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高分子材料老化分析与防老化措施分析
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影响高分子材料老化的因素与应对措施
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3秒自动关闭窗口高分子材料老化分析与防老化措施分析--《通讯世界》2015年02期
高分子材料老化分析与防老化措施分析
【摘要】：高分子材料具有非常优异的新能,用途非常广泛,具有很高的市场占有率。但由于高分子材料在广泛使用过程中受到光照、湿度以及温度等外界多种环境因素影响与作用,导致其力学性能和外观结构发生变化,容易老化。为进一步提高高分子材料的抗老化性能,必须充分认识影响其老化的各种因素,分析其老化机理及老化进程。本文分析了引起高分子材料老化的因素,详细分析各种老化措施,建立了较为完善的老化与防老化的综合评价体系。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TB324【正文快照】：
1高分子及其老化现象1.1高分子材料简述一般来说,高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等各类生活与生产中常见的材料。其中,塑料、合成纤维和合成橡胶广泛应用在航空工业、汽车工业、基础设施建设行业以及军事建设等多种行业,为我国经济社会的发展与人民生活
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京公网安备75号信息记录材料2004年第5卷第4期；技术知识介绍；高分子材料老化机理初探；任圣平,张立；(中国电子科技集团公司第33研究所,太原0300；摘要:本文分析了各种环境因素对高分子材料的影响,；关键词:高分子材料;老化;机理；中图分类号:37116文献标识码:A(2004)；Materials；RENSheng2ping,ZHANGLi；(CETCNo.33Res
信息记录材料　2004年　第5卷　第4期
技术知识介绍
高分子材料老化机理初探
任圣平,张　立
(中国电子科技集团公司第33研究所,太原030006)
　　摘　要:本文分析了各种环境因素对高分子材料的影响,介绍了常用的几种加速老化试验的方法及老化材料防护措施。
关键词:高分子材料;老化;机理
中图分类号:37116　　　文献标识码:A　　　(2004)-04
RENSheng2ping,ZHANGLi
(CETCNo.33ResearchInstitute,Taiyuan030006,China)
Abstract:Theeffectofenvironmentfactorsontheageingofpolymermaterials,thewaysofartificialagingtestandthewaysofprotectionagainstageingareintroduced.
Keywords:mechanism
化是可逆性的变化,化学老化是不可逆的变化。物
1　材料的老化
大多数信息记录介质的构造都离不开高分子材料作为承载的基体,如用于软磁盘的聚酯薄膜(PET)、用于光盘的聚碳酸酯(PC)和有机玻璃(PMMA)等,由于高分子材料具有老化的固有特征,这些记录介质的固有寿命以及如何采取积极的防护措施延长寿命就成为人们关注的话题。本文着重探讨材料老化的机理。
通俗地讲,老化就是聚合物材料的性能由好变坏的一个过程。随着时间的推移,在材料中持续发生着各种可逆或不可逆的物化变化,造成了材料老化。老化有物理老化和化学老化两种类型,物理老
　收稿日期:　作者简介:任圣平(1965-),女,高工,山西人,主要从事信
息记录介质加固技术研究。
理老化不涉及聚合物分子结构的变化,仅仅是由于物理作用而发生的变化。化学老化是指聚合物(包括塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂等)在加工、储存、运输和使用过程中,经受各种外界环境因素(如热、光照、氧、臭氧、湿气等)的影响,使聚合物的性能下降,以至于最后丧失使用价值的现象。通常我们说的老化指的是化学老化。1.1　老化现象
