Polimēru materiālu novecošanas veidi, novecošanas testi un pretnovecošanās metodes
01 Polimēru materiālu izstrādes pašreizējais stāvoklis
Polimēru materiāli to izcilo īpašību, piemēram, vieglā svara, augstās izturības, temperatūras izturības un korozijas izturības dēļ, tagad tiek plaši izmantoti daudzās jomās, piemēram, augstākās klases ražošanā, elektroniskā informācijā, transportēšanā, ēku enerģijas taupīšanā, aviācijā un nacionālajā jomā. aizsardzības un militārā rūpniecība. spēlēja milzīgu lomu.
Tā ir ne tikai nozīmīga tautsaimniecības pamatnozare, bet arī vadošā valsts nozare;
Tā ir ne tikai stratēģiski jauna naftas ķīmijas rūpniecības nozare, bet arī svarīgs palīgmateriāls tādām stratēģiski jaunām nozarēm kā elektroniskā informācija, aviācija, valsts aizsardzība un jaunā enerģija;
Tam ir ne tikai augsts tehnoloģiskais saturs un augsta pievienotā vērtība, bet arī nozīmīgs virziens naftas ķīmijas rūpniecības pārveidošanai un modernizācijai.
Tāpēc polimērmateriāli vienmēr ir bijusi attīstības joma, kurai attīstītās valstis un starptautiski uzņēmumi piešķir lielu nozīmi. Tas ne tikai nodrošina plašu tirgus telpu jaunajai polimērmateriālu nozarei, bet arī izvirza augstākas prasības tās kvalitātes veiktspējai, uzticamības līmenim un atbalsta iespējām.
Tāpēc arvien lielāku uzmanību ir piesaistījis tas, kā maksimāli palielināt polimērmateriālu izstrādājumu funkcijas, pamatojoties uz enerģijas taupīšanas, zemas oglekļa emisijas un ekoloģiskās attīstības principiem. Novecošana ir svarīgs faktors, kas ietekmē polimēru materiālu uzticamību un izturību.
02 Polimēru materiālu novecošanas veidi
Polimēru materiālu pārstrādes, uzglabāšanas un izmantošanas laikā iekšējo un ārējo faktoru kopējās ietekmes dēļ to īpašības pakāpeniski pasliktinās un galu galā zaudē lietošanas vērtību. Šī parādība ir saistīta ar polimēru materiālu novecošanos.
Tas ne tikai rada resursu izšķērdēšanu, bet pat var izraisīt lielākas avārijas darbības traucējumu dēļ, kā arī novecošanās izraisītā materiālu sadalīšanās var piesārņot vidi.
Dažādu veidu polimēru un dažādu lietošanas apstākļu dēļ tiem ir atšķirīgas novecošanas parādības un īpašības. Kopumā polimēru materiālu novecošanos var iedalīt šādos četros izmaiņu veidos:
1. Izmaiņas izskatā
Traipu, plankumu, svītru, plaisu, ziedēšanas, krīta, lipīguma, deformācijas, zivju acu, grumbu, saraušanās, apdeguma, optisko kropļojumu un optiskās krāsas izmaiņu parādīšanās.
2. Fizikālo īpašību izmaiņas
Tostarp izmaiņas šķīdībā, pietūkumā, reoloģiskajās īpašībās, aukstumizturībā, karstumizturībā, ūdens caurlaidībā, gaisa caurlaidībā un citās īpašībās.
3. Mehānisko īpašību izmaiņas
Stiepes izturības, lieces izturības, bīdes izturības, triecienizturības, relatīvā pagarinājuma, sprieguma relaksācijas un citu īpašību izmaiņas.
4. Elektrisko īpašību izmaiņas
Piemēram, virsmas pretestības, tilpuma pretestības, dielektriskās konstantes, elektriskās pārrāvuma izturības izmaiņas utt.
