Врсте старења, тестови старења и методе против старења полимерних материјала
01 Тренутни статус развоја полимерних материјала
Полимерни материјали, због својих одличних својстава као што су мала тежина, висока чврстоћа, отпорност на температуру и отпорност на корозију, сада се широко користе у многим областима као што су врхунска производња, електронске информације, транспорт, очување енергије у зградама, ваздухопловство и национални одбрамбене и војне индустрије. одиграо огромну улогу.
То није само важна основна индустрија националне привреде, већ и водећа индустрија земље;
То није само стратешка индустрија у настајању у петрохемијској индустрији, већ и важан пратећи материјал за стратешке индустрије у настајању као што су електронске информације, ваздухопловство, национална одбрана и нова енергија;
Не само да има висок технолошки садржај и високу додату вредност, већ је и важан правац за трансформацију и унапређење петрохемијске индустрије.
Стога су полимерни материјали одувек били развојна област којој развијене земље и мултинационалне компаније придају велики значај. Ово не само да пружа широк тржишни простор за индустрију нових полимерних материјала, већ поставља и веће захтеве за квалитет перформанси, ниво поузданости и могућности подршке.
Стога, све више пажње привлачи како максимизирати функције производа од полимерних материјала заснованих на принципима очувања енергије, ниског угљеника и еколошког развоја. Старење је важан фактор који утиче на поузданост и издржљивост полимерних материјала.
02 Врсте старења полимерних материјала
Током прераде, складиштења и употребе полимерних материјала, услед комбинованог дејства унутрашњих и спољашњих фактора, њихова својства се постепено погоршавају и временом губе употребну вредност. Овај феномен припада старењу полимерних материјала.
Ово не само да узрокује расипање ресурса, већ може чак довести и до већих незгода због функционалног квара, а распадање материјала узроковано старењем такође може загадити животну средину.
Због различитих врста полимера и различитих услова употребе, они имају различите појаве и карактеристике старења. Генерално, старење полимерних материјала може се класификовати у следеће четири врсте промена:
1. Промене у изгледу
Појава мрља, мрља, пруга, пукотина, цветања, кредења, лепљивости, савијања, рибљих очију, бора, скупљања, печења, оптичког изобличења и промене оптичке боје.
2. Промене физичких својстава
Укључујући промене у растворљивости, бубрењу, реолошким својствима, отпорности на хладноћу, отпорности на топлоту, водопропусности, пропусности ваздуха и другим особинама.
3. Промене механичких својстава
Промене затезне чврстоће, чврстоће на савијање, чврстоће на смицање, ударне чврстоће, релативног издужења, опуштања напона и других својстава.
4. Промене електричних својстава
Као што су промене у површинском отпору, запреминском отпору, диелектричној константи, јачини електричног пробоја итд.
03 Фактори који изазивају старење полимерних материјала
1. Макро анализа
Зато што ће током обраде и употребе полимера бити подложни комбинованом дејству фактора животне средине као што су топлота, кисеоник, вода, светлост, микроорганизми и хемијски медији. Њихов хемијски састав и структура претрпеће низ промена, а сходно томе ће се променити и њихова физичка својства. Погоршање, као што су тврдоћа, лепљивост, ломљивост, промена боје, губитак чврстоће, итд. Ове промене и појаве називају се старењем.
2. Микроскопска анализа
Високомолекуларни полимери ће формирати молекуле побуђеног стања под дејством топлоте или светлости. Када је енергија довољно висока, молекуларни ланци ће се прекинути и формирати слободне радикале. Слободни радикали могу формирати ланчане реакције унутар полимера, наставити да изазивају деградацију и могу изазвати умрежавање.
Ако су кисеоник или озон присутни у животној средини, низ реакција оксидације ће бити индукован да се формирају хидропероксиди (РООХ), који ће се даље разлагати у карбонилне групе.
Ако у полимеру постоје заостали метални јони катализатора или се јони метала као што су бакар, гвожђе, манган, кобалт итд. унесу током обраде и употребе, реакција оксидативне деградације полимера ће се убрзати.
