Polimer malzemelerin yaşlandırma çeşitleri, yaşlandırma testleri ve yaşlanma karşıtı yöntemler
01 Polimer malzemelerin geliştirilmesindeki mevcut durum
Polimer malzemeler, hafiflik, yüksek mukavemet, sıcaklık direnci ve korozyon direnci gibi mükemmel özelliklerinden dolayı artık üst düzey imalat, elektronik bilgi, ulaşım, bina enerji tasarrufu, havacılık ve ulusal gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. savunma ve askeri endüstriler. büyük bir rol oynadı.
Sadece ülke ekonomisinin önemli bir temel endüstrisi değil, aynı zamanda ülkenin lokomotif endüstrilerinden biri;
Petrokimya endüstrisinde sadece stratejik olarak gelişen bir endüstri değil, aynı zamanda elektronik bilgi, havacılık, ulusal savunma ve yeni enerji gibi stratejik olarak gelişen endüstriler için de önemli bir destekleyici malzemedir;
Sadece yüksek teknolojik içeriğe ve yüksek katma değere sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda petrokimya endüstrisinin dönüşümü ve geliştirilmesi için de önemli bir yön.
Bu nedenle polimer malzemeler her zaman gelişmiş ülkelerin ve çok uluslu şirketlerin büyük önem verdiği bir gelişme alanı olmuştur. Bu sadece yeni polimer malzeme endüstrisi için geniş bir pazar alanı sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda kalite performansı, güvenilirlik düzeyi ve destek yetenekleri açısından daha yüksek gereksinimleri de ortaya koyuyor.
Bu nedenle, enerji tasarrufu, düşük karbon ve ekolojik gelişim ilkelerine dayalı polimer malzeme ürünlerinin işlevlerinin nasıl en üst düzeye çıkarılacağı giderek daha fazla ilgi çekmektedir. Yaşlanma, polimer malzemelerin güvenilirliğini ve dayanıklılığını etkileyen önemli bir faktördür.
02 Polimer malzemelerin yaşlandırma türleri
Polimer malzemelerin işlenmesi, depolanması ve kullanımı sırasında iç ve dış faktörlerin birleşik etkisi nedeniyle özellikleri giderek bozulmakta ve sonunda kullanım değerini kaybetmektedir. Bu olay polimer malzemelerin yaşlanmasına aittir.
Bu durum sadece kaynak israfına neden olmakla kalmayıp, işlevsel arıza nedeniyle daha büyük kazalara da yol açabilmekte, eskime nedeniyle malzemelerin ayrışması da çevreyi kirletebilmektedir.
Farklı polimer türleri ve farklı kullanım koşulları nedeniyle farklı yaşlanma olgularına ve özelliklerine sahiptirler. Genel olarak polimer malzemelerin yaşlanması aşağıdaki dört tür değişiklikle sınıflandırılabilir:
1. Görünümdeki değişiklikler
Lekelerin, lekelerin, çizgilerin, çatlakların, çiçeklenmenin, tebeşirlenmenin, yapışkanlığın, çarpıklığın, balık gözü görünümü, kırışma, büzülme, kavurma, optik bozulma ve optik renkteki değişiklikler.
2. Fiziksel özelliklerdeki değişiklikler
Çözünürlük, şişme, reolojik özellikler, soğuğa dayanıklılık, ısıya dayanıklılık, su geçirgenliği, hava geçirgenliği ve diğer özelliklerdeki değişiklikler dahil.
3. Mekanik özelliklerdeki değişiklikler
Çekme mukavemeti, bükülme mukavemeti, kesme mukavemeti, darbe mukavemeti, bağıl uzama, gerilim gevşemesi ve diğer özelliklerdeki değişiklikler.
4. Elektriksel özelliklerdeki değişiklikler
Yüzey direnci, hacim direnci, dielektrik sabiti, elektriksel bozulma mukavemeti vb. değişiklikler gibi.
03 Polimer malzemelerin yaşlanmasına neden olan faktörler
1. Makro analiz
Çünkü polimerlerin işlenmesi ve kullanılması sırasında ısı, oksijen, su, ışık, mikroorganizmalar, kimyasal ortamlar gibi çevresel faktörlerin birleşik etkilerine maruz kalacaklardır. Kimyasal bileşimleri ve yapıları bir dizi değişikliğe uğrayacak ve buna bağlı olarak fiziksel özellikleri de değişecektir. Sertlik, yapışkanlık, kırılganlık, renk değişikliği, mukavemet kaybı vb. gibi bozulmalar. Bu değişiklik ve olgulara yaşlanma denir.