由于聚合物品种不同,使用条件各异,因而有不同的老化现象和特征。例如农用塑料薄膜经过日晒雨淋后发生变色、变脆、透明度下降。航空有机玻璃用久后出现银纹、透明度下降。橡胶制品长久使用后弹性下降、变硬、开裂或者变软、发粘;涂料长久使用后发生失光、粉化、气泡、
老化现象归纳起来有下列4种变化:(1)外观的变化　出现污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化、发粘、翘曲、鱼眼、起皱、收
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InformationRecordingMaterials2004Vol.5No.4
缩、焦烧、光学畸变以及光学颜色的变化。
(2)物理性能的变化　包括溶解性、溶胀性、流变性能以及耐寒、耐热、透水、透气等性能的变化;
(3)力学性能的变化　包括:张力强度、弯曲强度、剪切强度、冲击强度、相对伸长率、应力松驰等性能的变化。
(4)电性能的变化　如表面电阻、体积电阻、介电常数、电击穿强度等的变化。1.2　老化因素
影响聚合物发生老化的因素有内在和外在的两种因素,内在的因素包括以下几种:
(1)聚合物的化学结构　身的化学结构有密切关系,(2)物理形态　列的,有些是无序的。有序排列的分子键可形成结晶区,无序排列的分子键为非晶区,很多聚合物的形态并不是均匀的,而是半结晶状态,既有晶区也有非晶区,老化反应首先从非晶区开始。
(3)立体归整性　聚合物的立体归整性与它的结晶度有密切关系。一般地,规整的聚合物比无规聚合物耐老化性能好。
(4)分子量及其分布　一般情况,聚合物的分子量与老化关系不大,而分子量的分布对聚合物的老化性能影响很大,分布越宽越容易老化,因为分布越宽端基越多,越容易引起老化反应。
外在的因素有化学的因素、物理的因素和生物的因素。物理的因素包括:光、热、高能辐射、机械作用力以及各种霉菌对聚合物的破坏。1.3　老化机理[1]
聚合物的化学老化是聚合物分子结构变化的结果,例如,塑料的变软就是聚合物分子降解的结果,塑料变硬就是聚合物分子交联的结果,橡胶的龟裂是橡胶的分子与大气中的臭氧分子发生化学反应的结果。聚合物的化学老化是按自由基化学反应机理进行的,是一个自动氧化反应过程,包括以下三个阶段:
引发链增长
产生R?或RO2?自由基R?+O2→RO2?
RO2?+RH→ROOH+R?
链终长2R?→R-RRO2?+R?→ROOR
2RO2?→非活性化合物　其中R
代表高分子基团。
2　材料的老化试验
2.1　耐候性试验
、冷热、风
。耐候性试验是将,使,通过各暴露阶段的外观、颜色及某些性能的检测,用以了解和比较材料或制品的老化速度和特征。由于户外暴露中气候
因素差别很大,而且变化无常,不同地区、季节或不同气候区的试验结果不能进行比较,而且户外试验很耗费时间,因此耐候性试验是自然气候和人工气候条件下进行老化性能试验的广义词。但不包括耐盐雾、耐热、耐湿热等特殊方式的试验。耐候性试验主要有3种类型:(1)自然气候老化试验即户外老化;(2)人工气候老化试验,模拟光能、温度、降雨或凝露、湿度这几种气候因素进行强化试验;(3)跟踪太阳和聚光加速大气老化试验。2.2　耐热性试验
热是促进高聚物发生老化反应的主要因素之一,热可使高聚物分子发生链断裂从而产生自由基,形成自由基链式反应,导致聚合物降解和交联,性能劣化。烘箱法老化试验是耐热性试验的常用方法,将试样置于选定条件的热烘箱内,周期性地检查和测试试样外观和性能的变化,从而评价试样的耐热性。这种方法常用于塑料和橡胶,信息记录介质的耐热试验也常采用此方法。2.3　湿热试验
湿热老化试验是用于鉴定高分子材料在高温、高湿环境下耐老化性能的试验方法,是涂热试验中的主要项目之一,也是信息记录材料环境材料环境适应试验的主要项目。高温下的水汽对高分子材料具有一定的渗透能力,尤其是在热的作用下,这种渗透能力更强,能够渗透到材料体系内部并积累起来形成水泡,从而降低了分子间的相互作用,导致材料的性能劣化。湿热老化试验一般使用湿热试验
信息记录材料　2004年　第5卷　第4期
技术知识介绍
的能力,但环境温度达到某一低温区域,聚合物会
脆化。低温储存试验可以鉴定材料的低温储存特性。耐寒性与聚合物的链运动、大分子间的作用力和链的柔顺性有关,饱和聚合物的主链单键,由于分子链上没有极性基或位阻大的取代基,柔顺性好,耐寒性也好。反之,如果侧基为位阻大的刚性取代基,或者重度交联的聚合物耐寒性就较差。
),保持较高箱,要求在一定的温度下(40～60℃
