老化是指橡塑制品长期暴露在天气或气候中,其聚合物及其他有机材料因日光辐射和其他环境因素导致降解的现象,如:颜色外观变化,物理机械性能变化,有效成分损失、发霉腐烂等。为了降低产品失效风险、保修成本和维护良好的品牌形象,因此需要全方位、多角度的了解老化因素。
天气是一个地方短时间内的大气状态,包含气温、气压、温度、云、风、雨、露等;气候是一个地方多年的(通常为30年或更长)天气平均状况,包含降水、气温、湿度、日照和风力等。气候老化因素主要有日光辐射、温度、氧/臭氧、湿度、二级因素(城市污染、酸雨、微生物等),这些因素会引发化学应力和物理应力,从而导致化学的微观损伤和宏观的视觉损伤,且综合因素影响大于各因素分别影响之和。日光辐射因素。太阳辐射主要集中在可见光部分(波长~nm),波长大于可见光的红外线(波长nm)和小于可见光的紫外线(波长nm)的部分辐射较少。在全部辐射能中,波长在~0nm之间的占99%以上,且主要分布在可见光区和红外区,前者占太阳辐射总能量的约50%,后者占约43%,紫外区的太阳辐射能很少,只占总量的约7%。在地面上观测的太阳辐射的波段范围大约为nm~nm。短于nm和大于nm波长的太阳辐射,因地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收,不能到达地面。太阳辐射能量因地点span=""(经纬度)、方位(暴晒角度、漫反射/天空反射/地表反射)、季节、时间(辐照量)和气候条件而异,此外不同材料的光谱敏感性也跟日光辐射波段有关,主要取决于基体、添加剂和材料历史。温度因素。随着温度升高或降低,产品内部分子扩散速率和反应速度也随之加快或减缓,机械张力和压缩应力发生改变或者迁移,从而外观上导致制品膨胀或收缩。研究表明,温度每升高10K,分子反应速率通常增加20%~30%,降解速率通常增加一倍。影响表面温度的因素有空气温度、风速、日光辐射、表面颜色、样品热导率等。氧/臭氧因素。氧也是引发高分子材料老化的主要因素之一,氧分子会攻击分子链薄弱处,形成自由基,引发分子链断裂或再铰链,发生老化。臭氧主要是对橡胶的不饱和键起作用,即使非常低的臭氧浓度(2ppm)也会引起橡胶表面出现裂纹发生臭氧老化,尤其在拉伸应力的作用下表现更加强烈。湿度因素。当大气中水分含量变化时,水分使材料溶胀或溶解,继而改变分子间作用力,破坏聚集态结构,引起材料老化。水分还能够参与或加速材料降解的化学反应,如某些高分子中酯健的水解反应等,因此湿度的变化通常会伴随着产品的吸收/解吸(机械应力和压缩应力、冲刷),结冰、解冻(机械应力),热冲击(机械应力),侵蚀(物质损失),冲击(材料损失),化学(水解)等。此外二级因素如气体、污染、盐雾、酸雨、微生物等也对老化有着不同程度的影响。材料会在化学介质中发生不同程度的物理化学反应变化,如环境应力开裂、溶裂、增塑等,而微生物则具有极强的遗传变异性,会逐步进化出能够分解利用这些高聚物的酶类,从而能够以其为碳源或能源生长,尽管降解速率极低,但这种潜在危害是确实存在的。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,因此为了改善高分子材料的抗老化性能,了解和掌握老化因素对我们非金属材料和零部件可靠性研究具有重大参考意义。供稿:郭文博编辑:李亦琛预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