Jenis penuaan, ujian penuaan dan kaedah anti-penuaan bahan polimer
01 Status semasa pembangunan bahan polimer
Bahan polimer, kerana sifatnya yang sangat baik seperti ringan, kekuatan tinggi, rintangan suhu, dan rintangan kakisan, kini digunakan secara meluas dalam banyak bidang seperti pembuatan mewah, maklumat elektronik, pengangkutan, pemuliharaan tenaga bangunan, aeroangkasa, dan negara. industri pertahanan dan ketenteraan. memainkan peranan yang besar.
Ia bukan sahaja industri asas penting ekonomi negara, tetapi juga industri peneraju negara;
Ia bukan sahaja industri baru muncul strategik dalam industri petrokimia, tetapi juga bahan sokongan penting untuk industri baru muncul strategik seperti maklumat elektronik, aeroangkasa, pertahanan negara, dan tenaga baharu;
Ia bukan sahaja mempunyai kandungan teknologi tinggi dan nilai tambah yang tinggi, ia juga merupakan hala tuju penting untuk transformasi dan menaik taraf industri petrokimia.
Oleh itu, bahan polimer sentiasa menjadi kawasan pembangunan yang amat dititikberatkan oleh negara maju dan syarikat multinasional. Ini bukan sahaja menyediakan ruang pasaran yang luas untuk industri bahan polimer baharu, tetapi juga mengemukakan keperluan yang lebih tinggi untuk prestasi kualiti, tahap kebolehpercayaan dan keupayaan sokongannya.
Oleh itu, bagaimana untuk memaksimumkan fungsi produk bahan polimer berdasarkan prinsip penjimatan tenaga, karbon rendah dan pembangunan ekologi telah menarik lebih banyak perhatian. Penuaan adalah faktor penting yang mempengaruhi kebolehpercayaan dan ketahanan bahan polimer.
02 Jenis penuaan bahan polimer
Semasa pemprosesan, penyimpanan dan penggunaan bahan polimer, disebabkan oleh kesan gabungan faktor dalaman dan luaran, sifatnya secara beransur-ansur merosot dan akhirnya kehilangan nilai penggunaannya. Fenomena ini tergolong dalam penuaan bahan polimer.
Ini bukan sahaja menyebabkan pembaziran sumber, malah boleh mengakibatkan kemalangan yang lebih besar akibat kegagalan fungsi, dan penguraian bahan yang disebabkan oleh penuaan juga boleh mencemarkan alam sekitar.
Disebabkan oleh jenis polimer yang berbeza dan keadaan penggunaan yang berbeza, mereka mempunyai fenomena dan ciri penuaan yang berbeza. Secara amnya, penuaan bahan polimer boleh dikelaskan kepada empat jenis perubahan berikut:
1. Perubahan penampilan
Kemunculan kotoran, bintik-bintik, coretan, rekahan, mekar, berkapur, melekit, melengkung, mata ikan, berkedut, mengecut, terik, herotan optik, dan perubahan warna optik.
2. Perubahan sifat fizikal
Termasuk perubahan dalam keterlarutan, bengkak, sifat reologi, rintangan sejuk, rintangan haba, kebolehtelapan air, kebolehtelapan udara dan sifat lain.
3. Perubahan sifat mekanikal
Perubahan dalam kekuatan tegangan, kekuatan lentur, kekuatan ricih, kekuatan hentaman, pemanjangan relatif, kelonggaran tegasan dan sifat-sifat lain.
4. Perubahan sifat elektrik
Seperti perubahan dalam rintangan permukaan, rintangan isipadu, pemalar dielektrik, kekuatan kerosakan elektrik, dsb.
03 Faktor yang menyebabkan penuaan bahan polimer
1. Analisis makro
Kerana semasa pemprosesan dan penggunaan polimer, mereka akan tertakluk kepada kesan gabungan faktor persekitaran seperti haba, oksigen, air, cahaya, mikroorganisma, dan media kimia. Komposisi dan struktur kimia mereka akan mengalami beberapa siri perubahan, dan sifat fizikalnya juga akan berubah dengan sewajarnya. Kemerosotan, seperti kekerasan, melekit, rapuh, perubahan warna, kehilangan kekuatan, dll. Perubahan dan fenomena ini dipanggil penuaan.
