康阜新材料為您分析高分子材料的老化
- 發布時間：2019-08-12 08-12 16:46 作者：康阜新材料
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當今，高分子材料已在航空、汽車、船艦、基礎構建、軍用品等不同領域有著越來越廣泛的應用，然而,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，發生老化現象，從而部分喪失或喪失其使用價值。老化已成為一個亟需解決的問題，其實際造成的危害非常嚴重，尤其是在苛刻環境條件下，常導致設備過早失效、材料大量流失，不但在經濟上受到很大損失，導致資源的浪費，甚至因材料的失效分解造成對環境的污染。
一．老化的簡介
高分子材料，尤其是含有大量不飽和C=C雙鍵的橡膠及橡膠制品，在貯存、加工或使用過程中，在熱、光、氧、臭氧、機械力或重金屬離子等外在環境因素的影響和作用下，引起分子鏈的降解或交聯，不僅材料表面會出現斑點、失光變色、產生裂紋等，而且材料的性能逐漸變差，會變軟發黏或變硬發脆，這種現象稱為高分子材料的老化。
老化通常有以下四種現象，分別為：
1.變軟發粘（天然橡膠老化，橡皮筋、乳膠管、乳膠手套）
2.變硬變脆（大部分合成膠的老化，輪胎胎側、胎面）
3.變色及龜裂（臭氧老化及光氧老化，雨刷條）
4.發霉及粉化（潮濕環境，生物老化）
二．老化的原因
老化的原因有很多，通常分為內在原因和外部原因。
1.內在原因，即為決定因素，分為以下幾點：
（1）鏈節結構：橡膠的基本結構如天然橡膠的單元異戊二烯，存在雙鍵及活潑氫原子，所以易參與反應。
（2）分子鏈結構：
大分子鏈的弱鍵、薄弱環節越多越易老化；
不飽和碳鏈高分子比飽和碳鏈高分子更容易發生老化；
支化的大分子比線型的大分子更容易氧化。
（3）硫化膠交聯結構：交聯鍵有-S-、-S2-、-SX-、-C-C-
交聯鍵結構不同，硫化膠耐老化性不同。
（4）高分子材料配合組分及雜質：
材料中常存在變價金屬，如Cu、Fe、Co、Ni 等。
2.外在原因，即為誘導因素，可作以下圖表示意：
三．老化的機理
以聚丙烯PP為例，研究老化機理：
1.鏈引發
聚丙烯結構中的叔碳原子在光、熱和氧的作用下極易生成自由基:
2.鏈傳遞
自由基自動催化生成過氧化自由基和大分子過氧化物，過氧化物分解又產生自由基，自由基又可和聚合物反應，使自由基不斷傳遞，反應延續:
3.鏈終止
自由基相互結合生成穩定的產物，終止鏈反應:
四．老化的防護措施
高分子材料的防護措施可以從兩方面考慮，分別為物理防護法和化學防護法。
1.物理防護法
原理：盡量避免高分子材料與外界老化因素接觸。
2.化學防護法
原理：通過化學反應抑制老化反應進行。
五．結束語
隨著高分子材料應用的深入，對它的耐老化性能要求越來越高，而高分子材料耐老化性能的影響因素很多，需要從自身結構及外部環境進行綜合考慮，有選擇性的添加助劑的同時，也要合理地選擇加工方式，最大限度的提高耐老化性能。
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