03 Faktori, kas izraisa polimēru materiālu novecošanos
1. Makro analīze
Tā kā polimēru apstrādes un lietošanas laikā tie tiks pakļauti vides faktoru, piemēram, siltuma, skābekļa, ūdens, gaismas, mikroorganismu un ķīmisko vielu, kombinētai iedarbībai. To ķīmiskais sastāvs un struktūra piedzīvos virkni izmaiņu, un attiecīgi mainīsies arī to fizikālās īpašības. Pasliktināšanās, piemēram, cietība, lipīgums, trauslums, krāsas maiņa, spēka zudums utt. Šīs izmaiņas un parādības sauc par novecošanos.
2. Mikroskopiskā analīze
Augstmolekulārie polimēri siltuma vai gaismas iedarbībā veidos ierosinātas stāvokļa molekulas. Kad enerģija ir pietiekami augsta, molekulārās ķēdes pārtrūks, veidojot brīvos radikāļus. Brīvie radikāļi var veidot ķēdes reakcijas polimēra iekšienē, turpināt izraisīt degradāciju un var izraisīt šķērssavienojumu.
Ja vidē atrodas skābeklis vai ozons, tiks ierosinātas vairākas oksidācijas reakcijas, veidojot hidroperoksīdus (ROOH), kas tālāk sadalīsies karbonilgrupās.
Ja polimērā ir atlikušie katalizatora metālu joni vai apstrādes un lietošanas laikā tiek ievadīti metāla joni, piemēram, varš, dzelzs, mangāns, kobalts utt., Polimēra oksidatīvā noārdīšanās reakcija tiks paātrināta.
04 Novecošanas tests
Jaunu materiālu izstrādē vai uzlabošanā, lai pārliecinātos par to kalpošanas laiku vai pretnovecošanās efektu, nepieciešama novecošanās pārbaude. Parastie novecošanas testi ietver dabisko novecošanu un laboratoriski paātrinātu novecošanu.
1.Dabiskā novecošanās
Dabiskā novecošana ir materiāla parauga tieša pakļaušana dabiskajai videi. Parasti paraugs tiek uzstādīts uz ekspozīcijas statīva noteiktā leņķī. Parastie ekspozīcijas leņķi ir 5 grādi, 45 grādi un 90 grādi. Attiecīgie testēšanas standarti ietver ISO 877 Plastmasas – Saules starojuma iedarbības metodes; ISO2810 Krāsas un lakas - Pārklājumu dabīgā atmosfēras iedarbība - Ekspozīcija un novērtējums; ASTMG7 standarta prakse nemetālisku materiālu u.c. atmosfēras iedarbības testēšanai.
Dabiskā novecošanās testa metode ir vienkārša un lēta, taču tās testa cikls ir pārāk garš, kas ietekmē produkta dizaina optimizācijas gaitu. Turklāt, tā kā tā ir dabiska vide un klimatiskos apstākļus nevar kontrolēt, lai nodrošinātu testa rezultātu reproducējamību, testa vietas izvēle ir īpaši svarīga. Amerikas Savienotās Valstis 1931. gadā Dienvidfloridā izveidoja dabiskā klimata lauku, kas ir standarta karstā un mitrā klimata iedarbības lauks Amerikas Savienotajās Valstīs. Arizonas centrālajā daļā izveidotā testa vieta ir standarta sausa karstuma iedarbības vieta. Manas valsts Valsts mehānisko transportlīdzekļu produktu kvalitātes uzraudzības un pārbaudes centra Turpan iedarbības pārbaudes vieta ir arī tipiska sausa un karsta klimata iedarbības vieta. Maksimālā temperatūra Turpan apgabalā no maija līdz augustam ir virs 40 grādiem, galējā maksimālā temperatūra ir 49,6 grādi, un gada vidējais nokrišņu daudzums ir tikai 8 mm. Ekspozīcijas laukā Qionghai, Hainan ir tipiski karsti un mitri klimatiskie apstākļi. Gada vidējā temperatūra ir 27,4 grādi, un gada vidējais nokrišņu daudzums sasniedz 2134 mm.
2. Paātrināta novecošana laboratorijā
Lai paātrinātu testa ciklu un ātrāk iegūtu datus par novecošanu, laboratorijā parasti tiek izmantoti mākslīgie gaismas avoti, lai simulētu saules starojumu, saskaņotu dažādus temperatūras, mitruma un lietus apstākļus utt., kā arī var simulēt dažādus dabiskos klimatus.
