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高分子材料在加工、貯存和使用過(guò)程中，由于受內(nèi)外因素的綜合作用，其性能逐漸變壞，以致最后喪失使用價(jià)值,這種現(xiàn)象就屬于高分子材料的老化。

這不僅造成資源浪費(fèi)，甚至?xí)蚱涔δ苁п劤筛蟮氖鹿?，而且其老化引起的材料分解也可能?huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

由于聚合物品種不同，使用條件各異，因而有不同的老化現(xiàn)象和特征?？偟膩?lái)說(shuō)，高分子材料的老化可歸為以下四種類型的變化：

1.外觀的變化

出現(xiàn)污漬、斑點(diǎn)、銀紋、裂縫、噴霜、粉化、發(fā)粘、翹曲、魚眼、起皺、收縮、焦燒、光學(xué)畸變以及光學(xué)顏色的變化。

2.物理性能的變化

包括溶解性、溶脹性、流變性能以及耐寒、耐熱、透水、透氣等性能的變化。

3.力學(xué)性能的變化

拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、相對(duì)伸長(zhǎng)率、應(yīng)力松馳等性能的變化。

4.電性能的變化

如表面電阻、體積電阻、介電常數(shù)、電擊穿強(qiáng)度等的變化。

1.宏觀分析

因?yàn)楦叻肿泳酆衔镌诩庸?、使用過(guò)程中，會(huì)受到熱、氧、水、光、微生物、化學(xué)介質(zhì)等環(huán)境因素的綜合作用, 其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列變化，物理性能也會(huì)相應(yīng)變壞，如發(fā)硬、發(fā)粘、變脆、變色、失去強(qiáng)度等, 這些變化和現(xiàn)象就稱為老化。

2.微觀分析

高分子聚合物在熱或光的作用下會(huì)形成激發(fā)態(tài)的分子，當(dāng)能量足夠高，分子鏈就會(huì)斷裂形成自由基，自由基可以在聚合物內(nèi)部形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，繼續(xù)引發(fā)降解，也可能引起交聯(lián)。

如果環(huán)境中存在氧氣或臭氧，還會(huì)誘發(fā)一系列氧化反應(yīng)，形成氫過(guò)氧化物（ROOH），并進(jìn)一步分解成為羰基。

如果聚合物中存在殘余的催化劑金屬離子，或在加工、使用中帶入金屬離子如銅、鐵、錳、鈷等，會(huì)加速聚合物的氧化降解反應(yīng)。

在新材料開(kāi)發(fā)或改進(jìn)中，為驗(yàn)證其使用壽命或防老化效果，就需要進(jìn)行老化測(cè)試。常見(jiàn)的老化測(cè)試有自然老化和試驗(yàn)室加速老化。

1.自然老化

自然老化就是將材料試樣直接暴曬在自然環(huán)境下。通常樣品以一定的角度安裝在暴曬架上，常見(jiàn)的暴曬角度有5 °、45 °、90 °。相關(guān)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有ISO 877 Plastics — Methods of exposure to solarradiation；ISO2810 Paints and varnishes - Natural weathering of coatings - Exposure andassessment；ASTMG7 Standard Practice for Atmospheric Environmental Exposure Testing ofNonmetallic Materials等。

自然老化試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便，成本較低，但是其試驗(yàn)周期太長(zhǎng)，影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)度。而且，由于是天然環(huán)境，氣候條件無(wú)法控制，為保證試驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)性，試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇尤為重要。美國(guó)1931年在南佛羅里達(dá)建立天然氣候場(chǎng)，是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的濕熱氣候暴曬場(chǎng)。在亞利桑那中部建立的試驗(yàn)場(chǎng)，則是標(biāo)準(zhǔn)的干熱暴曬場(chǎng)。我國(guó)的國(guó)家機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心吐魯番暴曬試驗(yàn)場(chǎng)，也是典型的干熱氣候暴曬場(chǎng)。吐魯番地區(qū)5-8月最高氣溫均在40 ℃以上，極端最高氣溫49.6 ℃，年平均降水量?jī)H為8 mm。而海南瓊海的暴曬場(chǎng)，則是典型的濕熱氣候條件。年平均溫度27.4 ℃，年均降水量高達(dá)2134 mm。典型暴曬場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 典型暴曬場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)

2.試驗(yàn)室加速老化

為加快試驗(yàn)周期，更快的得到老化數(shù)據(jù)，試驗(yàn)室通常使用人造光源模擬日光輻射，匹配不同的溫濕度及淋雨條件等，可以模擬各種自然氣候。

1）光源的選擇

常用的人造光源有氙弧燈、金屬鹵素?zé)艏白贤鉄晒鉄?。紫外熒光燈在中波紫外和短波紫外范圍?nèi)，能很好的模擬日光。而氙弧燈和金屬鹵素?zé)粼谌庾V均能很好的模擬日光。因此，使用氙燈和金屬鹵素?zé)糇鳛楣庠吹脑囼?yàn)箱，能很好的模擬日光輻射，而使用熒光紫外燈的老化箱，其目的并不在于仿制日光，而只是模擬日光的老化效果。除此之外，市場(chǎng)上還有以碳弧燈作為光源的老化箱。但碳弧光譜與日光光譜并沒(méi)有很好的相關(guān)性，使用碳弧燈測(cè)試是歷史原因。

