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高分子材料的老化及防老化研究
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括高分子、塑
料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子材料自身的性能较好,被
广泛的应用在各行各业中,但是由于高分子材料在生产或储存的过程中,容易产
生一些物理或化学变化,导致材料老化,性能降低,造成无法使用。本文主要通
过分析高分子材料产生的老化问题,并探讨防治高分子材料老化的一些措施。
标签:高分子材料;老化问题;预防对策
由于高分子材料具有其独特的优势,已被广泛地运用于国民经济和日常生活
的许多领域。它是高科技和国家经济支柱产业中不可或缺的材料,也是重要的战
略储备物资。高分子材料在生产和使用的过程中,其无法避免地会在不同程度上
发生老化现象。随着高分子材料的种类、用量的增加和极端使用条件的扩大,其
老化问题日益突出,因而对其老化规律、老化机理和防老化的研究也变得日益重
要。本文主要针对其发生老化的原因进行讨论,找出预防老化的相应对策。
一、高分子材料的老化
(一)高分子材料老化的表现
1、由于高分子材料品种不同,使用条件各异,因而有不同的老化现象和特
征。对于高分子制品来说,生胶经久贮存时会变硬、变脆或者发粘;高分子薄膜
制品(如雨衣、雨布等)经过日晒雨淋后会变色,变脆以至破裂;在户外架设的
电线、电缆,由于受大气作用会变硬、破裂,以至影响绝缘性;汽车轮胎和飞机
轮胎使用日久后会发生龟裂;在实验室中的胶管会变硬或发粘;有些高分子制品
还会受到霉菌作用而导致破坏等等。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;
2、高分子材料老化发生的变化:首先是外观的改变,出现斑点、裂缝、污
渍、喷霜、银纹、发粘、粉化、起皱、翘曲、焦烧、收缩、光学颜色的变化以及
光学畸变。其次是使用方面的改变,使用方面的改变又包括物理性能改变,流变
性能、溶胀性、溶解性、耐寒性以及耐热、透气透水等性能的变化。还有力学性
能发生改变,相对伸长率、弯曲强度、拉伸强度、冲击强度、应力松驰、剪切强
度等性能的变化。
(二)高分子材料老化的原因
高分子老化的原因分为内因和外因。内因包括高分子的分子结构、配合组分
及杂质等。由于高分子的大分子链结构中存在着支链、侧基、活性基团等的弱键,
而这些弱键则是老化反应的引发点,薄弱环节越多则越易老化。不饱和碳链高分
子(如天然高分子)存在双键及活泼氢原子,容易发生老化;饱和碳链高分子的
氧化反应能力与其化学结构有关,高分子中还常存在微量的Cu、Co、Mn、Fe
等金属离子,其有的金属盐对高分子的老化具有强烈的催化作用,它们是加速高
分子老化的重要因素之一。外因主要有物理、化学和生物三方面的因素。物理方
面的因素主要有热、电、光、机械力、高能辐射等;化学方面的因素主要有氧、
臭氧、空气中的水汽、酸、碱、盐等;生物因素包括微生物、细菌、真菌、昆虫、
海生物等;外界因素在高分子老化的过程中,往往不是单独起作用,而是几个因
素同时发挥作用、相互影响、加速高分子老化进程。
1、热氧老化:氧是高分子老化的关键因素,而热对氧化有很大影响。在高
分子的实际使用过程当中,热和氧往往是伴随着一起使高分子发生老化。高分子
材料老化的主要形式是热氧老化,高分子材料的热氧老化主要是温度和氧的影响
的,温度较高时,高分子材料的氧化速度加快,高分子材料中的主链自动断裂氧
化。在温度和氧气的影响下,高分子材料容易自动发生化学反应,产生大量的过
氧化物和自由基,进而发生交联、降解反应,最终导致高分子材料的性能降低。
2、湿氧老化:湿度对高分子材料的影响可归结于水分对材料的溶胀及溶解
作用,使维持高分子材料聚集态结构的分子间作用力改变,从而破坏了材料的聚
集状态,尤其对于非交联的无定形高分子材料,湿度的影响极其明显,会使高分
子材料发生溶胀甚至聚集态解体,从而使材料的性能受到损坏;对于结晶形态的
塑料或纤维,由于存在水分渗透限制,湿度的影响不是很明显。
3、光老化:一些高分子材料经常会在室外使用,户外大气老化的主要原因
之一是太阳光,太阳光是一种连续光谱,由于太阳光中紫外光谱的波长短、能量
高,足以切断有机物的化学键,其是对高分子材料户外老化起破坏作用的主要因
素。其次,高分子材料对紫外光较为敏感,通过查阅资料得出,高分子材料在紫
外光影响下,老化初期表面颜色随老化时间的延长逐渐变黄变亮,光泽度增加,
18天后光泽度开始下降;拉伸强度
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