Åldringstyper, åldringstester och anti-aging metoder för polymermaterial
01 Aktuell status för utveckling av polymermaterial
Polymermaterial, på grund av sina utmärkta egenskaper såsom låg vikt, hög hållfasthet, temperaturbeständighet och korrosionsbeständighet, används nu i stor utsträckning inom många områden såsom avancerad tillverkning, elektronisk information, transport, energibesparing i byggnader, flyg och nationellt. försvars- och militärindustri. spelat en stor roll.
Det är inte bara en viktig basindustri i den nationella ekonomin, utan också en ledande industri i landet;
Det är inte bara en strategisk framväxande industri inom den petrokemiska industrin, utan också ett viktigt stödmaterial för strategiska framväxande industrier som elektronisk information, flyg, nationellt försvar och ny energi;
Det har inte bara högt tekniskt innehåll och högt mervärde, det är också en viktig riktning för omvandlingen och uppgraderingen av den petrokemiska industrin.
Därför har polymermaterial alltid varit ett utvecklingsområde som utvecklade länder och multinationella företag lägger stor vikt vid. Detta ger inte bara ett brett marknadsutrymme för den nya polymermaterialindustrin, utan ställer också högre krav på dess kvalitetsprestanda, tillförlitlighetsnivå och supportkapacitet.
Därför har hur man maximerar funktionerna hos polymermaterialprodukter baserade på principerna om energibesparing, lågt koldioxidutsläpp och ekologisk utveckling väckt mer och mer uppmärksamhet. Åldrande är en viktig faktor som påverkar tillförlitligheten och hållbarheten hos polymermaterial.
02 Åldrande typer av polymermaterial
Under bearbetning, lagring och användning av polymermaterial, på grund av de kombinerade effekterna av interna och externa faktorer, försämras deras egenskaper gradvis och förlorar så småningom sitt användningsvärde. Detta fenomen hör till åldrandet av polymermaterial.
Detta orsakar inte bara ett slöseri med resurser, utan kan till och med leda till större olyckor på grund av funktionsfel, och nedbrytning av material som orsakas av åldrande kan också förorena miljön.
På grund av olika typer av polymerer och olika användningsförhållanden har de olika åldringsfenomen och egenskaper. I allmänhet kan åldrandet av polymermaterial klassificeras i följande fyra typer av förändringar:
1. Förändringar i utseende
Uppkomsten av fläckar, fläckar, ränder, sprickor, blomning, kritning, klibbighet, skevhet, fiskögon, rynkor, krympning, sveda, optisk förvrängning och förändringar i optisk färg.
2. Förändringar i fysiska egenskaper
Inklusive förändringar i löslighet, svällning, reologiska egenskaper, köldbeständighet, värmebeständighet, vattenpermeabilitet, luftgenomsläpplighet och andra egenskaper.
3. Förändringar i mekaniska egenskaper
Förändringar i draghållfasthet, böjhållfasthet, skjuvhållfasthet, slaghållfasthet, relativ töjning, spänningsavslappning och andra egenskaper.
4. Förändringar i elektriska egenskaper
Såsom förändringar i ytresistans, volymresistans, dielektricitetskonstant, elektrisk genombrottsstyrka, etc.
03 Faktorer som orsakar åldrande av polymermaterial
1. Makroanalys
För under bearbetningen och användningen av polymerer kommer de att utsättas för de kombinerade effekterna av miljöfaktorer som värme, syre, vatten, ljus, mikroorganismer och kemiska medier. Deras kemiska sammansättning och struktur kommer att genomgå en rad förändringar, och deras fysikaliska egenskaper kommer också att förändras i enlighet med detta. Försämring, såsom hårdhet, klibbighet, sprödhet, missfärgning, förlust av styrka, etc. Dessa förändringar och fenomen kallas åldrande.
2. Mikroskopisk analys
Högmolekylära polymerer kommer att bilda exciterade tillståndsmolekyler under inverkan av värme eller ljus. När energin är tillräckligt hög kommer molekylkedjorna att brytas för att bilda fria radikaler. De fria radikalerna kan bilda kedjereaktioner inuti polymeren, fortsätta att orsaka nedbrytning och kan orsaka tvärbindning.
Om syre eller ozon finns i miljön kommer en serie oxidationsreaktioner att induceras för att bilda hydroperoxider (ROOH), som ytterligare sönderdelas till karbonylgrupper.
Om det finns kvarvarande katalysatormetalljoner i polymeren, eller metalljoner såsom koppar, järn, mangan, kobolt, etc. införs under bearbetning och användning, kommer den oxidativa nedbrytningsreaktionen av polymeren att accelereras.