04 Тест старења
У развоју или побољшању нових материјала, како би се проверио њихов век трајања или ефекат против старења, потребно је испитивање старења. Уобичајени тестови старења укључују природно старење и лабораторијско убрзано старење.
1. Природно старење
Природно старење је излагање узорка материјала директно природном окружењу. Обично се узорак поставља на сталку за експозицију под одређеним углом. Уобичајени углови експозиције су 5 степени, 45 степени и 90 степени. Релевантни стандарди испитивања укључују ИСО 877 Пластика – Методе излагања сунчевом зрачењу; ИСО2810 Боје и лакови - Природно трошење премаза - Излагање и процена; АСТМГ7 Стандардна пракса за испитивање неметалних материјала изложености атмосферском окружењу, итд.
Метода испитивања природног старења је једноставна и јефтина, али њен циклус испитивања је предугачак, што утиче на напредак оптимизације дизајна производа. Штавише, будући да је то природно окружење и да се климатски услови не могу контролисати, да би се обезбедила поновљивост резултата испитивања, избор места за испитивање је посебно важан. Сједињене Државе су успоставиле природно климатско поље у Јужној Флориди 1931. године, што је стандардно поље изложености врућој и влажној клими у Сједињеним Државама. Тестно место успостављено у централној Аризони је стандардно место изложености сувој топлоти. Место за испитивање изложености Турпану Националног центра за надзор и инспекцију производа за моторна возила у мојој земљи је такође типично место изложености сувој и врућој клими. Максимална температура у области Турпан од маја до августа је изнад 40 степени, екстремна максимална температура је 49,6 степени, а просечна годишња количина падавина је само 8 мм. Поље изложености у Кионгхаи, Хаинан има типичне топле и влажне климатске услове. Средња годишња температура износи 27,4 степена, а просечна годишња количина падавина чак 2134 мм.
2. Убрзано старење у лабораторији
Да би се убрзао циклус тестирања и брже добили подаци о старењу, лабораторија обично користи вештачке изворе светлости да симулира сунчево зрачење, усклади различите температуре, влажност и услове кише, итд., и може да симулира различите природне климе.
1) Избор извора светлости
Уобичајени вештачки извори светлости укључују ксенонске лучне лампе, метал-халогене сијалице и ултраљубичасте флуоресцентне сијалице. УВ флуоресцентне лампе могу веома добро да симулирају сунчеву светлост у средњеталасном УВ и краткоталасном УВ опсегу. Ксенонске лучне лампе и метал-халогене лампе могу веома добро да симулирају сунчеву светлост у пуном спектру. Стога, испитне коморе које користе ксенонске лампе и метал-халогене лампе као изворе светлости могу добро да симулирају зрачење сунчеве светлости, док коморе за старење које користе флуоресцентне ултраљубичасте лампе нису намењене да имитирају сунчеву светлост, већ само симулирају ефекат старења сунчеве светлости. Поред тога, на тржишту постоје кутије за старење које користе карбонске лучне лампе као извор светлости. Међутим, спектар угљеничног лука нема добру корелацију са спектром сунчеве светлости, а тестирање угљеничним лучним лампама је из историјских разлога.
2) Релевантност убрзаног старења
Корелација се односи на степен конзистентности између резултата убрзаног старења у лабораторији и резултата старења материјала у стварном окружењу употребе. Тек када је тест убрзаног старења релевантан, може заиста да одрази отпорност материјала на временске услове и заиста предвиди век трајања материјала. Неразумно убрзано тестирање ће смањити релевантност теста и чак изгубити његово значење.
