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高分子材料老化研究

高分子材料老化研究

前言

高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶黏剂和涂料等。而塑料、合成橡胶、合成纤维被称为三大合成高分子材料,被应用于广泛的领域。然而高分子材料在加工、贮存和使用过程中,由于内外因素的综合影响,逐步发生物理化学性质变化,物理机械性能变坏,以致最后丧失使用价值,这一过程称为“老化”。

高分子材料的老化缩短了制品的使用寿命,并影响制品使用的经济性和环保性,限制了制品的应用范围。因此,研究引发高分子材料老化的原因及其微观机理具有非常重要的意义。

表现现象

物理老化的特征:

微观上:聚合物的堆砌密度增加,高分子的自由体积减小;高分子链段活动性减小;宏观上:力学性能模量和强度增大,伸长率和冲击强度下降。

化学老化的特征:

高分子在聚合、加工、贮存、使用过程中,要经受各种外界环境因素,如热、光照、氧、臭氧、湿气、空气中的污染物、机械应力、高能辐射以及聚合物本身内在因素的影响,使高分子材料产生降解,性能逐渐下降,使部分性能丧失,最后失去使用价值。

老化现象主要有以下四种种变化:

(1)外观的变化:出现污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化、发粘、翘曲、鱼眼、起皱、收缩、焦烧、光学畸变以及光学颜色的变化;

(2)物理性能的变化:包括溶解性、溶胀性、流变性能以及耐寒、耐热、透水、透气等性能的变化;

(3)力学性能的变化:张力强度、弯曲强度、剪切强度、冲击强度、相对伸长率、应力松驰等性能的变化;

(4)电性能的变化:表面电阻、体积电阻、介电常数、电击穿强度等的变化。

高分子材料老化基本类型

1、热降解:

在纯粹热的作用下,聚合物分子量变小。分三种形式。

1)、解聚:在大分子末端断裂,生成活性较低的自由基,按连锁机理逐一脱除单体,PMMA。

2)、无规断链:主链任何处都可能断链,分子量迅速下降,单体收率低。PE、PS 等。

3)、侧基(取代基)脱除:PVC、PAN等。

2、热空气(氧)老化

高分子材料在热和氧共同作用下,按照自由基反应机理进行,导致聚合物降解和