1) Gaismas avota izvēle
Parasti izmantotie mākslīgie gaismas avoti ir ksenona loka spuldzes, metālu halogenīdu spuldzes un ultravioletās dienasgaismas spuldzes. UV dienasgaismas spuldzes var ļoti labi simulēt saules gaismu vidēja viļņa UV un īsviļņu UV diapazonā. Ksenona loka spuldzes un metālu halogenīdu spuldzes var ļoti labi simulēt saules gaismu visā spektrā. Tāpēc testa kameras, kurās kā gaismas avoti izmanto ksenona lampas un metālu halogenīdu spuldzes, var labi simulēt saules starojumu, savukārt novecošanas kameras, kurās tiek izmantotas dienasgaismas ultravioletās spuldzes, nav paredzētas, lai imitētu saules gaismu, bet tikai simulētu saules gaismas novecojošo efektu. Turklāt tirgū ir novecojošas kastes, kurās kā gaismas avots tiek izmantotas oglekļa loka lampas. Tomēr oglekļa loka spektram nav labas korelācijas ar saules gaismas spektru, un oglekļa loka lampu testēšana tiek izmantota vēsturisku iemeslu dēļ.
2) Paātrinātās novecošanas atbilstība
Korelācija attiecas uz konsekvences pakāpi starp paātrinātās novecošanas rezultātiem laboratorijā un materiāla novecošanas rezultātiem faktiskajā lietošanas vidē. Tikai tad, kad paātrinātās novecošanas tests ir svarīgs, tas var patiesi atspoguļot materiāla izturību pret laikapstākļiem un patiesi paredzēt materiāla kalpošanas laiku. Nepamatota paātrināta testēšana samazinās testa atbilstību un pat zaudēs savu nozīmi.
3) Paātrinātās novecošanas attīstības tendence laboratorijās
Kā jau minēts sākumā, materiālu novecošanos ietekmējošie faktori ir saules starojums, temperatūra, ūdens un citi faktori. Materiālu novecošanās ir šo faktoru kopīgas darbības rezultāts, taču tā nav vienkārša dažādu faktoru ietekmes superpozīcija. Jāņem vērā arī to sinerģija. Tāpēc visaptverošāka materiāla faktiskās lietošanas vides simulācija var nodrošināt atbilstošākus rezultātus. Piemēram, saskaņā ar ISO 20340 standartu pārbaude ir balstīta uz 7 dienu ciklu. No 1. līdz 3. dienai tiek veikts UV tests ar gaismas un tumšo ciklu saskaņā ar ISO 11507. 4. līdz 6. dienā tiek veikts sāls izsmidzināšanas tests saskaņā ar ISO 9227. 7. dienā ({{9} } Zemas temperatūras tests ±2) grādi . Salīdzinot ar tradicionālo laikapstākļu noturības testu, tajā ir integrēti vairāk novecošanās ietekmējošo faktoru un tas vairāk atbilst materiāla faktiskajiem lietošanas apstākļiem, tāpēc tas var labāk atspoguļot materiāla faktisko novecošanos. Mēs zinām, ka pelējums, ozona koncentrācija utt. būtiski ietekmē plastmasas izstrādājumu novecošanos. Kā testēšanā integrēt vairāk novecošanas faktoru, tas būs viens no paātrinātās novecošanas attīstības virzieniem laboratorijās.
05 Polimēru materiālu pretnovecošanās metodes
Pašlaik galvenās metodes polimēru materiālu pretnovecošanās īpašību uzlabošanai ir šādas:
1. Fiziskā aizsardzība (piemēram, sabiezēšana, krāsošana, ārējā slāņa savienošana utt.)
Polimēru materiālu novecošanās, īpaši fotoskābekļa novecošana, vispirms sākas no materiāla vai izstrādājuma virsmas, kas izpaužas kā krāsas maiņa, pulverēšana, plaisāšana, spīduma zudums utt., un pēc tam pakāpeniski iekļūst dziļāk iekšpusē. Plāniem izstrādājumiem ir lielāka iespēja priekšlaicīgi sabojāties nekā bieziem, tāpēc produkta kalpošanas laiku var pagarināt, sabiezinot produktu. Produktiem, kuriem ir tendence novecot, varat uzklāt pārklājuma slāni ar labu laikapstākļu noturību uz izstrādājuma ārējā slāņa vai uzklāt materiāla slāni ar labu laikapstākļu izturību, lai piestiprinātu aizsargkārtu uz izstrādājuma virsmas. produkts. Palēnināt novecošanās procesu.
