Старение полимерных материалов

Влияние давления на механические свойства полимеров

Высокое давление приводит к существенному изменению механических свойств полимеров. Вызвано это тем, что модуль Юнга и модуль всестороннего сжатия полимеров превышают прочность и предел текучести не на 3—4 порядка, как у металлов, а всего на 1—2 порядка. Поэтому при напряжениях, значительно меньших разрушающего, может происходить изменение объема, сопровождающееся существенным изменением взаимодействия структурных элементов полимера.

 У пластиков с ростом давления происходит:

  • повышение температуры стеклования,
  • модуля Юнга,
  • прочности при растяжении и сжатии,
  • предела текучести.

У полистирола, например, при комнатной температуре и давлении 200—300 Мн/м2 (2000—3000 кгс/см2) наблюдается переход от хрупкого разрушения к пластическому, причем предел текучести в области давлений выше критического практически линейно растет с повышением давления. Под влиянием высокого давления в полимерах может совершаться перестройка надмолекулярной структуры, как обратимая, так и необратимая.

  • Механические свойства полимеров (основная статья).

ПРИЛОЖЕНИЕ (справочное). Термины и определения общих понятий, применяемых в смежных областях науки и техники

ПРИЛОЖЕНИЕСправочное

Термин

Определение

1. Дальний порядок

Упорядоченность в расположении структурных частиц вещества (атомов, молекул, ионов), повторяющаяся на неограниченно большом расстоянии

2. Внутреннее напряжение в полимерном материале

Механическое напряжение, возникающее в материале вследствие протекания релаксационных или других процессов

3. Высокоэластическое состояние

Физическое состояние полимерного материала, характеризующееся развитием больших обратимых деформаций под воздействием внешних напряжений

4. Степень полимеризации

Среднее число звеньев мономера, приходящееся на одну молекулу полимера

5. Фазовый переход первого рода

Переход вещества из одной фазы в другую, при котором скачком изменяются его термодинамические характеристики

6. Физическая структура полимерного материала

Взаимное расположение структурных элементов полимерного материала в пространстве, их внутреннее строение и характер взаимодействия между ними

7. Свободный радикал

Активная частица, обладающая свободной валентностью

Текст документа сверен по :официальное изданиеГосстандарт СССР -М.: Издательство стандартов, 1988

Старение — пластмасса

Старение пластмасс в различных химических средах изучают на специальных образцах, имеющих форму диска диаметром 50 мм.

Старение пластмасс проявляется в потере свойств с течением времени. Действие температуры, влажности, света, воды, длительное пребывание в атмосферных условиях ускоряют процесс старения пластмасс.

Под старением пластмасс понимают необратимое изменение важнейших эксплуатационных свойств, происходящее в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся в материале под влиянием условий испытания или эксплуатации. На практике, как правило, полимерный материал подвергается комплексному воздействию перечисленных факторов.

Стабилизаторы тормозят старение пластмасс, повышают долговечность пластмассовых изделий.

Изменение излучательной способности ксеноновой лампы в аппарате Ксенотест-450.

Для изучения старения пластмасс и других материалов наибольший интерес представляет измерение освещенности.

В почве и морской воде старение пластмасс протекает очень замедленно, что обеспечивает длительный срок службы этого покрытия. Наибольшей прочностью и стойкостью обладают лавсановые, полиамидные и толстые перхлорвиниловые пленки.

Популярные статьи  Для чего делают аварийное освещение в доме

Важнейшим из факторов, приводящих к старению пластмасс, является воздействие ультрафиолетовых лучей. Для придания устойчивости против старения применяют химические методы стабилизации путем введения различных добавок.

Стабилизаторы — специальные добавки для замедления процессов старения пластмасс были рассмотрены ранее.

Наилучшими являются следующие три типа ускоренных испытаний на старение пластмасс, предназначенных для электрического применения.

При одновременном действии повышенной температуры и влажности процесс старения пластмасс ускоряется. В пластмассах происходят необратимые процессы, приводящие к резкому снижению их прочности.

В 1960 г. в НИИПМ была организована лаборатория старения пластмасс. Однако работы в этой области были начаты значительно раньше и сводились в основном к испытанию материалов в лабораторных условиях в везерометре и изучению их плеснестойкости. Позднее под руководством П. А. Коробкова проводились испытания пластмасс в различных климатических зонах, д также были начаты работы по оценке стабильности пластмасс в лабораторных условиях.

Противомикробное и противогрибковое средство, используемое для предотвращения старения пластмасс.

Имеющиеся в настоящее время экспериментальные методы ускоренного старения не могут полностью обеспечить воспроизведение естественных условий старения пластмасс.

Помимо веществ, входящих в полимерную композицию, в воду могут переходить также продукты, образовавшиеся в результате старения пластмассы. При исследовании водных вытяжек из нестабилизированного полипропилена, настаиваемых при 60 С, в них были найдены небольшие количества метанола и формальдегида.

Старение полимеров

Для полимеров характерно старение — изменение структуры со временем, сопровождающееся изменением механических характеристик. Старение может вызываться как химическими процессами (в основном деструкцией), так и структурными перестройками, например, медленной кристаллизацией. Одним из проявлений старения является растрескивание полимерных материалов.

