Alterungsphänomen von Polymermaterialien (Kunststoffprodukte)

Polymermaterialien umfassen Kunststoffe, Gummi, Fasern, Filme, Klebstoffe und Beschichtungen. Da sie viele potenzielle Eigenschaften haben, die besser als herkömmliche strukturelle Materialien sind, werden sie im Bereich militärischer und ziviler Produkte immer häufiger eingesetzt.

Im Prozess der Verarbeitung, Lagerung und Verwendung aufgrund der kombinierten Wirkung von Licht, Wärme, Sauerstoff, Wasser, energiereicher Strahlung, chemischer und biologischer Erosion sowie anderen internen und externen Faktoren, der chemischen Zusammensetzung und Struktur von Polymermaterialien jedoch jedoch Wird einer Reihe von Veränderungen unterzogen, ändern sich auch die physikalischen Eigenschaften entsprechend, wie harte, klebrige, spröde, Verfärbungen, Festigkeitsverlust usw. Dieses Phänomen ist das Alterung von Polymermaterialien.

Die Essenz des Alterns von Polymermaterialien bezieht sich auf die Änderung der physikalischen Struktur oder chemischen Struktur, die sich als allmählicher Rückgang der Leistung des Materials und des Verlusts seines gebührenden Gebrauchswerts manifestiert. Das Altern Versagen von Polymermaterialien ist zu einem der wichtigsten Probleme geworden, die die Weiterentwicklung und Anwendung von Polymermaterialien einschränken.

Alterungsphänomen

Aufgrund der unterschiedlichen Sorten von Polymermaterialien und unterschiedlichen Gebrauchsbedingungen gibt es unterschiedliche Alterungsphänomene und Eigenschaften. Zum Beispiel tritt der landwirtschaftliche Plastikfilm nach Sonne und Regen Verfärbung, Sprödigkeit, Transparenzabnahme auf; Luftfahrtplexiglas nach der Verwendung für ein langes Silbermuster, Transparenzrückgang; Die Elastizität von Gummiprodukten nimmt nach langfristigem Gebrauch ab, verhärtet, Risse oder wird weich und klebrig. Farbe nach Langzeitgebrauch, Lichtverlust, Pulver, Blasen, Schälen usw.

Das alternde Phänomen kann in den folgenden vier Änderungen zusammengefasst werden:

1. Aussehen ändert sich

Flecken, Flecken, Silvers, Risse, Zuckerguss, Pulver, Klebrigkeit, Verzerrung, Fischerauge, Falten, Schrumpfung, Gewinnung, optische Verzerrung und optische Farbänderungen treten auf.

2. Physikalische Eigenschaften ändern sich

Einschließlich Löslichkeit, Schwellung, rheologischen Eigenschaften und Kaltwiderstand, Wärmefestigkeit, Wasserdurchlässigkeit, Luftdurchlässigkeit und anderen Leistungsänderungen.

3, mechanische Eigenschaften ändern sich

Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Scherfestigkeit, Schlagkraft, relative Dehnung, Stressrelaxation und andere Eigenschaften verändern sich.

4, elektrische Leistungsänderungen

Wie Oberflächenwiderstand, Volumenwiderstand, Dielektrizitätskonstante, Breakdown -Festigkeit und andere Veränderungen.

Alterungsfaktor

Die physikalischen Eigenschaften von Polymermaterialien hängen eng mit ihrer chemischen Struktur und Aggregationszustandsstruktur zusammen.

Die chemische Struktur ist eine langkettige Struktur von Makromolekülen, die durch kovalente Bindungen verbunden sind, und die Aggregationsstruktur ist eine räumliche Struktur vieler Makromoleküle, die durch intermolekulare Kraft wie kristallin, amorph, kristallamorph angeordnet und gestapelt sind. Zu den intermolekularen Kräften, die die Aggregatstruktur aufrechterhalten, gehören die Ionenbindungskraft, die metallische Bindungskraft, die kovalente Bindungskraft und die Van der Waals -Kraft.

Umweltfaktoren führen zu einer Änderung der intermolekularen Kräfte, sogar dem Bruch der Kette oder dem Abfall einiger Gruppen, die schließlich die Aggregatstruktur des Materials zerstören und die physikalischen Eigenschaften des Materials verändern. Es gibt normalerweise zwei Faktoren, die das Alterung von Polymermaterialien beeinflussen: interne Faktoren und externe Faktoren.