2. Analisis mikroskopik
Polimer molekul tinggi akan membentuk molekul keadaan teruja di bawah tindakan haba atau cahaya. Apabila tenaga cukup tinggi, rantai molekul akan pecah untuk membentuk radikal bebas. Radikal bebas boleh membentuk tindak balas berantai di dalam polimer, terus menyebabkan degradasi, dan boleh Menyebabkan hubungan silang.
Jika oksigen atau ozon terdapat dalam persekitaran, satu siri tindak balas pengoksidaan akan didorong untuk membentuk hidroperoksida (ROOH), yang akan terus terurai kepada kumpulan karbonil.
Jika terdapat baki ion logam pemangkin dalam polimer, atau ion logam seperti kuprum, besi, mangan, kobalt, dll. diperkenalkan semasa pemprosesan dan penggunaan, tindak balas degradasi oksidatif polimer akan dipercepatkan.
04 Ujian penuaan
Dalam pembangunan atau penambahbaikan bahan baharu, untuk mengesahkan hayat perkhidmatan atau kesan anti-penuaan mereka, ujian penuaan diperlukan. Ujian penuaan biasa termasuk penuaan semula jadi dan penuaan dipercepatkan makmal.
1.Penuaan semulajadi
Penuaan semulajadi adalah untuk mendedahkan sampel bahan secara terus kepada persekitaran semula jadi. Biasanya sampel dipasang pada rak pendedahan pada sudut tertentu. Sudut pendedahan biasa ialah 5 darjah , 45 darjah dan 90 darjah . Piawaian ujian yang berkaitan termasuk Plastik ISO 877 - Kaedah pendedahan kepada sinaran suria; ISO2810 Cat dan varnis - Luluhawa semulajadi salutan - Pendedahan dan penilaian; Amalan Standard ASTMG7 untuk Ujian Pendedahan Persekitaran Atmosfera bagi Bahan Bukan Logam, dsb.
Kaedah ujian penuaan semulajadi adalah mudah dan kos rendah, tetapi kitaran ujiannya terlalu panjang, yang menjejaskan kemajuan pengoptimuman reka bentuk produk. Selain itu, kerana ia adalah persekitaran semula jadi dan keadaan iklim tidak boleh dikawal, untuk memastikan kebolehulangan keputusan ujian, pemilihan tapak ujian adalah amat penting. Amerika Syarikat menubuhkan medan iklim semula jadi di Florida Selatan pada tahun 1931, yang merupakan medan pendedahan iklim panas dan lembap standard di Amerika Syarikat. Tapak ujian yang ditubuhkan di Arizona tengah ialah tapak pendedahan haba kering standard. Tapak Ujian Pendedahan Turpan Pusat Penyeliaan dan Pemeriksaan Kualiti Produk Kenderaan Bermotor Negara saya juga merupakan tapak pendedahan iklim kering dan panas yang tipikal. Suhu maksimum di kawasan Turpan dari Mei hingga Ogos adalah melebihi 40 darjah, suhu maksimum melampau ialah 49.6 darjah, dan purata hujan tahunan hanya 8 mm. Medan pendedahan di Qionghai, Hainan mempunyai keadaan iklim panas dan lembap yang tipikal. Purata suhu tahunan ialah 27.4 darjah , dan purata hujan turun ialah 2134 mm.
2. Mempercepatkan penuaan di makmal
Untuk mempercepatkan kitaran ujian dan mendapatkan data penuaan dengan lebih cepat, makmal biasanya menggunakan sumber cahaya buatan untuk mensimulasikan sinaran suria, memadankan suhu, kelembapan dan keadaan hujan yang berbeza, dsb., dan boleh mensimulasikan pelbagai iklim semula jadi.