2. Mikroskobik analiz
Yüksek moleküler polimerler, ısı veya ışığın etkisi altında uyarılmış hal molekülleri oluşturacaktır. Enerji yeterince yüksek olduğunda moleküler zincirler serbest radikaller oluşturacak şekilde kırılır. Serbest radikaller polimer içerisinde zincir reaksiyonlar oluşturabilir, bozulmaya devam edebilir ve çapraz bağlanmaya neden olabilir.
Ortamda oksijen veya ozon mevcutsa, hidroperoksitleri (ROOH) oluşturmak için bir dizi oksidasyon reaksiyonu başlatılacak ve bunlar daha sonra karbonil gruplarına ayrışacaktır.
Polimerde artık katalizör metal iyonları varsa veya işleme ve kullanım sırasında bakır, demir, manganez, kobalt vb. metal iyonları dahil edilirse, polimerin oksidatif bozunma reaksiyonu hızlanacaktır.
04 Yaşlanma testi
Yeni malzemelerin geliştirilmesinde veya iyileştirilmesinde, bunların hizmet ömrünü veya yaşlanma karşıtı etkisini doğrulamak için yaşlanma testi gereklidir. Yaygın yaşlandırma testleri arasında doğal yaşlandırma ve laboratuvarda hızlandırılmış yaşlandırma yer alır.
1.Doğal yaşlanma
Doğal yaşlanma, malzeme numunesinin doğrudan doğal ortama maruz bırakılmasıdır. Genellikle numune, pozlama rafına belirli bir açıyla yerleştirilir. Yaygın pozlama açıları 5 derece, 45 derece ve 90 derecedir. İlgili test standartları arasında ISO 877 Plastikler - Güneş radyasyonuna maruz kalma yöntemleri; ISO2810 Boyalar ve cilalar - Kaplamaların doğal hava koşullarına maruz kalması - Maruz kalma ve değerlendirme; ASTMG7 Metalik Olmayan Malzemeler vb.'nin Atmosferik Çevresel Maruziyet Testi için Standart Uygulama.
Doğal yaşlandırma test yöntemi basit ve düşük maliyetlidir ancak test döngüsü çok uzun olduğundan ürün tasarımının optimizasyon sürecini etkiler. Ayrıca doğal bir ortam olması ve iklim koşullarının kontrol edilememesi nedeniyle test sonuçlarının tekrarlanabilirliğini sağlamak amacıyla test yerinin seçimi özellikle önemlidir. Amerika Birleşik Devletleri, 1931'de Güney Florida'da, Amerika Birleşik Devletleri'nde standart bir sıcak ve nemli iklime maruz kalma alanı olan doğal bir iklim alanı kurdu. Arizona'nın merkezinde kurulan test alanı standart bir kuru ısıya maruz kalma alanıdır. Ülkem Milli Motorlu Taşıtlar Ürün Kalitesi Denetleme ve Muayene Merkezi'nin Turpan Maruz Kalma Test Sahası da tipik bir kuru ve sıcak iklime maruz kalma sahasıdır. Turfan bölgesinde mayıs-ağustos ayları arasında maksimum sıcaklık 40 derecenin üzerinde, ekstrem maksimum sıcaklık 49,6 derece ve yıllık ortalama yağış ise sadece 8 mm'dir. Qionghai, Hainan'daki maruz kalma alanı tipik sıcak ve nemli iklim koşullarına sahiptir. Yıllık ortalama sıcaklık 27,4 derece, yıllık ortalama yağış ise 2134 mm kadardır.
2. Laboratuvarda hızlandırılmış yaşlandırma
Test döngüsünü hızlandırmak ve eskime verilerini daha hızlı elde etmek için laboratuvar genellikle güneş ışınımını simüle etmek, farklı sıcaklık, nem ve yağmur koşullarını vb. eşleştirmek ve çeşitli doğal iklimleri simüle etmek için yapay ışık kaynakları kullanır.
