סוגי הזדקנות, בדיקות הזדקנות ושיטות אנטי אייג'ינג של חומרים פולימרים.

סוגי יישון, בדיקות יישון ושיטות אנטי אייג'ינג של חומרים פולימריים
01 מצב נוכחי של פיתוח חומרים פולימריים
חומרים פולימרים, בגלל תכונותיהם המצוינות כגון משקל קל, חוזק גבוה, עמידות לטמפרטורה ועמידות בפני קורוזיה, נמצאים כיום בשימוש נרחב בתחומים רבים כגון ייצור מתקדם, מידע אלקטרוני, תחבורה, חיסכון באנרגיה בבניין, תעופה וחלל וארצי. תעשיות ביטחוניות וצבאיות. שיחק תפקיד ענק.
זה לא רק ענף בסיסי חשוב של הכלכלה הלאומית, אלא גם ענף מוביל של המדינה;
זוהי לא רק תעשייה מתפתחת אסטרטגית בתעשייה הפטרוכימית, אלא גם חומר תומך חשוב לתעשיות מתעוררות אסטרטגיות כמו מידע אלקטרוני, תעופה וחלל, הגנה לאומית ואנרגיה חדשה;
לא רק שיש לו תוכן טכנולוגי גבוה וערך מוסף גבוה, הוא גם כיוון חשוב לשינוי ושדרוג התעשייה הפטרוכימית.
לכן, חומרים פולימריים תמיד היו תחום פיתוח שמדינות מפותחות וחברות רב לאומיות מייחסות לו חשיבות רבה. זה לא רק מספק מרחב שוק רחב לתעשיית החומרים הפולימריים החדשה, אלא גם מציג דרישות גבוהות יותר לביצועי האיכות, רמת האמינות ויכולות התמיכה שלה.
לכן, איך למקסם את הפונקציות של מוצרי חומר פולימרי המבוססים על עקרונות של שימור אנרגיה, פחמן נמוך ופיתוח אקולוגי משך יותר ויותר תשומת לב. הזדקנות היא גורם חשוב המשפיע על האמינות והעמידות של חומרים פולימריים.

02 סוגי יישון של חומרים פולימריים
במהלך העיבוד, האחסון והשימוש בחומרים פולימריים, עקב ההשפעות המשולבות של גורמים פנימיים וחיצוניים, תכונותיהם מתדרדרות בהדרגה ובסופו של דבר מאבדות את ערכן השימוש. תופעה זו שייכת להזדקנות של חומרים פולימריים.
זה לא רק גורם לבזבוז משאבים, אלא אף עלול להוביל לתאונות גדולות יותר עקב כשל תפקודי, ופירוק חומרים הנגרם מהזדקנות עלול גם לזהם את הסביבה.
בשל סוגים שונים של פולימרים ותנאי שימוש שונים, יש להם תופעות ומאפייני הזדקנות שונים. באופן כללי, ניתן לסווג את ההזדקנות של חומרים פולימריים לארבעת סוגי השינויים הבאים:
1. שינויים במראה
הופעת כתמים, כתמים, פסים, סדקים, פריחה, גירוד, דביקות, עיוות, עיני דגים, קמטים, התכווצות, חריכה, עיוות אופטי ושינויים בצבע האופטי.
2. שינויים בתכונות הפיזיקליות
כולל שינויים במסיסות, נפיחות, תכונות ריאולוגיות, עמידות בפני קור, עמידות בחום, חדירות מים, חדירות אוויר ותכונות נוספות.
3. שינויים בתכונות מכניות
שינויים בחוזק מתיחה, חוזק כיפוף, חוזק גזירה, חוזק השפעה, התארכות יחסית, הרפיית מתח ותכונות אחרות.
4. שינויים בתכונות החשמל
כגון שינויים בהתנגדות פני השטח, התנגדות נפח, קבוע דיאלקטרי, חוזק פירוק חשמלי וכו'.