1) Pemilihan sumber cahaya
Sumber cahaya buatan yang biasa digunakan termasuk lampu arka xenon, lampu halida logam dan lampu pendarfluor ultraungu. Lampu pendarfluor UV boleh mensimulasikan cahaya matahari dengan baik dalam julat UV gelombang sederhana dan UV gelombang pendek. Lampu arka Xenon dan lampu halida logam boleh mensimulasikan cahaya matahari dengan baik dalam spektrum penuh. Oleh itu, ruang ujian yang menggunakan lampu xenon dan lampu halida logam sebagai sumber cahaya boleh mensimulasikan sinaran cahaya matahari dengan baik, manakala ruang penuaan yang menggunakan lampu ultraviolet pendarfluor tidak bertujuan untuk meniru cahaya matahari, tetapi hanya meniru kesan penuaan cahaya matahari. Selain itu, terdapat kotak penuaan di pasaran yang menggunakan lampu arka karbon sebagai sumber cahaya. Walau bagaimanapun, spektrum arka karbon tidak mempunyai korelasi yang baik dengan spektrum cahaya matahari, dan penggunaan ujian lampu arka karbon adalah atas sebab sejarah.
2) Perkaitan penuaan dipercepatkan
Korelasi merujuk kepada tahap ketekalan antara keputusan penuaan dipercepatkan dalam makmal dan hasil penuaan bahan dalam persekitaran penggunaan sebenar. Hanya apabila ujian penuaan dipercepatkan adalah relevan, ia boleh benar-benar mencerminkan rintangan cuaca bahan dan benar-benar meramalkan hayat perkhidmatan bahan. Ujian dipercepatkan yang tidak munasabah akan mengurangkan kaitan ujian malah kehilangan maknanya.
3) Trend pembangunan penuaan dipercepatkan di makmal
Seperti yang dinyatakan pada permulaan, faktor yang mempengaruhi penuaan bahan termasuk sinaran suria, suhu, air dan faktor lain. Penuaan bahan adalah hasil daripada tindakan bersama faktor-faktor ini, tetapi ia bukan superposisi mudah kesan pelbagai faktor. Sinergi antara mereka juga perlu difikirkan. Oleh itu, simulasi yang lebih komprehensif tentang persekitaran penggunaan sebenar bahan boleh membawa kepada hasil yang lebih relevan. Sebagai contoh, mengikut piawaian ISO 20340, ujian adalah berdasarkan kitaran selama 7 hari. Pada hari ke-1 hingga ke-3, ujian UV dengan kitaran terang dan gelap dilakukan mengikut ISO 11507. Pada hari ke-4 hingga ke-6, ujian semburan garam dilakukan mengikut ISO 9227. Pada hari ke-7 ({{9} } Ujian suhu rendah ±2) darjah . Berbanding dengan ujian rintangan cuaca tradisional, ia menyepadukan lebih banyak faktor yang mempengaruhi penuaan dan lebih selaras dengan keadaan penggunaan sebenar bahan, jadi ia dapat mencerminkan penuaan sebenar bahan dengan lebih baik. Kita tahu bahawa acuan, kepekatan ozon, dsb. semuanya mempunyai kesan penting terhadap penuaan produk plastik. Bagaimana untuk mengintegrasikan lebih banyak faktor penuaan dalam ujian akan menjadi salah satu arah pembangunan penuaan dipercepatkan di makmal.
05 Kaedah untuk anti-penuaan bahan polimer
Pada masa ini, kaedah utama untuk memperbaiki dan meningkatkan sifat anti-penuaan bahan polimer termasuk yang berikut:
1. Perlindungan fizikal (seperti penebalan, pengecatan, pengkompaunan lapisan luar, dsb.)
Penuaan bahan polimer, terutamanya penuaan fotooksigen, mula-mula bermula dari permukaan bahan atau produk, menjelma sebagai perubahan warna, serbuk, retak, kehilangan kilauan, dan lain-lain, dan kemudian secara beransur-ansur menembusi lebih dalam ke dalam. Produk nipis lebih berkemungkinan gagal lebih awal daripada produk tebal, jadi hayat perkhidmatan produk boleh dilanjutkan dengan menebal produk. Untuk produk yang terdedah kepada penuaan, anda boleh menggunakan lapisan salutan dengan rintangan cuaca yang baik pada permukaan, atau menggabungkan lapisan bahan dengan rintangan cuaca yang baik pada lapisan luar produk untuk melekatkan lapisan pelindung pada permukaan produk. Melambatkan proses penuaan.