1) Işık kaynağının seçimi
Yaygın olarak kullanılan yapay ışık kaynakları arasında ksenon ark lambaları, metal halojenür lambalar ve ultraviyole floresan lambalar bulunur. UV floresan lambalar, orta dalga UV ve kısa dalga UV aralıklarında güneş ışığını çok iyi simüle edebilir. Ksenon ark lambaları ve metal halojenür lambalar güneş ışığını tam spektrumda çok iyi bir şekilde simüle edebilir. Bu nedenle, ışık kaynağı olarak ksenon lambalar ve metal halojenür lambalar kullanan test odaları güneş ışığı radyasyonunu iyi bir şekilde simüle edebilirken, floresan ultraviyole lambalar kullanan yaşlandırma odaları güneş ışığını taklit etmek için tasarlanmamıştır, yalnızca güneş ışığının yaşlanma etkisini simüle etmek için tasarlanmıştır. Ayrıca piyasada ışık kaynağı olarak karbon ark lambalarını kullanan eskitme kutuları da bulunmaktadır. Bununla birlikte, karbon ark spektrumu güneş ışığı spektrumu ile iyi bir korelasyona sahip değildir ve karbon ark lambası testinin kullanımı tarihsel nedenlerden dolayıdır.
2) Hızlandırılmış yaşlanmanın önemi
Korelasyon, laboratuvardaki hızlandırılmış yaşlandırma sonuçları ile malzemenin gerçek kullanım ortamındaki yaşlanma sonuçları arasındaki tutarlılık derecesini ifade eder. Ancak hızlandırılmış yaşlandırma testi uygun olduğunda malzemenin hava koşullarına dayanıklılığını gerçek anlamda yansıtabilir ve malzemenin hizmet ömrünü gerçekten tahmin edebilir. Makul olmayan hızlandırılmış testler, testin alaka düzeyini azaltacak ve hatta anlamını yitirecektir.
3) Laboratuvarlarda hızlandırılmış yaşlandırmanın gelişme eğilimi
Başlangıçta belirtildiği gibi, malzeme yaşlanmasını etkileyen faktörler arasında güneş radyasyonu, sıcaklık, su ve diğer faktörler yer alır. Malzemelerin yaşlanması bu faktörlerin ortak etkisinin sonucudur, ancak çeşitli faktörlerin etkilerinin basit bir şekilde üst üste gelmesi değildir. Aralarındaki sinerjinin de dikkate alınması gerekiyor. Bu nedenle, malzemenin gerçek kullanım ortamının daha kapsamlı bir simülasyonu daha iyi sonuçlara yol açabilir. Örneğin ISO 20340 standardına göre test 7 günlük bir döngüyü esas alıyor. 1. ila 3. günde, ISO 11507'ye göre aydınlık ve karanlık döngüsüne sahip bir UV testi gerçekleştirilir. 4. ila 6. günde, ISO 9227'ye göre bir tuz püskürtme testi gerçekleştirilir. 7. günde ({{9} } ±2) derecelik düşük sıcaklık testi. Geleneksel hava koşullarına dayanıklılık testiyle karşılaştırıldığında, yaşlanmayı etkileyen daha fazla faktör içerir ve malzemenin gerçek kullanım koşullarıyla daha uyumludur, böylece malzemenin gerçek yaşlanmasını daha iyi yansıtabilir. Küf, ozon konsantrasyonu vb. gibi faktörlerin plastik ürünlerin eskimesinde önemli bir etkiye sahip olduğunu biliyoruz. Testlere daha fazla yaşlanma faktörünün nasıl entegre edileceği, laboratuvarlarda hızlandırılmış yaşlanmanın gelişim yönlerinden biri olacaktır.
05 Polimer malzemelerin yaşlanmasını önleme yöntemleri
Şu anda, polimer malzemelerin yaşlanma karşıtı özelliklerini iyileştirmeye ve geliştirmeye yönelik ana yöntemler aşağıdakileri içermektedir:
1. Fiziksel koruma (kalınlaştırma, boyama, dış katman birleştirme vb.)
Polimer malzemelerin yaşlanması, özellikle fotooksijen yaşlanması, ilk önce malzeme veya ürünün yüzeyinden başlayarak renk değişikliği, tozlaşma, çatlama, parlaklık kaybı vb. şeklinde kendini gösterir ve daha sonra yavaş yavaş iç kısımlara daha derin nüfuz eder. İnce ürünlerin, kalın ürünlere göre erken bozulma olasılığı daha yüksektir, dolayısıyla ürünün kalınlaştırılmasıyla ürünün kullanım ömrü uzatılabilir. Eskimeye eğilimli ürünler için, yüzeye iyi hava koşullarına dayanıklı bir kaplama katmanı uygulayabilir veya ürünün yüzeyine koruyucu bir katman eklemek için ürünün dış katmanına iyi hava koşullarına dayanıklı bir malzeme katmanı uygulayabilirsiniz. ürün. Yaşlanma sürecini yavaşlatın.