的相对湿度(90%RH以上)。提高试验温度有利于加速老化,但试验温度过高,破坏速度太快,不利于区别材料的优劣,而且脱离实际的试验意义不大。此外,相对湿度也不能达到100%RH,因为相对湿度达到100%RH时,试样表面出现大量的凝露水珠,这种情况近似于热水试验的环境,与湿热老化的环境不符。2.4　抗霉试验
霉菌也是一种微生物,由细胞组成,细胞由蛋白质组成,霉菌新陈代谢的排泄物(有机酸)会导致材料的失效。天然有机材料(包括植物纤维、动植物基胶粘剂、油脂、皮革等)坏的材料;合成材料(塑料、聚氨酯)等容易生霉的有机质,;,在潮湿环境中容易生霉,导致数据丢失。霉菌对材料的直接破坏作用表现为腐烂和老化,间接的破坏作用表现为以下几种方式[2]:(1)损坏电气和电子装置。例如,霉菌的生长会构成绝缘材料的电路,导致短路,或者影响紧密的电子线路的电器性能;(2)损坏光学装置。长霉会对光线的穿过产生不利影响,导致精密部件的性能降低;(3)影响外观。长霉会影响设备或部件的外形美观,使用户不愉快。为了评价材料的长霉程度,通常采用人工抗霉试验。霉菌试验常用的菌种有:黑曲霉、黄曲霉、杂色曲霉、青霉、球毛壳霉等。因为不同材料遭受到侵蚀破坏的霉菌种类有所不同,因此对不同的高分子材料应选用不同的试验菌种。人工抗霉试验的周期一般为28天。2.5　盐雾试验
3　储存期推算[1]
,尤其,仍然能保证满足一定,并非性能变至失去使用价值的时间。研究储存期先要模拟某些主要的环境因素,通过加速材料老化的方法,获得其关键的性能变化曲线,然后使用符合性能变化的数学模型或经验公式来求解。当前应用最普遍的方法是热空气氧化烘箱法,湿热老化法也被采用。实践证明该方法推算的储存期与实际相符。方法确定后,必须选择待测定的性能指标,该指标应能代表材料的关键特性,老化过程具有敏感性,且在研究的温度范围内性能变化的规律性一致。
加速老化寿命试验中常用的反映失效机制的动力学模型有两种:Arrhenius模型(阿氏模型)和Eyring模型,前者广泛用于加速变量是热(温度)的情况,后者常用于热应力(温度)和湿度是加速变量的情况。下面以不同配方的聚氯乙烯管材为例说明阿氏模型在储存期推算过程中的应用(图1,2)。
盐雾对材料的腐蚀过程如下:当盐雾的微粒沉降附着在材料的表面上,便迅速吸潮溶解成氯化物的水溶液,在一定的温湿条件下,溶液中的氯离子通过材料的微孔逐步渗透到内部,引起材料的老化或金属的腐蚀。对于光记录介质盐蚀尤为严重。盐雾试验用来鉴定材料的防电化学腐蚀的的性能。通常试验温度35℃,pH值为61
5～712,湿度不小于90%RH。2.6　耐寒试验
聚合物的耐寒性是指它抵抗低温引起性能变化
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　　上图为3组聚氯乙烯管材的Arrhenius图,从图中可以看出,A组管材的寿命大于10年,B组管材的寿命相当于10年,而C组管材的寿命小于10年。
4　材料的防护
材料防护的途径包括先天防护和后天防护两种方式。所谓先天防护就是材料在成型前通过改进工;所谓后天防护。许多高分子材料,成型前要添加
,包括:热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂、防霉剂等,而由高分子材料制作成型的设备外壳及元器件,如:电话机、键盘、遥控器等多人交互使用的设备,为防止其表面滋生各种传染性病菌,采取表面喷涂杀菌涂料的方式。而高分子材料广泛用于金属材料的防护,因为金属材料在潮湿环境中很容易锈蚀,特别是在电解质溶液中(如海洋环境)由于发生严重的盐蚀导致大型设备报废。综上所述,材料的防护对于确保机件的可靠运行和延长寿命期具有十分重要的积极意义。
国际上发达国家对材料防护技术的研究非常重视,无论从理论上还是应用上都处在世界前沿,近几年来,三十三所在各种信息记录介质的防护技术上进行了大量的研究工作,而且取得了一些成果,可将相关技术推广到电子元器件等领域来实施防护。
图1　聚氯乙烯管材不同条件下冲击强度随时间的变化
图a、b、c表示一批聚氯乙烯管材在三种不同
条件下冲击强度随时间的变化,寿命点按冲击强度相对变化±12%计算,从冲击强度随时间的变化曲线上读出冲击强度与初值变化±12%时的时间
.聚合物防老化实用手册.北京化学工业出版
[2]　美国军标MIT-T-152B.　环境试验方法和工程导
2004年第3期的文章《超高密度磁记录的课
题与展望》作者是部伟,赵争强,王飞。特此更正图2　三组聚氯乙烯管材的Arrhenius图