3) Тренд развоја убрзаног старења у лабораторијама
Као што је на почетку поменуто, фактори који утичу на старење материјала су сунчево зрачење, температура, вода и други фактори. Старење материјала је резултат заједничког деловања ових фактора, али није обична суперпозиција дејства различитих фактора. Такође треба размотрити синергију између њих. Стога, свеобухватнија симулација стварног окружења употребе материјала може довести до бољих релевантних резултата. На пример, према стандарду ИСО 20340, тест се заснива на циклусу од 7 дана. 1. до 3. дана ради се УВ тест са циклусом светлости и таме према ИСО 11507. 4. до 6. дана се врши испитивање сланом спрејом према ИСО 9227. 7. дана ({{9} } Испитивање ниске температуре од ±2) степена. У поређењу са традиционалним тестом отпорности на временске услове, он интегрише више фактора који утичу на старење и више је у складу са стварним условима употребе материјала, тако да може боље да одражава стварно старење материјала. Знамо да буђ, концентрација озона итд. имају важан утицај на старење пластичних производа. Како интегрисати више фактора старења у тестирање биће један од праваца развоја убрзаног старења у лабораторијама.
05 Методе против старења полимерних материјала
Тренутно, главне методе за побољшање и побољшање својстава полимерних материјала против старења укључују следеће:
1. Физичка заштита (као што је згушњавање, фарбање, мешање спољног слоја, итд.)
Старење полимерних материјала, посебно фотокисеоничко старење, прво почиње од површине материјала или производа, манифестујући се као промена боје, пудерање, пуцање, губитак сјаја итд., а затим постепено продире дубље у унутрашњост. Танки производи имају веће шансе да прерано пропадну него дебели производи, тако да се животни век производа може продужити згушњавањем производа. За производе који су подложни старењу, можете нанети слој премаза са добром отпорношћу на временске услове на површину или спојити слој материјала са добром отпорношћу на временске услове на спољашњи слој производа да бисте причврстили заштитни слој на површину производ. Успорите процес старења.
2. Побољшати технологију обраде
Многи материјали такође имају проблема са старењем током процеса синтезе или припреме. На пример, утицај топлоте током полимеризације, термичко старење кисеоника током обраде, итд. Сходно томе, утицај кисеоника се може ублажити додавањем уређаја за уклањање кисеоника или уређаја за вакуум током полимеризације или обраде. Међутим, овај метод може гарантовати перформансе материјала само када изађе из фабрике, а овај метод се може применити само из извора припреме материјала и не може да реши проблем старења током његове прераде и употребе.
3. Пројектовање структуре или модификација полимерних материјала
Многи полимерни материјали садрже групе које су веома подложне старењу у својој молекуларној структури. Због тога, кроз дизајн молекуларне структуре материјала, заменом група које су склоне старењу са групама које нису склоне старењу често се могу постићи добри резултати. Или, функционалне групе или структуре са ефектима против старења могу се увести у полимерни ланац калемљењем или кополимеризацијом, дајући самом материјалу одличне функције против старења. Ово је такође метод који често користе истраживачи, али је цена релативно висока. Висока производња и примена великих размера за сада се не могу постићи.
4. Додајте адитиве против старења
Тренутно, ефикасан и уобичајен начин да се побољша отпорност на старење полимерних материјала је додавање адитива против старења, који се широко користе због ниске цене и одсуства промена у постојећим производним процесима. Постоје два главна начина за додавање ових адитива против старења:
Метода директног додавања адитива: то јест, адитив против старења (прах или течност) се директно меша и меша са сировинама као што је смола, а затим екструдира за гранулацију или бризгање итд. Зато што је овај метод додавања једноставан и лак за имплементацију, нашироко га користи већина фабрика за пелетирање и бризгање.
Метода додавања мастербатцх-а против старења: Произвођачи са вишим захтевима за квалитет производа и стабилност квалитета чешће користе методу додавања мастербатцх-а против старења током производње. Мастербатцх против старења се добија коришћењем одговарајуће смоле као носача, помешане са разним ефикасним адитивима против старења, а затим ко-екструдира и гранулира помоћу екструдера са два пужа. Предност његове примене лежи у употреби адитива против старења у процесу припреме мастербатцха. Прво се постиже пред-дисперзија, а затим у каснијем процесу обраде материјала, адитиви против старења се секундарно распршују, чиме се постиже сврха равномерне дисперзије адитива у матрици полимерног материјала, што не само да обезбеђује стабилност квалитета материјала. производ, али такође избегава загађење прашином током производње, чинећи производњу зеленијом и еколошки прихватљивијом.