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材料老化的原因與預防措施

作者:如影隨風 時間:2022-10-27 來源:互聯網

高分子材料在加工、貯存和使用過程中,在光、熱、水、化學與生物侵蝕等內外因素的綜合作用下會發生老化降解,導致性能下降。知己知彼才能百戰不殆,因此,了解高分子老化因素,對癥下藥非常重要。

1.內在因素

1聚合物的化學結構

聚合物發生老化與本身的化學結構有密切關系,化學結構的弱鍵部位容易受到外界因素的影響發生斷裂成為自由基。這種自由基是引發自由基反應的起始點。

2物理形態

聚合物的分子鍵有些是有序排列的,有些是無序的。有序排列的分子鍵可形成結晶區,無序排列的分子鍵為非晶區,很多聚合物的形態并不是均勻的,而是半結晶狀態,既有晶區也有非晶區,老化反應**從非晶區開始。

3立體歸整性

聚合物的立體歸整性與它的結晶度有密切關系。一般情況下規整的聚合物比無規聚合物耐老化性能好。

4相對分子質量及其分布

一般情況下聚合物的相對分子質量與老化關系不大,而相對分子質量的分布對聚合物的老化性能影響很大,分布越寬越容易老化,因為相對分子質量分布越寬端基越多,越容易引起老化反應。

5微量金屬雜質和其他雜質

高分子材料在加工時,要和金屬接觸,有可能混入微量金屬雜質,或在聚合時殘留一些金屬催化劑,這些都會起到自動氧化(即老化)的引發作用。

2. 外在因素

1溫度的影響

溫度升高,高分子鏈的運動加劇,一旦超過化學鍵的離解能,就會引起高分子鏈的熱降解或基團脫落;溫度降低,往往會影響材料的力學性能。

橡膠屬于高度交聯的、非晶聚合物,使用環境應保證其處于高彈態下,使用溫度須高于玻璃化溫度、低于黏流溫度及分解溫度;纖維是高度結晶的高分子材料,要求使用溫度遠低于熔點Tm,以便于熨燙。

在*寒地區,溫度對于塑料及橡膠制品的性能影響*大。對于結晶型塑料,如果環境溫度低于材料的玻璃化溫度,會使高分子鏈段的自由運動受到阻礙,表現為塑料變脆、變硬而易折斷;寒冷環境對于非晶塑料的影響不大。

對于橡膠制品,溫度低于玻璃化溫度時的表現與結晶型塑料相似,喪失了橡膠應有的性能。寒冷環境對于纖維材料的物理性能沒有影響。

2濕度的影響

濕度對高分子材料的影響可歸結于水分對材料的溶脹及溶解作用,使維持高分子材料聚集態結構的分子間作用力改變,從而破壞了材料的聚集狀態。尤其對于非交聯的非晶聚合物,濕度的影響*其明顯,會使高分子材料發生溶脹甚至聚集態解體,從而使材料的性能受到損壞;對于結晶形態的塑料或纖維,由于存在水分滲透限制,濕度的影響不是很明顯。

3氧氣的影響

氧是引起高分子材料老化的主要因素,由于氧的滲透性,結晶型聚合物較無定型聚合物耐氧化。氧**進攻高分子主鏈上的薄弱環節,如雙鍵、羥基、叔碳原子上的氫等基團或原子,形成高分子過氧自由基或過氧化物,然后在此部位引起主鏈的斷裂。

嚴重時,聚合物相對分子質量顯著下降,玻璃化溫度降低,從而使聚合物變黏,在某些易分解為自由基的引發劑或過渡金屬元素存在下,有加劇氧化反應的趨勢。

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