Intrinsischer Faktor

1. Chemische Struktur des Polymers

Die Alterung von Polymeren hängt eng mit ihrer chemischen Struktur zusammen, und die schwache Bindung der chemischen Struktur wird leicht durch externe Faktoren beeinflusst, um zu brechen und zu freien Radikalen zu werden. Dieses freie Radikal ist der Ausgangspunkt radikaler Reaktionen.

2. Physikalische Form

Einige der molekularen Bindungen des Polymers werden geordnet und einige gestört. Die geordneten molekularen Bindungen können kristalline Regionen bilden, und die ungeordneten molekularen Bindungen sind amorphe Regionen. Die Form vieler Polymere ist nicht gleichmäßig, sondern halbkristallin, sowohl kristalline als auch amorphe Regionen. Die alternde Reaktion beginnt aus der amorphen Region.

3, dreidimensionale Integration

Die Stereointegration von Polymer ist eng mit seiner Kristallinität verwandt. Im Allgemeinen haben strukturierte Polymere eine bessere Alterungsresistenz als zufällige Polymere.

4, Molekulargewicht und seine Verteilung

Im Allgemeinen hat das Molekulargewicht des Polymers nur geringe Beziehung zur Alterung, und die Verteilung des Molekulargewicht Je mehr Endgruppen, desto einfacher ist es, eine Alterungsreaktion zu verursachen.

5, Verunreinigungen und andere Verunreinigungen von Verfolgung von Metall

Wenn das Polymer verarbeitet wird, ist es erforderlich, mit dem Metall in Kontakt zu treten, und kann mit Spurenmetallen gemischt werden, oder in der Polymerisation bleiben einige Metallkatalysatoren, die die Initiierung der automatischen Oxidation (dh Alterung) beeinflussen.

Externer Faktor

1. Der Einfluss der Temperatur

Wenn die Temperatur zunimmt, verschärft sich die Bewegung von Polymerketten. Sobald die Dissoziationsenergie chemischer Bindungen überschritten ist, wird sie den thermischen Abbau von Polymerketten oder Gruppenabschüttungen verursachen. Gegenwärtig wurde ein wärmer Abbau von Polymermaterialien ausgiebig berichtet. Die Abnahme der Temperatur beeinflusst häufig die mechanischen Eigenschaften von Materialien. Die kritischen Temperaturpunkte, die eng mit den mechanischen Eigenschaften zusammenhängen, umfassen Glasübergangstemperatur, viskose Durchflusstemperatur und Schmelzpunkt. Der physische Zustand des Materials kann in glasige Zustand, einen hohen elastischen Zustand und viskosen Flusszustand unterteilt werden.

2, der Einfluss der Luftfeuchtigkeit

Der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf Polymermaterialien kann auf die Schwellung und Auflösung des Wassers auf das Material zurückgeführt werden, so dass sich die intermolekularen Kräfte, die die Aggregationsstruktur von Polymermaterialien aufrechterhalten, sich ändern und so den Aggregationszustand des Materials zerstören. Insbesondere für nicht gekreuzte amorphe Polymere ist der Einfluss der Luftfeuchtigkeit äußerst offensichtlich, was die Schwellung und sogar den Aggregationszustand von Polymermaterialien verursacht und so die Leistung des Materials beschädigt. Für die kristalline Form von Kunststoffen oder Fasern ist die Wirkung der Luftfeuchtigkeit aufgrund der Existenz von Einschränkungen der Wasserdurchdringung nicht sehr offensichtlich.

3. Die Wirkung von Sauerstoff

Sauerstoff ist die Hauptursache für die Alterung von Polymermaterialien. Aufgrund der Permeabilität von Sauerstoff ist das kristalline Polymer gegen Oxidation stärker als amorphes Polymer. Sauerstoff greift zunächst die schwachen Glieder auf die Polymer -Hauptkette an, wie Doppelbindungen, Hydroxyl, Wasserstoff und andere Gruppen oder Atome am tertiären Kohlenstoffatom, die Polymerperoxyradik oder Peroxide bilden, und verursacht dann den Bruch der Hauptkette in diesem Teil. In schweren Fällen nimmt das Molekulargewicht des Polymers signifikant ab, die Übergangstemperatur der Glas ab und das Polymer wird viskoös. In Gegenwart einiger Initiatoren oder Übergangsmetalle, die leicht in freie Radikale zersetzt werden, wird die Oxidationsreaktion in der Regel intensiviert.