2. Uzlabot apstrādes tehnoloģiju
Daudziem materiāliem ir arī novecošanas problēmas sintēzes vai sagatavošanas procesā. Piemēram, siltuma ietekme polimerizācijas laikā, termiskā skābekļa novecošana apstrādes laikā uc Attiecīgi skābekļa ietekmi var mazināt, pievienojot skābekļa noņemšanas ierīci vai vakuuma ierīci polimerizācijas vai apstrādes laikā. Tomēr šī metode var garantēt materiāla veiktspēju tikai tad, kad tas tiek izvests no rūpnīcas, un šo metodi var ieviest tikai no materiāla sagatavošanas avota, un tā nevar atrisināt novecošanas problēmu tā pārstrādes un lietošanas laikā.
3. Polimēru materiālu konstrukcijas projektēšana vai modifikācijas
Daudzi polimēru materiāli satur grupas, kuru molekulārā struktūra ir ļoti jutīga pret novecošanos. Tāpēc, izmantojot materiāla molekulārās struktūras dizainu, novecošanai pakļautās grupas aizstājot ar grupām, kurām nav tendence novecot, bieži vien var sasniegt labus rezultātus. Vai arī ar potēšanas vai kopolimerizācijas palīdzību polimēru ķēdē var ievadīt funkcionālās grupas vai struktūras ar pretnovecošanās iedarbību, nodrošinot pašam materiālam lieliskas pretnovecošanās funkcijas. Šo metodi bieži izmanto arī pētnieki, taču izmaksas ir salīdzinoši augstas. Augstu, liela apjoma ražošanu un pielietojumu pagaidām nevar panākt.
4. Pievienojiet pretnovecošanās piedevas
Pašlaik efektīvs un izplatīts veids, kā uzlabot polimēru materiālu novecošanās izturību, ir pievienot pretnovecošanās piedevas, kuras tiek plaši izmantotas to zemo izmaksu un izmaiņu trūkuma dēļ esošajos ražošanas procesos. Ir divi galvenie veidi, kā pievienot šīs pretnovecošanās piedevas:
Piedevu tiešās pievienošanas metode: tas ir, pretnovecošanās piedevu (pulveri vai šķidrumu) tieši sajauc un maisa ar izejvielām, piemēram, sveķiem, un pēc tam izspiež granulēšanai vai iesmidzināšanai utt. Tā kā šī pievienošanas metode ir vienkārša un vienkārša. lai ieviestu, to plaši izmanto lielākā daļa granulēšanas un iesmidzināšanas formēšanas rūpnīcu.
Pretnovecošanas pamatsavienojuma pievienošanas metode: ražotāji, kuriem ir augstākas prasības attiecībā uz produkta kvalitāti un kvalitātes stabilitāti, ražošanas laikā biežāk izmanto pretnovecošanās pamatsavienojuma pievienošanas metodi. Pretnovecošanas galveno maisījumu iegūst, par nesēju izmantojot piemērotus sveķus, sajaucot ar dažādām efektīvām pretnovecošanās piedevām un pēc tam koekstrudējot un granulējot ar dubultskrūves ekstrūderi. Tās pielietojuma priekšrocība ir pretnovecošanās piedevu izmantošana pamatsagatavošanas procesā. Pirmkārt, tiek panākta iepriekšēja izkliedēšana, bet vēlākā materiāla apstrādes procesā pretnovecošanās piedevas tiek sekundāri izkliedētas, sasniedzot mērķi vienmērīgi izkliedēt piedevas polimērmateriāla matricā, kas ne tikai nodrošina materiāla kvalitātes stabilitāti. produkts, bet arī Tas novērš putekļu piesārņojumu ražošanas laikā, padarot ražošanu zaļāku un videi draudzīgāku.