui polümeeris on katalüsaatori metalliioone või töötlemise ja kasutamise käigus sisestatakse metalliioone, nagu vask, raud, mangaan, koobalt jne, siis polümeeri oksüdatiivne lagunemisreaktsioon kiireneb.
04 Vananemise test
Uute materjalide väljatöötamisel või täiustamisel on nende kasutusiga või vananemisvastase toime kontrollimiseks vajalik vananemiskatse. Levinud vananemistestid hõlmavad loomulikku vananemist ja laboratoorselt kiirendatud vananemist.
1. Loomulik vananemine
Looduslik vananemine seisneb materjaliproovi otseses kokkupuutes looduskeskkonnas. Tavaliselt paigaldatakse näidis säritusraamile teatud nurga all. Levinud särituse nurgad on 5 kraadi, 45 kraadi ja 90 kraadi. Asjakohased testimisstandardid hõlmavad ISO 877 Plastid – päikesekiirgusega kokkupuute meetodid; ISO2810 Värvid ja lakid – Katte loomulik ilmastikumõju – Kokkupuude ja hindamine; ASTMG7 standardne tava mittemetalliliste materjalide jne atmosfäärikeskkonnaga kokkupuute testimiseks.
Loodusliku vananemise katsemeetod on lihtne ja odav, kuid selle katsetsükkel on liiga pikk, mis mõjutab toote disaini optimeerimise edenemist. Pealegi, kuna tegemist on loodusliku keskkonnaga ja kliimatingimusi ei saa kontrollida, on katsetulemuste reprodutseeritavuse tagamiseks eriti oluline katsekoha valik. Ameerika Ühendriigid rajasid 1931. aastal Lõuna-Floridas loodusliku kliimavälja, mis on Ameerika Ühendriikides tavaline kuuma ja niiske kliimaga kokkupuuteväli. Arizona keskosas asuv katsekoht on tavaline kuiva kuumusega kokkupuute koht. Minu riigi riikliku mootorsõidukite toodete kvaliteedi järelevalve- ja ülevaatuskeskuse Turpani kokkupuute testimiskoht on samuti tüüpiline kuiva ja kuuma kliimaga kokkupuute koht. Maksimaalne temperatuur Turpani piirkonnas on maist augustini üle 40 kraadi, äärmuslik maksimumtemperatuur on 49,6 kraadi ja aasta keskmine sademete hulk on vaid 8 mm. Hainanis Qionghais asuval kokkupuuteväljal on tüüpilised kuumad ja niisked kliimatingimused. Aasta keskmine temperatuur on 27,4 kraadi ja aasta keskmine sademete hulk koguni 2134 mm.
2. Kiirendatud vananemine laboris
Katsetsükli kiirendamiseks ja vananemisandmete kiiremaks saamiseks kasutab labor tavaliselt kunstlikke valgusallikaid päikesekiirguse simuleerimiseks, erinevate temperatuuri-, niiskus- ja vihmatingimuste jms sobitamiseks ning suudab simuleerida erinevaid looduslikke kliimasid.
1) Valgusallika valik
Tavaliselt kasutatavate kunstlike valgusallikate hulka kuuluvad ksenoonkaarlambid, metallhalogeniidlambid ja ultraviolettluminofoorlambid. UV-luminofoorlambid suudavad väga hästi simuleerida päikesevalgust keskmise ja lühilaine UV-kiirguse vahemikus. Ksenoonkaarlambid ja metallhalogeniidlambid suudavad väga hästi simuleerida päikesevalgust kogu spektris. Seetõttu suudavad katsekambrid, mis kasutavad valgusallikana ksenoonlampe ja metallhalogeniidlampe, hästi päikesevalguse kiirgust simuleerida, samas kui vananemiskambrid, mis kasutavad fluorestseeruvaid ultraviolettlampe, ei ole mõeldud päikesevalguse imiteerimiseks, vaid ainult simuleerivad päikesevalguse vananevat mõju. Lisaks on turul vananemiskaste, mis kasutavad valgusallikana süsinikkaarlampe. Süsinikkaare spekter ei oma aga head korrelatsiooni päikesevalguse spektriga ning süsinikkaarlampide testimise kasutamine on ajaloolistel põhjustel.
2) Kiirendatud vananemise asjakohasus
Korrelatsioon viitab järjepidevuse määrale kiirendatud vananemistulemuste laboris ja materjali vananemistulemuste vahel tegelikus kasutuskeskkonnas. Ainult siis, kui kiirendatud vananemiskatse on asjakohane, suudab see tõeliselt kajastada materjali ilmastikukindlust ja ennustada tõeselt materjali kasutusiga. Põhjendamatu kiirendatud testimine vähendab testi asjakohasust ja kaotab isegi oma tähenduse.