03 גורמים הגורמים להזדקנות של חומרים פולימריים
1. ניתוח מאקרו
מכיוון שבמהלך העיבוד והשימוש בפולימרים, הם יהיו נתונים להשפעות משולבות של גורמים סביבתיים כמו חום, חמצן, מים, אור, מיקרואורגניזמים ומדיה כימית. ההרכב והמבנה הכימי שלהם יעברו שורה של שינויים, וגם התכונות הפיזיקליות שלהם ישתנו בהתאם. הידרדרות, כגון קשיות, דביקות, שבירות, שינוי צבע, אובדן כוח וכו' שינויים ותופעות אלו נקראים הזדקנות.
2. ניתוח מיקרוסקופי
פולימרים מולקולריים גבוהים ייצרו מולקולות מצב נרגש תחת פעולת חום או אור. כאשר האנרגיה גבוהה מספיק, השרשראות המולקולריות יישברו ליצירת רדיקלים חופשיים. הרדיקלים החופשיים יכולים ליצור תגובות שרשרת בתוך הפולימר, להמשיך ולגרום לפירוק, ועלולים לגרום להצטלבות.
אם חמצן או אוזון נמצאים בסביבה, תיווצר סדרה של תגובות חמצון ליצירת הידרופרוקסידים (ROOH), אשר יתפרקו עוד יותר לקבוצות קרבוניל.
אם ישנם יוני מתכת זרז שיוריים בפולימר, או יוכנסו יוני מתכת כגון נחושת, ברזל, מנגן, קובלט וכו' במהלך העיבוד והשימוש, תגובת הפירוק החמצונית של הפולימר תואץ.

04 מבחן הזדקנות
בפיתוח או שיפור של חומרים חדשים, על מנת לוודא את חיי השירות או השפעתם האנטי-אייג'ינג, נדרשת בדיקת הזדקנות. בדיקות ההזדקנות הנפוצות כוללות הזדקנות טבעית והזדקנות מואצת במעבדה.
1.הזדקנות טבעית
הזדקנות טבעית היא לחשוף את דגימת החומר ישירות לסביבה הטבעית. בדרך כלל הדוגמה מותקנת על מדף החשיפה בזווית מסוימת. זוויות חשיפה נפוצות הן 5 מעלות, 45 מעלות ו-90 מעלות. תקני הבדיקה הרלוונטיים כוללים ISO 877 פלסטיק - שיטות חשיפה לקרינת שמש; ISO2810 צבעים ולכות - בליה טבעית של ציפויים - חשיפה והערכה; ASTMG7 פרקטיקה סטנדרטית לבדיקת חשיפה סביבתית של חומרים לא מתכתיים וכו'.
שיטת בדיקת ההזדקנות הטבעית היא פשוטה ובעלות נמוכה, אך מחזור הבדיקה שלה ארוך מדי, מה שמשפיע על התקדמות האופטימיזציה של עיצוב המוצר. זאת ועוד, מאחר ומדובר בסביבה טבעית ולא ניתן לשלוט בתנאי האקלים, על מנת להבטיח את יכולת השחזור של תוצאות הבדיקה, בחירת אתר הבדיקה חשובה במיוחד. ארצות הברית הקימה שדה אקלים טבעי בדרום פלורידה בשנת 1931, שהוא שדה סטנדרטי לחשיפה לאקלים חם ולח בארצות הברית. אתר הבדיקה שהוקם במרכז אריזונה הוא אתר סטנדרטי לחשיפה לחום יבש. אתר בדיקת החשיפה של טורפאן של המרכז הלאומי לפיקוח ופיקוח על איכות כלי רכב במדינה שלי הוא גם אתר חשיפה לאקלים יבש וחם טיפוסי. הטמפרטורה המקסימלית באזור טורפן ממאי עד אוגוסט היא מעל 40 מעלות, הטמפרטורה המקסימלית הקיצונית היא 49.6 מעלות, וממוצע המשקעים השנתי הוא 8 מ"מ בלבד. שדה החשיפה ב-Qionghai, Hainan הוא בעל תנאי אקלים חמים ולחים טיפוסיים. הטמפרטורה הממוצעת השנתית היא 27.4 מעלות, וכמות המשקעים השנתית הממוצעת היא עד 2134 מ"מ.

