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        高分子材料日常老化試驗

        2019-07-12

           高分子材料是由千百個原子彼此以共價鍵結合形成相對分子質量特別大、具有重復結構單元的有機化合物,是由一類相對分子質量很高的分子聚集而成的化合物,也稱為高分子、大分子等。一般把相對分子質量高10000的分子稱為高分子。高分子通常由103個~105個原子以共價鍵連接而成。由于高分子多是由小分子通過聚合反應而制得的,因此也常被稱為聚合物或高聚物,用于聚合的小分子則被稱為“單體”。

        高分子材料往往由于生物霉菌、物理、化學、加工成型方法、組成高分子材料的基本成分、高分子化學結構、聚集態結構及配方條件等導致高分子材料的老化。高分子的老化失效問題已成為限制高分子材料進一步發展和應用的關鍵問題之一,因此如何進行高分子材料的老化性能試驗,如何評價高分子材料的老化性能成為高分子研究領域的重點。

        那么,我們如何了解高分子材料的耐老化性能呢?目前最有效的辦法就是通過各種高分子材料老化試驗來考察高分子材料的老化性能,一般有如下試驗:耐熱性試驗、耐候性試驗、濕熱試驗、鹽霧試驗、抗霉試驗、耐寒試驗等,以正確評價高分子材料的老化性能,對高分子材料老化研究進行了展望,以促進高分子材料的應用。

        一、耐熱性試驗——熱空氣老化箱

        熱是促進高聚物發生老化反應的主要因素之一,熱可使高聚物分子發生鏈斷裂從而產生自由基,形成自由基鏈式反應,導致聚合物降解和交聯,性能劣化。烘箱法老化試驗是耐熱性試驗的常用方法,將試樣置于選定條件的熱烘箱內,周期性地檢查和測試試樣外觀和性能的變化,從而評價試樣的耐熱性。這種方法常用于塑料和橡膠,信息記錄介質的耐熱試驗也常采用此方法。

        二、耐候性試驗——紫外線加速老化試驗箱、氙弧燈耐候試驗箱

        高分子材料(或制品)由于使用時會暴露于陽光、風雨、高溫、嚴寒等各種各樣的環境中,隨時間推移會引起物理及化學變化,從而使性能逐漸下降不能耐久使用。在自然環境下,材料究竟能使用多久,將其統稱為耐候性。在自然環境下評價高分子材料壽命的實驗方法有室外老化試驗及人工老化試驗。室外老化試驗是評價材料實用性最適宜的方法,但引起高分子材料老化是熱、光、機械摩擦、化學藥品、微生物等因素的綜合作用,而其中日照量、風雨等都是難以控制的氣候因素,因此試驗周期比較長。在實驗室模擬戶外氣候條件進行加速老化試驗是耐候性試驗的重要方式。通常耐候性試驗采用氣候老化試驗箱,該裝置采用碳弧燈、氙燈或紫外熒光燈照射模擬日光的紫外線照射,周期性地向試樣噴撒鹽溶液來模擬降雨及鹽粒子的作用,多重環境因子的交替作用構成試驗過程。

        三、濕熱試驗——濕熱試驗箱

        在大氣環境下,溫度 (熱)和濕度 (水分)是客觀存在的因素。有些高分子材料是在高溫高濕的環境中存入、運輸或使用的。因此,濕熱老化試驗是具有一定的實際意義和經濟價值的工作。高溫下的水汽對高分子材料具有一定的滲透能力,在熱的作用下,這種滲透能力更強,能夠滲透到材料體系內部并積累起來形成水泡,從而降低了分子間的相互作用,導致材料的性能老化。濕熱老化試驗一般使用濕熱試驗箱,它能提供標準無污染的大氣環境(試驗氣體由N2,O2,CO2和水蒸氣組成),溫度為40℃~60℃,相對濕度90%RH以上。

        四、抗霉試驗——霉菌試驗箱

        霉菌是一種微生物,霉菌新陳代謝的排泄物(有機酸)會導致材料的失效。為了評價材料的長霉程度,通常采用人工抗霉試驗。霉菌試驗常用的菌種有:黑曲霉、黃曲霉、雜色曲霉、青霉、球毛殼霉等。因為不同材料遭受到侵蝕破壞的霉菌種類有所不同,所以對不同的高分子材料應選用不同的試驗菌種。人工抗霉試驗的周期28d。目前常采用霉菌老化試驗箱,該試驗箱是在一定的溫濕度條件下通過培養真菌來試驗高分子材料產品的抗菌老化能力。

        五、耐寒試驗——低溫試驗箱

        聚合物的耐寒性是指它抵抗低溫引起性能變化的能力,但環境溫度達到某一低溫區域,聚合物會脆化。低溫儲存試驗可以鑒定材料的低溫儲存特性。耐寒性與聚合物的鏈運動、大分子間的作用力和鏈的柔順性有關,飽和聚合物的主鏈單鍵,由于分子鏈上沒有極性基或位阻大的取代基,柔順性好,耐寒性也好。反之,如果側基為位阻大的剛性取代基或者重度交聯的聚合物,耐寒性就較差。

        六、鹽霧試驗——鹽霧試驗箱


        當鹽霧的微粒沉降附著在材料的表面上時,便迅速吸潮溶解成氯化物的水溶液,在一定的溫濕條件下,溶液中的氯離子通過材料的微孔逐步滲透到內部,引起材料的老化或金屬的腐蝕。鹽霧試驗用來鑒定材料的防電化學腐蝕的性能。該試驗可采用Prohesion型試驗箱作為主體設備,即復合鹽霧試驗箱的試驗的加速劑為5%的NaCl溶液。試樣首先在鹽霧氛圍中暴露1h,然后在40℃下通入空氣干燥1h,這兩部分構成一個試驗循環。通常試驗溫度為35℃~55℃;pH值為6.5~7.2,濕度不小于90%RH,鹽霧沉降量為2h,1mL/80cm~2mL/80cm。根據試驗需要可采取連續或周期噴霧。

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