包含各类专业文献、生活休闲娱乐、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、外语学习资料、各类资格考试、高等教育、文学作品欣赏、行业资料、90高分子材料老化机理初探等内容。　
　部分高分子材料老化研究进... 5页 免费 高分子材料老化机理初探 4页 免费 第...引起高分子材料老化的内在因素有:材料本身 化学结构、聚集态结构及配方条件等;外... 　塑料、橡胶、涂料等高分子材料人工加速老化_材料科学_工程科技_专业资料。塑料、...高分子材料老化机理初探 4页 免费 人工加速老化试验方法简... 5页 免费 氙灯... 　对湿热老化、腐蚀侵蚀以及大气老化进行了纤细介绍从机理上阐述了三种老化的老化...易地被氯化, 游离氯还能使苯环发生取代反应,对含苯基的高分子材料具有腐蚀 作用... 　高分子材料学》创新型实验教学的探索 浅析高分子材料成型加工技术 高分子材料成型...高分子材料的环境行为与老化机理研究进展探讨 基于食品包装产品的高分子材料成分... 　塑料的老化机理与预防措施_机械/仪表_工程科技_专业资料。塑料的老化机理与预防措施...高分子材料老化机理初探 4页 免费 几种塑料材料的老化试验... 7页 免费©... 　功能高分子材料论文_能源/化工_工程科技_专业资料。学号 《高分子化学课程论文》...[4] 王刚,王鉴,王立娟等,抗氧剂作用机理及研究进展.合成材料老化与应用,2006... 　人工光加速老化试验中常见问题探讨 塑料、橡胶、涂料等高分子材料在使用过程中会...由于老化因素的多样性及老化机理的复杂性, 自然老化无 疑是最重要最可靠的老化... 　关键词:抗氧剂;机理;反应 中图分类号:TE624 文献标识码:A 文章编号: 多数工业有机材料会发生氧化老化,高分子材料的老化会使其表面变粘、变色、龟裂和 脆化,... 　《高分子材料》课后习题参考_工学_高等教育_教育专区。1 绪论 Q1.总结高分子...Q5、为何 PP 容易氧化降解,请查阅资料,简要阐述其机理。 聚丙烯氧化老化是按...高分子材料老化分析与防老化措施分析
1高分子及其老化现象1.1高分子材料简述一般来说,高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等各类生活与生产中常见的材料。其中,塑料、合成纤维和合成橡胶广泛应用在航空工业、汽车工业、基础设施建设行业以及军事建设等多种行业,为我国经济社会的发展与人民生活水平的做出了突出的贡献。然而,高分子材料在其加工、贮存和使用过程中,经常会暴露在强光照射、热辐射、水浸泡、化学物质与生物侵蚀等多种因素的共同作用下,会发生降解,性能逐渐下降,从而部分丧失或全部丧失其使用价值[1]。1.2高分子材料老化由于高分子材料分很多种,不同高分子材料的特性也不同,使用条件也各异,因而老化现象和特征也各不相同。例如,农用塑料薄膜在日晒雨淋等多种外在因素的作用下会发生变色、变脆、透明度不断下降等老化现象;航空用的有机玻璃用久后会出现银纹、透明度下降等老化现象;橡胶制品在使用久了以后会发生弹性下降、硬度变硬、表明开裂或变软、发粘等老化现象。归纳来说,高分成材...&
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1高分子材料老化现象概述高分子概念所包含的范围十分广泛,比如日常生活中常见的塑料、涂料、纤维、橡胶等均属于高分子材料。这些高分子材料在汽车、航天工业、建筑行业中的应用十分广泛,为广大人民群众的生活带来极大的便捷。但是,我们必须看到,高分子材料由于其结构特点,容易受到外界多种环境因素的影响。高分子材料在加工、贮存和使用过程中,所处的使用环境不同,造成了高分子材料的老化现象和原因各不相同。简而言之,高分子材料在加工,使用、贮存等过程中由于受到内在和外在因素的影响造成材料本身物理和化学性质的改变,直至丧失高分子特性和使用价值的现象叫做高分子材料的老化。一般来说,高分子材料的老化主要表现在以下几个方面:高分子材料发粘、变脆、变硬、变色等,同时随着高分子外观的改变,其机械性能也会发生变化。2影响高分子材料老化的因素分析2.1环境因素高分子材料所表现出来的优良性能同高分子材料自身的分子结构和化学键的链接息息相关。环境因素中太阳光的辐射、外界...&