2. הזדקנות מואצת במעבדה
על מנת להאיץ את מחזור הבדיקה ולקבל נתוני הזדקנות מהר יותר, המעבדה משתמשת בדרך כלל במקורות אור מלאכותיים כדי לדמות קרינת שמש, להתאים טמפרטורה, לחות ותנאי גשם שונים וכו', ויכולה לדמות אקלים טבעי שונים.
1) בחירת מקור אור
מקורות אור מלאכותיים הנפוצים כוללים מנורות קשת קסנון, מנורות הליד מתכת ומנורות פלורסנט אולטרה סגול. מנורות פלורסנט UV יכולות לדמות אור שמש בצורה טובה מאוד בטווחי UV גלי בינוני ו-UV קצר. מנורות קשת קסנון ומנורות מתכת הליד יכולות לדמות אור שמש היטב בכל הספקטרום. לכן, תאי בדיקה המשתמשים במנורות קסנון ובמנורות מתכת הליד כמקורות אור יכולים לדמות היטב קרינת אור שמש, בעוד שתאי התיישנות המשתמשים במנורות אולטרה סגול פלורסנט לא נועדו לחקות את אור השמש, אלא רק לדמות את השפעת ההזדקנות של אור השמש. בנוסף, קיימות בשוק קופסאות יישון המשתמשות במנורות קשת פחמן כמקור האור. עם זאת, לספקטרום קשת הפחמן אין מתאם טוב עם ספקטרום אור השמש, והשימוש בבדיקת מנורות קשת פחמן הוא מסיבות היסטוריות.
2) רלוונטיות של הזדקנות מואצת
מתאם מתייחס למידת העקביות בין תוצאות ההזדקנות המואצות במעבדה לבין תוצאות ההזדקנות של החומר בסביבת השימוש בפועל. רק כאשר בדיקת ההזדקנות המואצת רלוונטית היא יכולה לשקף באמת את עמידות החומר למזג האוויר ולחזות באמת את חיי השירות של החומר. בדיקה מואצת בלתי סבירה תפחית את הרלוונטיות של הבדיקה ואף תאבד את משמעותה.
3) מגמת ההתפתחות של הזדקנות מואצת במעבדות
כאמור בהתחלה, הגורמים המשפיעים על הזדקנות החומר כוללים קרינת שמש, טמפרטורה, מים וגורמים נוספים. הזדקנות החומרים היא תוצאה של פעולה משותפת של גורמים אלה, אך אין זו סופרפוזיציה פשוטה של ​​השפעות של גורמים שונים. צריך לקחת בחשבון גם את הסינרגיה ביניהם. לכן, סימולציה מקיפה יותר של סביבת השימוש בפועל של החומר יכולה להוביל לתוצאות רלוונטיות יותר. לדוגמה, לפי תקן ISO 20340, הבדיקה מבוססת על מחזור של 7 ימים. ביום ה-1 עד ה-3 מתבצעת בדיקת UV עם מחזור אור וחושך לפי ISO 11507. ביום ה-4 עד ה-6 מתבצעת בדיקת ריסוס מלח לפי ISO 9227. ביום ה-7 ({{9} } בדיקת טמפרטורה נמוכה של ±2) מעלות. בהשוואה למבחן עמידות מזג האוויר המסורתי, הוא משלב יותר גורמים המשפיעים על ההזדקנות ותואם יותר את תנאי השימוש בפועל של החומר, כך שהוא יכול לשקף טוב יותר את ההזדקנות בפועל של החומר. אנו יודעים שלעובש, ריכוז אוזון וכו' יש השפעה חשובה על ההזדקנות של מוצרי פלסטיק. כיצד לשלב יותר גורמי הזדקנות בבדיקה יהיה אחד מכיווני הפיתוח של הזדקנות מואצת במעבדות.

05 שיטות לאנטי אייג'ינג של חומרים פולימריים
כיום, השיטות העיקריות לשיפור ושיפור תכונות האנטי-אייג'ינג של חומרים פולימריים כוללות את הדברים הבאים:
1. הגנה פיזית (כגון עיבוי, צביעה, חיבור שכבה חיצונית וכו')
ההזדקנות של חומרים פולימריים, במיוחד יישון פוטו-חמצן, מתחילה תחילה מפני השטח של החומר או המוצר, ומתבטאת בשינוי צבע, אבקה, סדקים, אובדן ברק וכו', ולאחר מכן חודרת בהדרגה עמוק יותר לתוך הפנים. מוצרים דקים נוטים להיכשל בטרם עת מאשר מוצרים עבים, ולכן ניתן להאריך את חיי השירות של המוצר על ידי עיבוי המוצר. למוצרים המועדים להזדקנות, ניתן למרוח שכבת ציפוי עם עמידות טובה במזג האוויר על פני השטח, או להרכיב שכבת חומר עם עמידות מזג אוויר טובה על השכבה החיצונית של המוצר להצמדת שכבת הגנה על פני השטח של המוצר. מוצר. האט את תהליך ההזדקנות.