04 Åldringstest
Vid utveckling eller förbättring av nya material, för att verifiera deras livslängd eller anti-aging effekt, krävs åldringstestning. Vanliga åldringstester inkluderar naturligt åldrande och laboratorieaccelererat åldrande.
1. Naturligt åldrande
Naturligt åldrande är att exponera materialprovet direkt för den naturliga miljön. Vanligtvis installeras provet på exponeringsstället i en viss vinkel. Vanliga exponeringsvinklar är 5 grader, 45 grader och 90 grader. Relevanta teststandarder inkluderar ISO 877 Plast - Metoder för exponering för solstrålning; ISO2810 Färger och lacker - Naturlig vittring av beläggningar - Exponering och bedömning; ASTMG7 Standard Practice for Atmospheric Environmental Exposition Testing of Nonmetallic Materials, etc.
Testmetoden för naturligt åldrande är enkel och billig, men dess testcykel är för lång, vilket påverkar produktdesignens optimeringsframsteg. Dessutom, eftersom det är en naturlig miljö och klimatförhållandena inte kan kontrolleras, för att säkerställa reproducerbarheten av testresultaten, är valet av testplats särskilt viktigt. USA etablerade ett naturligt klimatfält i södra Florida 1931, vilket är ett standardexponeringsfält för varmt och fuktigt klimat i USA. Testplatsen som etablerats i centrala Arizona är en standardplats för torr värmeexponering. Turpan-exponeringstestplatsen vid mitt lands nationella övervaknings- och inspektionscenter för motorfordon är också en typisk plats för exponering för torrt och varmt klimat. Den maximala temperaturen i Turpan-området från maj till augusti är över 40 grader, den extrema maxtemperaturen är 49,6 grader och den genomsnittliga årliga nederbörden är bara 8 mm. Exponeringsfältet i Qionghai, Hainan har typiska varma och fuktiga klimatförhållanden. Den årliga medeltemperaturen är 27,4 grader, och den genomsnittliga årliga nederbörden är så hög som 2134 mm.
2. Accelererat åldrande i laboratoriet
För att påskynda testcykeln och erhålla åldringsdata snabbare använder laboratoriet vanligtvis artificiella ljuskällor för att simulera solstrålning, matcha olika temperatur-, fukt- och regnförhållanden, etc., och kan simulera olika naturliga klimat.
1) Val av ljuskälla
Vanligt använda artificiella ljuskällor inkluderar xenonbågslampor, metallhalogenlampor och ultravioletta fluorescerande lampor. UV-lysrör kan simulera solljus mycket väl i mellanvågs UV- och kortvågiga UV-områden. Xenonbågslampor och metallhalogenlampor kan simulera solljus mycket väl i hela spektrumet. Därför kan testkammare som använder xenonlampor och metallhalogenlampor som ljuskällor väl simulera solljusstrålning, medan åldringskammare som använder fluorescerande ultravioletta lampor inte är avsedda att imitera solljus, utan bara simulera åldringseffekten av solljus. Dessutom finns det åldringsboxar på marknaden som använder kolbågslampor som ljuskälla. Kolbågsspektrumet har dock inte en bra korrelation med solljusspektrat, och användningen av kolbågslampor är av historiska skäl.
2) Relevans av accelererat åldrande
Korrelation avser graden av överensstämmelse mellan de accelererade åldringsresultaten i laboratoriet och åldringsresultaten av materialet i den faktiska användningsmiljön. Först när det accelererade åldringstestet är relevant kan det verkligen återspegla materialets väderbeständighet och verkligen förutsäga materialets livslängd. Orimligt accelererad testning kommer att minska testets relevans och till och med förlora sin mening.
3) Utvecklingstrenden med accelererat åldrande i laboratorier
Som nämnts inledningsvis inkluderar de påverkande faktorerna för materialåldring solstrålning, temperatur, vatten och andra faktorer. Åldrandet av material är resultatet av den gemensamma verkan av dessa faktorer, men det är inte en enkel överlagring av effekterna av olika faktorer. Synergin dem emellan måste också beaktas. Därför kan en mer omfattande simulering av materialets faktiska användningsmiljö leda till bättre relevanta resultat. Till exempel, enligt ISO 20340-standarden, är testet baserat på en cykel på 7 dagar. Den 1:a till 3:e dagen utförs ett UV-test med ljus- och mörkercykel enligt ISO 11507. Den 4:e till 6:e dagen utförs ett saltspraytest enligt ISO 9227. Den 7:e dagen ({{9} } Lågtemperaturtest på ±2) grad . Jämfört med det traditionella väderbeständighetstestet, integrerar det fler åldringspåverkande faktorer och är mer i linje med materialets faktiska användningsförhållanden, så att det bättre kan återspegla materialets faktiska åldrande. Vi vet att mögel, ozonkoncentration etc. alla har en viktig inverkan på åldrandet av plastprodukter. Hur man integrerar fler åldringsfaktorer i testning kommer att vara en av utvecklingsriktningarna för accelererat åldrande i laboratorier.
