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注塑知識
2021/6/16 14:22:15
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高分子材料的老化類型和抗老化方法
高分子材料，因其具有質輕、高強度、耐溫、耐腐蝕等優異的性能，現在被廣泛應用于高端制造、電子信息、交通運輸、建筑節能、航空航天、國防軍工等諸多領域，發揮了巨大的作用，但老化是影響高分子材料可靠性和耐久性的重要因素。
高分子聚合物在加工、貯存和使用過程中，會受到熱、氧、水、光、微生物、化學介質等環境因素的綜合作用，其化學組成和結構會發生一系列變化，物理性能也會相應變壞，如發硬、發粘、變脆、變色、失去強度等，以致最后喪失使用價值，這些變化和現象就屬于高分子材料的老化。
這不僅造成資源浪費，甚至會因其功能失效釀成更大的事故，而且其老化引起的材料分解也可能會對環境產生污染。由于聚合物品種不同，使用條件各異，因而有不同的老化現象和特征。總的來說，高分子材料的老化可歸為以下四種類型的變化：
1、外觀的變化
出現污漬、斑點、銀紋、裂縫、噴霜、粉化、發粘、翹曲、魚眼、起皺、收縮、焦燒、光學畸變以及光學顏色的變化。
2、物理性能的變化
包括溶解性、溶脹性、流變性能以及耐寒、耐熱、透水、透氣等性能的變化。
3、力學性能的變化
拉伸強度、彎曲強度、剪切強度、沖擊強度、相對伸長率、應力松馳等性能的變化。
4、電性能的變化
如表面電阻、體積電阻、介電常數、電擊穿強度等的變化。
造成高分子材料老化的因素從微觀分析來看，高分子聚合物在熱或光的作用下會形成激發態的分子，當能量足夠高，分子鏈就會斷裂形成自由基，自由基可以在聚合物內部形成鏈式反應，繼續引發降解，也可能引起交聯。如果環境中存在氧氣或臭氧，還會誘發一系列氧化反應，形成氫過氧化物（ROOH），并進一步分解成為羰基。如果聚合物中存在殘余的催化劑金屬離子，或在加工、使用中帶入金屬離子如銅、鐵、錳、鈷等，會加速聚合物的氧化降解反應。
目前，改善和提高高分子材料防老化性能的主要方法有以下幾種：
1、物理防護（如加厚、涂裝、外層復合等）
高分子材料的老化，特別是光氧老化，首先是從材料或制品的表面開始，表現為變色、粉化、龜裂、光澤度下降等，然后逐漸往內部深入。薄制品比厚制品更容易提早失效，因此通過加厚制品的方法可以延長制品的使用壽命。對于易老化的制品，可以在其表面涂覆或涂布一層耐候性好的涂層，或在制品外層復合一層耐候性好的材料，從而使制品表面附上一層防護層，從而延緩老化進程。
2、改進加工工藝
很多材料在合成或制備過程中，也存在老化的問題。如，聚合過程中熱的影響、加工過程中的熱氧老化等等。那么相應地，可以通過在聚合或加工過程中增加除氧裝置或抽真空裝置等減緩氧氣的影響。但這種方法只能保證材料在出廠時的性能，而且這種方法只能從材料的制備源頭實施，無法解決其在再加工和使用過程中的老化問題。
3、高分子材料的結構設計或改性
很多高分子材料分子結構中存在極易老化的基團，那么通過材料的分子結構設計，以不易老化的基團替代易老化的基團，往往可以起到良好的效果。或者是在高分子分子鏈上通過接枝或共聚的方法引入具有抗老化作用的功能基團或結構，賦予材料本身以優異的抗老化功能，也是研究工作者們常采用的方法，但成本較高，暫且不能實現大規模的生產和應用。
4、添加防老化助劑
目前，提高高分子材料耐老化性的有效途徑和常用方法就是添加抗老化助劑，其由于成本較低、且無需改變現有生產工藝而得到廣泛應用。
助劑直接添加法：即將抗老化助劑（粉末或液體）與樹脂等原料直接混合攪拌后擠出造粒或注塑等等。這種添加方式由于簡單易行，從而為廣大的抽粒和注塑廠所廣泛采用。
抗老化母粒添加法：在對產品品質和質量穩定性要求較高的廠家，更多的是采用在生產時添加抗老化母粒的方式。抗老化母粒是以合適的樹脂為載體，與多種高效的抗老化助劑混合，再經雙螺桿擠出機共擠造粒得到的，其應用優勢在于抗老化助劑在母粒制備過程中首先實現了預分散，那么在后期材料加工的過程中，抗老化助劑得到二次分散，達到了助劑在高分子材料基體中均勻分散的目的，不僅保證了產品的質量穩定性，也避免了生產時的粉塵污染，使得生產更為綠色環保。
高分子材料不僅是國民經濟的重要基礎性產業，也是一個國家先導性的產業，所以，高分子材料一直是發達國家和跨國公司十分重視的發展領域。這不僅為高分子新材料產業提供了廣闊的市場空間，也對其質量性能、可靠性水平、保障能力等提出了更高要求。