2. שפר את טכנולוגיית העיבוד
לחומרים רבים יש גם בעיות התיישנות במהלך הסינתזה או תהליך ההכנה. לדוגמה, השפעת החום בזמן פילמור, הזדקנות חמצן תרמית במהלך עיבוד וכו'. בהתאם, ניתן למתן את השפעת החמצן על ידי הוספת מכשיר להסרת חמצן או מכשיר ואקום במהלך פילמור או עיבוד. עם זאת, שיטה זו יכולה להבטיח את ביצועי החומר רק בצאתו מהמפעל, ושיטה זו ניתנת ליישום רק ממקור הכנת החומר, ואינה יכולה לפתור את בעיית היישון במהלך העיבוד מחדש והשימוש בו.

3. עיצוב מבני או שינוי של חומרים פולימריים
חומרים פולימריים רבים מכילים קבוצות הרגישות מאוד להזדקנות במבנה המולקולרי שלהם. לכן, באמצעות תכנון המבנה המולקולרי של החומר, החלפת הקבוצות המועדות להזדקנות בקבוצות שאינן נוטות להזדקנות יכולה לרוב להשיג תוצאות טובות. לחלופין, ניתן להכניס קבוצות או מבנים פונקציונליים עם השפעות אנטי-אייג'ינג לשרשרת הפולימר באמצעות השתלה או קופולימריזציה, המעניקים לחומר עצמו פונקציות אנטי-אייג'ינג מצוינות. גם זו שיטה בה משתמשים חוקרים לרוב, אך העלות גבוהה יחסית. בשלב זה לא ניתן להשיג ייצור ויישום בקנה מידה גבוה.

4. הוסף תוספי אנטי אייג'ינג
נכון להיום, דרך יעילה ונפוצה לשיפור עמידות ההזדקנות של חומרים פולימריים היא הוספת תוספי אנטי אייג'ינג, הנמצאים בשימוש נרחב בגלל עלותם הנמוכה והיעדר שינויים בתהליכי הייצור הקיימים. ישנן שתי דרכים עיקריות להוסיף את תוספי האנטי אייג'ינג הללו:
שיטת הוספה ישירה של תוספים: כלומר, את התוסף האנטי אייג'ינג (אבקה או נוזל) מערבבים ומערבבים ישירות עם חומרי גלם כמו שרף, ולאחר מכן מחולצים לגרנולציה או הזרקה וכו'. מכיוון ששיטת הוספה זו פשוטה וקלה. ליישום, הוא נמצא בשימוש נרחב על ידי רוב מפעלי הפילוג וההזרקה.
שיטת הוספת מאסטר אצ' אנטי אייג'ינג: יצרנים בעלי דרישות גבוהות יותר לאיכות המוצר ויציבות האיכות משתמשים לעתים קרובות יותר בשיטה של ​​הוספת מאסטר אצ' אנטי אייג'ינג במהלך הייצור. אנטי-אייג'ינג מאסטר-batch מתקבל על ידי שימוש בשרף מתאים כמנשא, מעורבב עם מגוון תוספי אנטי-אייג'ינג יעילים, ולאחר מכן אקסטרודיה משותפת וגרגירה על ידי מכבש כפול ברגים. יתרון היישום שלו טמון בשימוש בתוספי אנטי אייג'ינג בתהליך הכנת המאסטר. ראשית, מושגת פיזור קדם, ולאחר מכן בתהליך עיבוד החומר המאוחר יותר, תוספי האנטי-אייג'ינג מפוזרים משני, ומשיגים את המטרה של פיזור אחיד של התוספים במטריצת החומר הפולימרי, מה שלא רק מבטיח את היציבות האיכותית של מוצר, אבל גם זה מונע זיהום אבק במהלך הייצור, מה שהופך את הייצור לירוק יותר וידידותי לסביבה.