摘要: 常用的人工老化試驗主要有人工氣候老化試驗(紫外光老化試驗箱)、臭氧老化試驗(臭氧老化試驗箱)、熱老化試驗(熱老化試驗箱)、濕熱老化試驗(濕熱老化試驗箱)、高溫試驗和低溫試驗(高低溫測試箱)、溫度沖擊和溫度循環(冷熱沖擊試驗箱)。論述了高分子材料老化的定義和現象及當前高分子材料常用的人工老化試驗關鍵詞: 高分子材料; 老化; 試驗

O 前言

隨著科學技術的飛速發展, 現代汽車制造材料的構成發生了很大的變化, 金屬等傳統材料的比例下降, 而高分子合成材料的使用則與日俱增。高分子材料大受青睞的原因是其具有原料來源豐富、價格便宜、性能優異、用途廣泛、質量輕、易塑形等優點; 但是, 同時也有著容易因為老化而導致剛性差, 易碎, 壽命較短等缺陷。由于高分子材料所固有的特征, 如何采取積極的防護措施減少材料的老化, 延長產品使用壽命就成為人們關注的話題, 本文著重介紹材料老化試驗, 以便通過選擇適當的測試方法了解材料的老化性能, 確定高分子材料老化防護的措施。

1 高分子材料老化的定義、現象和影響因素

1.1 老化的定義

老化是指隨著時間的推移, 在材料中持續發生著各種可逆或不可逆的物化變化。通俗地講, 老化就是聚合物材料的性能由好變壞的一個過程。老化有物理老化和化學老化兩種類型, 物理老化是不涉及聚合物分子結構的變化, 僅是由于物理作用而發生的可逆性的變化; 化學老化指聚合物在加工, 貯藏, 運輸和使用過程中,要經受各種外界環境因素, 如熱、光照、臭氧、濕熱、空氣污染物、機械應力、高能輻射以及聚合物本身內在因素的影響,

使聚合物的性能下降的不可逆的變化。

1.2 老化的現象

老化的現象由于聚合物的種類不同, 使用條件各異, 因而會有不同的老化現象和特征, 老化現象歸納起來有以下四種情況:

(l) 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、起皺焦燒、光學畸變以及光澤顏色的變化。

(2 ) 物理性能的變化。溶解、溶脹性、流變性能以及耐寒、耐熱、耐光、透水、透氣等性能的變化。

(3) 力學性能的變化。

抗張強度、彎曲強度、剪切強度、沖擊強度、壓縮強度、抗疲勞性能、定伸變形、伸長率、可塑性能、應力松弛、蠕變等性能的變化。

(4 ) 電性能的變化。表面電阻、體積電阻、介電常數、電擊穿強度的變化。

1.3 影響老化的因素

1.3.1 外在因素

(] ) 氧氧在橡膠中和橡膠分子發生游離基鏈鎖反應, 分子鏈發生斷裂或過度交聯, 引起橡膠性能的改變。氧化作用是橡膠老化的重要原因之一。

(2 ) 臭氧

臭氧的化學活性比氧高得多, 破壞性更大, 它同樣是使分子鏈發生斷裂, 但臭氧對橡膠的作用情況隨橡膠變形與否而不同。當作用于變形的橡膠(主要是不飽和橡膠) 時, 出現與應力作用方向垂直的裂紋, 即所謂“ 臭氧龜裂” ; 作用于變形的橡膠時, 僅表面生成氧化膜而不龜裂。

(3 ) 熱

提高溫度可引起橡膠的熱裂解或熱交聯。但熱的基本作用還是催化作用。提高氧擴散速度和活化氧化反應, 從而加速橡膠氧化反應速度, 這是普遍存在的一種老化現象—熱氧老化。

(4 ) 光（高分子材料紫外光老化試驗箱）

光波越短、能量越大。對橡膠起破壞作用的是能量較高的紫外線。紫外線除了能直接引起橡膠分子鏈的斷裂和交聯外,橡膠因吸收光能而產生游離基, 引發并加速氧化鏈反應過程。

(5 ) 機械應力

在機械應力反復作用下, 會使橡膠分子鏈斷裂生成游離荃, 引發氧化鏈反應, 形成力化學過程〔另外, 在應力作用下容易引起臭氧龜裂。

(6 ) 水分（高分子淋雨試驗箱）

水分的作用有兩個方面: 橡膠在潮濕空氣淋雨或浸泡在水中時, 容易被破壞, 這是由于橡膠中的水溶性物質和清水基團等成分被水抽提溶解。

特別是在水浸泡和大氣曝露的交替作用下, 會加速橡膠的破壞。但在某種情況下水分對橡膠則不起破壞作用, 甚至有延緩老化的作用。

(7 ) 其他

對橡膠的作用因素還有化學介質(油、試劑、化學藥品等)、變價金屬離子、高能輻射、電和生物等。

1.3.2 內在因素

(l) 聚合物的化學結構。

(2) 物理形態。

(3) 立體歸整性。

《4 ) 分子量及其分布。

本文主要從外在因素考慮, 測試各種高分子材料在一定的外界環境條件下的耐老化性能和老化規律。

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