05 Metoder för anti-aging av polymermaterial
För närvarande inkluderar de viktigaste metoderna för att förbättra och förbättra anti-aging egenskaperna hos polymermaterial följande:
1. Fysiskt skydd (såsom förtjockning, målning, blandning av yttre skikt, etc.)
Åldrandet av polymermaterial, speciellt fotosyreåldring, börjar först från materialets eller produktens yta, vilket visar sig som missfärgning, puderbildning, sprickbildning, glansförlust, etc., och tränger sedan gradvis djupare in i det inre. Tunna produkter är mer benägna att misslyckas i förtid än tjocka produkter, så produktens livslängd kan förlängas genom att förtjocka produkten. För produkter som är benägna att åldras kan du applicera ett lager av beläggning med bra väderbeständighet på ytan, eller sammansätta ett lager av material med bra väderbeständighet på det yttre lagret av produkten för att fästa ett skyddande lager på ytan av produkten. produkt. Sakta ner åldringsprocessen.
2. Förbättra bearbetningstekniken
Många material har också åldringsproblem under syntesen eller beredningsprocessen. Till exempel påverkan av värme under polymerisation, termisk syreåldring under bearbetning, etc. På motsvarande sätt kan syrepåverkan mildras genom att tillsätta en syreborttagningsanordning eller en vakuumanordning under polymerisation eller bearbetning. Denna metod kan dock endast garantera materialets prestanda när det lämnar fabriken, och denna metod kan endast implementeras från källan för materialberedning och kan inte lösa åldringsproblemet under dess upparbetning och användning.
3. Strukturell design eller modifiering av polymermaterial
Många polymermaterial innehåller grupper som är mycket känsliga för åldrande i sin molekylära struktur. Genom materialets molekylära strukturdesign kan därför ofta goda resultat uppnås genom att ersätta de grupper som är benägna att åldras med grupper som inte är benägna att åldras. Eller så kan funktionella grupper eller strukturer med anti-aging-effekter införas i polymerkedjan genom ympning eller sampolymerisation, vilket ger själva materialet utmärkta anti-aging-funktioner. Detta är också en metod som ofta används av forskare, men kostnaden är relativt hög. Hög, storskalig produktion och tillämpning kan inte uppnås för närvarande.
4. Tillsätt anti-aging tillsatser
För närvarande är ett effektivt och vanligt sätt att förbättra polymermaterialens åldringsbeständighet att lägga till anti-aging tillsatser, som används i stor utsträckning på grund av deras låga kostnad och frånvaron av förändringar i befintliga produktionsprocesser. Det finns två huvudsakliga sätt att lägga till dessa anti-aging tillsatser:
Direkttillsatsmetoden för tillsatser: det vill säga anti-aging-tillsatsen (pulver eller vätska) blandas direkt och omrörs med råmaterial som harts, och extruderas sedan för granulering eller formsprutning, etc. Eftersom denna tillsatsmetod är enkel och lätt att implementera, används det i stor utsträckning av majoriteten av pelleterings- och formsprutningsfabriker.
Anti-aging masterbatch-tillsatsmetod: Tillverkare med högre krav på produktkvalitet och kvalitetsstabilitet använder oftare metoden att lägga till anti-aging masterbatch under produktionen. Anti-aging masterbatch erhålls genom att använda ett lämpligt harts som bärare, blandat med en mängd olika effektiva anti-aging tillsatser, och sedan samextruderas och granuleras med en dubbelskruvsextruder. Dess tillämpningsfördel ligger i användningen av anti-aging tillsatser i förberedelseprocessen för masterbatch. För det första uppnås pre-dispersion, och sedan i den senare materialbearbetningsprocessen är anti-aging tillsatser sekundärt dispergerade, vilket uppnår syftet med enhetlig dispersion av tillsatserna i polymermaterialmatrisen, vilket inte bara säkerställer kvalitetsstabiliteten hos produkt, men också Det undviker dammföroreningar under produktionen, vilket gör produktionen mer grön och miljövänlig.