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1前言 静电在发动机上(不管是金属壳体还是复合材料壳体)是普遍存在的,在发动机运输、燃烧及飞行期间,其上都会有静电产生,只是一般情况下没有造成危害,所以未被人们重视。复合材料是电绝缘体,如果由于摩擦、撞击等使壳体感应静电.,就容易使壳体局部产生静电积累,形成电压很高的静电场,发生静电放电,可能使推进剂点燃而发生事故。复合材料的老化间题、环境适应能力也将严重影响武器的贮存周期、使用性能等。2纤维缠绕壳体防静电措施分析2.1涂导电层 在壳体上覆盖一层导电涂层,可大大降低复合材料壳体的表面电阻率,防止静电积累,使静电迅速逸散。 复合材料壳体的表而电阳可达5xl。‘”Q左右,涂上导电涂层后,其表面电阻大大降低。如含有340/0~40肠铬镍的导电涂层的电阻率接近金属材料的电阻率。7416厂研制 宇航材料工艺1992年第4期的一种导电涂料,导电性粒子为石墨或铝粉,粘合剂为聚氨酷,防静电电压可降为原电压的1/2。、,/37,放电电流小两个数量...&
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O问题的提出 高分子材料在化学物质(如水、酸、碱、氧等),或在物理因素作用下(如热、光、高能辐射、热机械力等)发生老化。在通常情况下往往化学与物理因素(如热氧化、光氧化等同时起作用〔‘’2〕。老化的结果,使得高分子材料性能下降或者材料表面发生龟裂,直到失未其原有的性能。一般地,在一定条件下的高分子材料,其性能下降的量与它所经历的时间t有关〔3〕。如果设N。是高分子材料最初性能,N(t)是某一条件下,时间t的性能。那末,N(t)所取得的确切值事先一般是不知道的。但是它一切可能取的值是可以知道的。因此刃(t)晕与时间t有关的随机变量,即使高分子材料中有稳定剂存在的场合也是如此。 另外,高分子材料从t。=。开始工作,到其失效所经历的时间t也是随抓的。今后称这个时间t为高分子材料的老化寿命,简称为寿命。1数学模型及寿命分布 设S是高分子材料,No是S最初具有的性能,N(O是时刻t时的性能,它可以取{0,1 .2,……aNo}中任何值,其...&
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1高分子材料定义及其老化现象高分子材料是指含有聚合物成分或本身为聚合物材质的,由相对分子质量较高的化合物所构成的复合型材料。此种材料具有结构易改性,延展性和可塑性极高,因此也具有易于加工的特点。在日常的生产生活中,高分子材料的应用范围十分的广泛,主要包括塑料、纤维、涂料等。其中,塑料、合成纤维等材料广泛应用于我国的航空业、社会基础设施建设和军事建造等多种关键方面,在我国的经济发展过程中有着举足轻重的作用。在现实生活中,高分子材料的老化现象严重阻碍了材料的应用价值,甚至令材料完全丧失使用功能。高分子材料的老化现象主要是指其物理形态的变化,或者是内在的化学反应,导致化学分子的改变。导致其发生改变的因素可以是内部的也可是外部的又或是综合因素的影响。2高分子材料老化的原因分析影响高分子材料老化的原因十分复杂,影响因素的种类千差万别,例如:材料自身化学结构的改变、自身物理形态的改变其他物理因素、阳光辐射、空气的湿度等等。本文主要针对以下三...&
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1引言随着建筑业的发展，化学建材得以广泛应用，其中很多是高分子材料，如屋面防水卷材、外墙的塑钢门窗、建筑外立面的涂料等。高分子材料给建筑施工带来了极大的方便，但自身的老化也给建筑物的长久性使用带来了问题。引起高分子材料老化的环境因素有很多，其中包括:物理因素(如热、光、高能辐射和机械应力的作用)、化学因素(如氧、臭氧、水、酸、碱、油等)和生物因素(如微生物和昆虫的作用)。在这些因素中，日光的老化是一个重要的影响因素，它在某种程度上甚至决定了材料的使用年限，因此本文对此作着重分析。另外，由于人们探知材料使用长期性的需要，人工模拟老化实验得以广泛应用，本文同时对这种老化实验中材料所接受的光学作用做出分析，并且与日光老化进行了比较。2日光老化2.1日光的光谱分布在材料的自然老化中，特别是应用于户外的材料，太阳光是材料老化的最主要的外因之一太阳能的波长分布可以用一个黑体辐射来模拟，黑体的表面有效温度约为580OK，波长范围一般是在150...&
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