2. İşleme teknolojisini geliştirin
Birçok malzemenin sentez veya hazırlama süreci sırasında da yaşlanma sorunları vardır. Örneğin, polimerizasyon sırasında ısının etkisi, işlem sırasında termal oksijen yaşlanması vb. Buna uygun olarak, oksijenin etkisi, polimerizasyon veya işlem sırasında bir oksijen giderme cihazı veya bir vakum cihazı eklenerek hafifletilebilir. Ancak bu yöntem yalnızca malzemenin fabrikadan çıktığı andaki performansını garanti edebilir ve bu yöntem yalnızca malzeme hazırlama kaynağından uygulanabilir ve yeniden işlenmesi ve kullanımı sırasında yaşlanma sorununu çözemez.
3. Polimer malzemelerin yapısal tasarımı veya modifikasyonu
Pek çok polimer malzeme moleküler yapısında yaşlanmaya karşı oldukça hassas olan gruplar içerir. Bu nedenle malzemenin moleküler yapı tasarımı yoluyla yaşlanmaya eğilimli grupların yaşlanmaya eğilimli olmayan gruplarla değiştirilmesi çoğu zaman iyi sonuçlar elde edebilir. Veya yaşlanma karşıtı etkilere sahip fonksiyonel gruplar veya yapılar, aşılama veya kopolimerizasyon yoluyla polimer zincirine dahil edilebilir ve böylece malzemenin kendisine mükemmel yaşlanma karşıtı işlevler kazandırılabilir. Bu da araştırmacıların sıklıkla kullandığı bir yöntemdir ancak maliyeti nispeten yüksektir. Yüksek, büyük ölçekli üretim ve uygulamaya şu an için ulaşılamıyor.
4. Yaşlanma karşıtı katkı maddeleri ekleyin
Şu anda, polimer malzemelerin yaşlanma direncini arttırmanın etkili ve yaygın bir yolu, düşük maliyetleri ve mevcut üretim süreçlerinde değişiklik yapılmaması nedeniyle yaygın olarak kullanılan yaşlanma karşıtı katkı maddelerinin eklenmesidir. Bu yaşlanma karşıtı katkı maddelerini eklemenin iki ana yolu vardır:
Katkı maddelerinin doğrudan eklenmesi yöntemi: yani yaşlanma karşıtı katkı maddesi (toz veya sıvı) reçine gibi hammaddelerle doğrudan karıştırılır ve karıştırılır ve daha sonra granülasyon veya enjeksiyonlu kalıplama vb. için ekstrüde edilir. Çünkü bu ekleme yöntemi basit ve kolaydır. Uygulamak için peletleme ve enjeksiyonlu kalıplama fabrikalarının çoğunluğu tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yaşlanmayı önleyici masterbatch ekleme yöntemi: Ürün kalitesi ve kalite istikrarı konusunda daha yüksek gereksinimleri olan üreticiler, üretim sırasında yaşlanmayı önleyici masterbatch ekleme yöntemini daha sık kullanır. Yaşlanma karşıtı masterbatch, taşıyıcı olarak uygun bir reçinenin kullanılması, çeşitli etkili yaşlanma karşıtı katkı maddeleri ile karıştırılması ve daha sonra çift vidalı bir ekstrüder tarafından birlikte ekstrüzyona tabi tutulması ve granül haline getirilmesiyle elde edilir. Uygulama avantajı, masterbatch hazırlama sürecinde yaşlanma karşıtı katkı maddelerinin kullanılmasında yatmaktadır. İlk olarak ön dispersiyon elde edilir ve daha sonraki malzeme işleme prosesinde, yaşlanma karşıtı katkı maddeleri ikincil olarak dağıtılır, böylece katkı maddelerinin polimer malzeme matrisinde düzgün bir şekilde dağılması amacına ulaşılır, bu sadece kalite stabilitesini sağlamakla kalmaz. Ürün, aynı zamanda üretim sırasında toz kirliliğini de önleyerek üretimi daha yeşil ve çevre dostu hale getiriyor.