2. Meningkatkan teknologi pemprosesan
Banyak bahan juga mengalami masalah penuaan semasa proses sintesis atau penyediaan. Contohnya, pengaruh haba semasa pempolimeran, penuaan oksigen terma semasa pemprosesan, dsb. Sejajar dengan itu, kesan oksigen boleh dikurangkan dengan menambah peranti penyingkiran oksigen atau peranti vakum semasa pempolimeran atau pemprosesan. Walau bagaimanapun, kaedah ini hanya boleh menjamin prestasi bahan apabila ia meninggalkan kilang, dan kaedah ini hanya boleh dilaksanakan dari sumber penyediaan bahan, dan tidak dapat menyelesaikan masalah penuaan semasa pemprosesan semula dan penggunaannya.
3. Reka bentuk struktur atau pengubahsuaian bahan polimer
Banyak bahan polimer mengandungi kumpulan yang sangat terdedah kepada penuaan dalam struktur molekulnya. Oleh itu, melalui reka bentuk struktur molekul bahan, menggantikan kumpulan yang terdedah kepada penuaan dengan kumpulan yang tidak terdedah kepada penuaan selalunya boleh mencapai hasil yang baik. Atau, kumpulan berfungsi atau struktur dengan kesan anti-penuaan boleh dimasukkan ke dalam rantai polimer melalui cantuman atau kopolimerisasi, memberikan bahan itu sendiri fungsi anti-penuaan yang sangat baik. Ini juga merupakan kaedah yang sering digunakan oleh penyelidik, tetapi kosnya agak tinggi. Pengeluaran dan aplikasi berskala besar dan tinggi tidak dapat dicapai buat masa ini.
4. Tambah bahan tambahan anti-penuaan
Pada masa ini, cara yang berkesan dan biasa untuk meningkatkan rintangan penuaan bahan polimer adalah dengan menambah bahan tambahan anti-penuaan, yang digunakan secara meluas kerana kosnya yang rendah dan ketiadaan perubahan kepada proses pengeluaran sedia ada. Terdapat dua cara utama untuk menambah bahan tambahan anti-penuaan ini:
Kaedah penambahan langsung bahan tambahan: iaitu, bahan tambahan anti-penuaan (serbuk atau cecair) terus dicampur dan dikacau dengan bahan mentah seperti resin, dan kemudian disemperit untuk granulasi atau pengacuan suntikan, dan lain-lain. Kerana kaedah penambahan ini adalah mudah dan mudah. untuk melaksanakan, ia digunakan secara meluas oleh majoriti kilang pengacuan pelet dan suntikan.
Kaedah penambahan masterbatch anti-penuaan: Pengilang dengan keperluan yang lebih tinggi untuk kualiti produk dan kestabilan kualiti lebih kerap menggunakan kaedah menambah masterbatch anti-penuaan semasa pengeluaran. Masterbatch anti-penuaan diperoleh dengan menggunakan resin yang sesuai sebagai pembawa, dicampur dengan pelbagai bahan tambahan anti-penuaan yang cekap, dan kemudian diekstrusi bersama dan dibutir oleh penyemperit skru berkembar. Kelebihan aplikasinya terletak pada penggunaan bahan tambahan anti-penuaan dalam proses penyediaan masterbatch. Pertama, pra-penyebaran dicapai, dan kemudian dalam proses pemprosesan bahan kemudian, bahan tambahan anti-penuaan disebarkan sekunder, mencapai tujuan penyebaran seragam bahan tambahan dalam matriks bahan polimer, yang bukan sahaja memastikan kestabilan kualiti produk, tetapi juga Ia mengelakkan pencemaran habuk semasa pengeluaran, menjadikan pengeluaran lebih hijau dan mesra alam.