3) Kiirendatud vananemise arengusuund laborites
Nagu alguses mainitud, on materjalide vananemist mõjutavateks teguriteks päikesekiirgus, temperatuur, vesi ja muud tegurid. Materjalide vananemine on nende tegurite ühistegevuse tulemus, kuid see ei ole lihtsalt erinevate tegurite mõju superpositsioon. Arvestada tuleb ka nendevahelise sünergiaga. Seetõttu võib materjali tegeliku kasutuskeskkonna põhjalikum simulatsioon viia paremate asjakohaste tulemusteni. Näiteks ISO 20340 standardi järgi põhineb test 7-päevasel tsüklil. 1.-3. päeval tehakse UV-test valguse ja pimeduse tsükliga vastavalt standardile ISO 11507. 4.-6. päeval tehakse soolapihustustest vastavalt standardile ISO 9227. 7. päeval ({{9} } Madala temperatuuri test ±2) kraadi . Võrreldes traditsioonilise ilmastikukindluse testiga integreerib see rohkem vananemist mõjutavaid tegureid ja on paremini kooskõlas materjali tegelike kasutustingimustega, nii et see peegeldab paremini materjali tegelikku vananemist. Teame, et hallitusel, osoonikontsentratsioonil jne on oluline mõju plasttoodete vananemisele. See, kuidas integreerida testimisse rohkem vananemisfaktoreid, on üks kiirendatud vananemise arengusuundi laborites.
05 Polümeermaterjalide vananemisvastased meetodid
Praegu on polümeermaterjalide vananemisvastaste omaduste parandamise ja parandamise peamised meetodid järgmised:
1. Füüsiline kaitse (nt paksendamine, värvimine, väliskihi segamine jne)
Polümeermaterjalide vananemine, eriti fotohapnikuga vananemine, algab esmalt materjali või toote pinnalt, väljendudes värvimuutuse, pulbristumise, lõhenemise, läike kadumise jms kujul ning seejärel tungib järk-järgult sügavamale sisemusse. Õhukesed tooted lagunevad enneaegselt suurema tõenäosusega kui paksud, seega saab toote kasutusiga pikendada toote paksendamise teel. Vananemistundlike toodete puhul võite kanda pinnale hea ilmastikukindlusega kattekihi või ühendada toote väliskihile hea ilmastikukindlusega materjalikihi, et kinnitada kaitsekiht toote pinnale. toode. Aeglusta vananemisprotsessi.
2. Töötlemistehnoloogia täiustamine
Paljudel materjalidel on sünteesi- või ettevalmistusprotsessi käigus ka vananemisprobleeme. Näiteks soojuse mõju polümerisatsiooni ajal, termiline hapniku vananemine töötlemisel jne. Vastavalt saab hapniku mõju leevendada hapniku eemaldamise seadme või vaakumseadme lisamisega polümerisatsiooni või töötlemise ajal. See meetod võib aga tagada materjali toimivuse ainult siis, kui see tehasest lahkub, ja seda meetodit saab rakendada ainult materjali ettevalmistamise allikast ning see ei lahenda vananemisprobleemi selle ümbertöötlemise ja kasutamise ajal.
3. Polümeermaterjalide konstruktsiooni projekteerimine või muutmine
Paljud polümeermaterjalid sisaldavad rühmi, mis on oma molekulaarstruktuuris väga vastuvõtlikud vananemisele. Seetõttu võib materjali molekulaarstruktuuri disaini kaudu vananemisele kalduvate rühmade asendamine rühmadega, mis ei ole vananemisele altid, sageli saavutada häid tulemusi. Või saab polümeeriahelasse pookimise või kopolümerisatsiooni teel lisada vananemisvastase toimega funktsionaalrühmi või struktuure, andes materjalile endale suurepärased vananemisvastased funktsioonid. Seda meetodit kasutavad sageli ka teadlased, kuid selle maksumus on suhteliselt kõrge. Suuremahulist tootmist ja rakendust ei ole praegu võimalik saavutada.
4. Lisa vananemisvastaseid lisandeid
Praegu on tõhus ja levinud viis polümeermaterjalide vananemiskindluse parandamiseks lisada vananemisvastaseid lisandeid, mida kasutatakse laialdaselt nende madala hinna ja olemasolevate tootmisprotsesside puudumise tõttu. Nende vananemisvastaste lisandite lisamiseks on kaks peamist viisi:
Lisandite otsene lisamise meetod: see tähendab, et vananemisvastane lisand (pulber või vedelik) segatakse ja segatakse otse toorainega, nagu vaik, ning seejärel ekstrudeeritakse granuleerimiseks või survevalu jne jaoks. Kuna see lisamismeetod on lihtne ja lihtne rakendamiseks kasutatakse seda laialdaselt enamikus granuleerimis- ja survevalutehastes.
Vananemisvastane põhisegu lisamise meetod: tootjad, kellel on kõrgemad nõuded toote kvaliteedile ja kvaliteedi stabiilsusele, kasutavad tootmise ajal sagedamini vananemisvastase põhisegu lisamise meetodit. Vananemisvastane põhisegu saadakse, kasutades kandjana sobivat vaiku, mis segatakse erinevate tõhusate vananemisvastaste lisanditega ning seejärel koekstrudeeritakse ja granuleeritakse kahe kruviga ekstruuderiga. Selle rakenduse eelis seisneb vananemisvastaste lisandite kasutamises põhisegu ettevalmistamise protsessis. Esiteks saavutatakse eeldispergeerimine ja seejärel hilisemas materjalitöötlemisprotsessis vananemisvastased lisandid sekundaarselt dispergeeritakse, saavutades lisandite ühtlase hajutamise polümeermaterjali maatriksis, mis mitte ainult ei taga materjali kvaliteedi stabiilsust. toode, vaid ka See väldib tolmusaastet tootmise ajal, muutes tootmise rohelisemaks ja keskkonnasõbralikumaks.