4, Lichtalterung

Ob das Polymer durch Licht bestrahlt wird, kann die Fraktur der molekularen Kette verursachen, hängt von der relativen Größe der Lichtenergie und der Dissoziationsenergie und der Empfindlichkeit der chemischen Polymerstruktur gegenüber Lichtwellen ab. Aufgrund der Existenz der Ozonschicht und der Atmosphäre auf der Erdoberfläche beträgt der Wellenlängenbereich des Solarzleuchtens, der den Boden erreichen kann Region, die den Bruch der chemischen Polymerbindungen verursachen.

Beispielsweise kann die ultraviolette Wellenlänge von 300 ~ 400 nm von Polymeren, die Carbonylgruppen und Doppelbindungen enthalten, absorbiert werden, und die makromolekulare Kette ist gebrochen, die chemische Struktur wird verändert und die Materialeigenschaften werden verschlechtert; Polyethylen -Terephthalat hat eine starke Absorption von 280 nm UV, und die Abbauprodukte sind hauptsächlich CO, H und CH. Polyolefin, das nur CC -Bindungen enthält, haben keine UV -Absorption, aber in Gegenwart einer geringen Menge an Verunreinigungen wie Carbonylgruppen, ungesättigten Bindungen, Hydroperoxidgruppen, Katalysatorresten, Aromatik und Übergangsmetallelementen kann die Photooxidierungsreaktion von Polyolefin fördern.

5, der Einfluss chemischer Medien

Das chemische Medium kann nur eine Rolle spielen, wenn es in das Innere des Polymermaterials eindringt, und diese Rollen umfassen die Rolle kovalenter Bindungen und die Rolle sekundärer Bindungen. Die Wirkung der kovalenten Bindung zeigt sich als Kettenbruch, Vernetzung, Zugabe oder Kombination dieser Effekte, was ein irreversibler chemischer Prozess ist. Obwohl die Zerstörung der sekundären Valenzbindung durch das chemische Medium nicht die Änderung der chemischen Struktur verursacht, ändert sich die Aggregatstruktur des Materials und seine physikalischen Eigenschaften ändert sich entsprechend.

Umweltstressrisse, Auflösungsrisse, plastifizierende und andere physikalische Veränderungen sind typische Manifestationen der chemischen Alterung von Polymermaterialien.

Die Methode zur Beseitigung von Auflösungsrissen besteht darin, die innere Spannung des Materials zu beseitigen und nach dem Formstück des Materials zu tempeln, ist förderlich, die innere Spannung des Materials zu beseitigen. Das Plastizisieren ist im Fall des kontinuierlichen Kontakts zwischen dem flüssigen Medium und dem Polymermaterial, die Wechselwirkung zwischen dem Polymer und dem kleinen Molekülmedium ersetzt teilweise die Wechselwirkung zwischen dem Polymer, so dass das Polymerkettensegment leichter zu bewegen ist, was sich als manifestiert wird Die Glasübergangstemperatur ist verringert, die Festigkeit, die Härte und der elastische Modul des Materials werden verringert, und die Dehnung bei Bruch wird erhöht.

6. Biologisches Altern

Da Kunststoffprodukte im Verarbeitungsprozess fast alle eine Vielzahl von Zusatzstoffen verwenden, werden sie häufig zu einer Nährstoffquelle für Schimmel. Wenn Schimmel wächst, absorbiert sie die Nährstoffe auf der Oberfläche und in den Plastik und wird zu Myzel, das ebenfalls ein Leiter ist, so dass die Isolierung des Kunststoffs verringert wird, die Gewichtsänderungen und das schwere Schalen treten auf. Die Metaboliten des Schimmelpilzwachstums enthalten organische Säuren und Toxine, die die Oberfläche der plastischen klebrigen, Verfärbungen, Sprödigkeit und reduzierter Finish machen und auch langfristigen Kontakt mit diesem schimmeligen Kunststoff verursachen.

Polysaccharid natürliche Polymere und ihre modifizierten Verbindungen können in abbaubare Einwegfilme, Blätter, Behälter, Schäumungsprodukte usw. verarbeitet werden. Der Abfall kann durch die Intervention von Amylase und anderen Polysaccharid -natürlichen Polymer -Zersetzungsenzymen, die in der natürlichen Umgebung weit verbreitet sind, allmählich in kleine molekulare Verbindungen hydrolysiert werden. Und schließlich in umweltfreundliche Kohlendioxid und Wasser einbrechen und in die Biosphäre zurückkehren. Basierend auf diesen Vorteilen sind die durch Stärke dargestellten Polysaccharid -Polymerverbindungen immer noch ein wichtiger Bestandteil der abbaubaren Kunststoffe.