2）加速老化的相關(guān)性

相關(guān)性是指，試驗(yàn)室加速老化的結(jié)果與材料在實(shí)際使用環(huán)境中發(fā)生老化的結(jié)果的一致性程度。加速老化試驗(yàn)，只有具有相關(guān)性，才能真正反映材料的耐候性能，真實(shí)預(yù)測(cè)材料的使用壽命。不合理的加速試驗(yàn)，會(huì)降低測(cè)試的相關(guān)性，甚至失去意義。

表3 常見(jiàn)的降低相關(guān)性的錯(cuò)誤測(cè)試

3）試驗(yàn)室加速老化的發(fā)展趨勢(shì)

如開(kāi)篇提到的，材料老化的影響因素有日光輻射、溫度、水和其他因素。材料的老化是這些因素共同作用的結(jié)果，但并不是簡(jiǎn)單的各種因素影響效果的疊加，還需要考慮其間的協(xié)同作用。因此，更全面的模擬材料的實(shí)際使用環(huán)境，能夠得到具有更好相關(guān)性的結(jié)果。例如ISO 20340標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)以7天為1個(gè)周期，第1至3天根據(jù)ISO 11507進(jìn)行具有明暗周期的紫外測(cè)試，第4至6天根據(jù)ISO 9227進(jìn)行鹽霧測(cè)試，第7天進(jìn)行（-20±2）℃的低溫測(cè)試。與傳統(tǒng)的耐候性測(cè)試相比，綜合了更多的老化影響因素，更符合材料的實(shí)際使用工況，因此更能反映材料的實(shí)際老化情況。我們知道，霉菌、臭氧濃度等，都對(duì)塑料制品的老化有重要影響，如何在測(cè)試中綜合更多的老化因素，將是試驗(yàn)室加速老化的發(fā)展方向之一。

目前，改善和提高高分子材料防老化性能的主要方法有以下幾種：

1.物理防護(hù)（如加厚、涂裝、外層復(fù)合等）

高分子材料的老化，特別是光氧老化，首先是從材料或制品的表面開(kāi)始，表現(xiàn)為變色、粉化、龜裂、光澤度下降等，然后逐漸往內(nèi)部深入。薄制品比厚制品更容易提早失效，因此通過(guò)加厚制品的方法可以延長(zhǎng)制品的使用壽命。對(duì)于易老化的制品，可以在其表面涂覆或涂布一層耐候性好的涂層，或在制品外層復(fù)合一層耐候性好的材料，從而使制品表面附上一層防護(hù)層，從而延緩老化進(jìn)程。

2.改進(jìn)加工工藝

很多材料在合成或制備過(guò)程中，也存在老化的問(wèn)題。如，聚合過(guò)程中熱的影響、加工過(guò)程中的熱氧老化等等。那么相應(yīng)地，可以通過(guò)在聚合或加工過(guò)程中增加除氧裝置或抽真空裝置等減緩氧氣的影響。但這種方法只能保證材料在出廠時(shí)的性能，而且這種方法只能從材料的制備源頭實(shí)施，無(wú)法解決其在再加工和使用過(guò)程中的老化問(wèn)題。

3.高分子材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或改性

很多高分子材料分子結(jié)構(gòu)中存在極易老化的基團(tuán)，那么通過(guò)材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以不易老化的基團(tuán)替代易老化的基團(tuán)，往往可以起到良好的效果。或者是在高分子分子鏈上通過(guò)接枝或共聚的方法引入具有抗老化作用的功能基團(tuán)或結(jié)構(gòu)，賦予材料本身以優(yōu)異的抗老化功能，也是研究工作者們常采用的方法，但成本較高，暫且不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。

4.添加防老化助劑

目前，提高高分子材料耐老化性的有效途徑和常用方法就是添加抗老化助劑，其由于成本較低、且無(wú)需改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝而得到廣泛應(yīng)用。這些抗老化助劑的添加方式主要有兩種：

助劑直接添加法：即將抗老化助劑（粉末或液體）與樹(shù)脂等原料直接混合攪拌后擠出造?；蜃⑺艿鹊?。這種添加方式由于簡(jiǎn)單易行，從而為廣大的抽粒和注塑廠所廣泛采用。

抗老化母粒添加法：在對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量穩(wěn)定性要求較高的廠家，更多的是采用在生產(chǎn)時(shí)添加抗老化母粒的方式?？估匣噶Ｊ且院线m的樹(shù)脂為載體，與多種高效的抗老化助劑混合，再經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)共擠造粒得到的，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于抗老化助劑在母粒制備過(guò)程中首先實(shí)現(xiàn)了預(yù)分散，那么在后期材料加工的過(guò)程中，抗老化助劑得到二次分散，達(dá)到了助劑在高分子材料基體中均勻分散的目的，不僅保證了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，也避免了生產(chǎn)時(shí)的粉塵污染，使得生產(chǎn)更為綠色環(huán)保。