Скорость старения полимеров существенно зависит от среды, в которой оно происходит, и от температуры (с ростом последней скорость резко возрастает). Изменение механических характеристик даже в обычных атмосферных условиях может быть очень сильным (см. Атмосферостойкостъ). Старение часто идет неравномерно, наблюдается явление насыщения — после резкого изменения механических свойств в первые несколько месяцев в последующие месяцы или даже годы механические свойства почти не меняются. В других случаях процесс носит ускоряющийся характер — некоторое время не наблюдается изменения механических свойств, а затем происходит их быстрое изменение. Для борьбы с ухудшением механических характеристик в полимер вводят стабилизаторы.

Защита полимеров от старения

Поскольку старение многих полимеров протекает в основном по механизму цепных радикальных реакций, то при защите полимеров от старения нужно в первую очередь исходить их таких мер, которые были бы направлены па подавление этих реакций. Промышленным путем защиты полимеров от старения, стабилизации свойств изделий из них во времени является введение в полимеры на стадии переработки малых (до 5%) добавок низкомолекулярных — стабилизаторов. Общее назначение стабилизатора состоит в рассеянии на своих молекулах энергии, которая могла бы привести к разрушению полимера.

Стабилизаторы, подавляющие развитие цепных реакций деструкции, называют ингибиторам. Следовательно, стабилизатор-ингибитор— это вещество, распадающееся с образованием радикалов. Эффективность стабилизатора тем выше, чем менее активен в развитии цепных реакций и более устойчив во времени его радикал.

Популярные статьи  Что такое пакетный выключатель и для чего он нужен?

Стабилизаторы, препятствующие развитию окислительных реакций в полимерах, называют антиоксидантами. По механизму действия антиоксиданты делятся на две большие группы. Первую группу составляют вещества (ингибиторы), которые реагируют со свободными полимерными и радикалами на стадии их образования. К этой группе относятся широко применяемые на практике соединения на основе ароматических аминов и фенолов с разветвленными алкильными заместителями. Ко второй группе относятся вещества, не способные к образованию свободных радикалов, но уменьшающие разложение образующихся в макромолекулах полимерных гидроперекисей. Последние в определенных условиях сами становятся источником новых свободных радикалов, которые углубляют развитие реакций деструкции полимеров. Вещества, разрушающие полимерные гидроперекиси без образования радикалов, называют превентивными антиоксидантами. Превентивными антиоксидантами являются сульфиды, тиофосфаты и др.

Эффективную защиту от термоокислительного старения обеспечивает применение пары антиоксидантов, действующий по разным механизмам, взаимоусиленный стабилизирующий эффект смесью двух антиоксидантов называют синергизмом.

Многие антиоксиданты проявляют активность при температурах, не превышающих 280оС. При более высоких температурах полимеры защищают от термоокисления металлами, оксидами металлов переменной валентности. Тонкодисперсные порошки этих добавок поглощают кислород, и термоокислительная деструкция заменяется термической, которая всегда протекает медленнее.

Для защиты полимеров от светового старения применяют светостабилизаторы, действие которых основано как на поглощении солнечного света (УФ-абсорберы), так и на торможении реакций деструкции.  Последние  инициируются  в  полимере светом, но развиваются в его отсутствие. Защитное действие УФ-абсорберов заключается в том, что вся поглощенная ими энергия расходуется на перестройку макромолекул. Возвращение к начальной структуре сопровождается выделением теплоты, не опасной для полимера.

Активными светостабилизаторами для многих промышленных полимеров являются неорганические пигменты (TiO2, ZnS), канальная сажа, производные резорцина и т. д.

В настоящее время накоплен большой материал по механизму старения полимеров, разработаны эффективные меры комплексной защиты их от всех видов разрушения. При оценке эффективности стабилизаторов учитывают  не только их активность в химических реакциях, но и способность совмещаться с полимерами, доступность, дешевизну и токсические свойства.

Защитить от старения полимер можно также путем изменения его физической структуры. Для этого полимер подвергают специальной механический или термической обработке или вводят в него добавки — структурообразователи.

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ

Абсорбция полимерным материалом

15

Адсорбция полимерным материалом

14

Акцептор продуктов старения полимерного материала

77

Акцептор свободных радикалов в полимерном материале

76

Аморфизация полимерного материала

22

Антагонизм при стабилизации полимерного материала

74

Антиозонант полимерного материала

80

Антиоксидант полимерного материала

79

Антирад для защиты полимерного материала

81

Дезактиватор металлов в полимерном материале

72

Деполимеризация

10

Десорбция из полимерного материала

16

Деструкция полимерного материала

9

Изменение надмолекулярной структуры полимерного материала

19

Концентрация стабилизатора полимерного материала критическая

71

Кристаллизация полимерного материала

20

Коэффициент старения полимерного материала

65

Материал полимерный

1

Миграция добавок в полимерном материале

18

Модель старения полимерного материала

66

Модификация полимерного материала

68

Озоностойкость

46

Ориентация полимерного материала

24

Пластификация полимерного материала

17

Показатель старения полимерного материала характерный

7

Превращение полимерного материала полиморфное

21

Прогноз старения полимерного материала

61

Прогнозирование изменения показателя свойства полимерного материала

62

Противоутомитель полимерного материала

83

Реакция полимераналогичная

12

Светостойкость

44

Светостабилизатор полимерного материала

78

Синергизм при стабилизации полимерного материала

73

Скорость старения полимерного материала

63

Сорбция полимерным материалом

13

Стабилизатор полимерного материала

69

Стабилизатор

69

Защита полимерного материала от старения

67

Старение полимерного материала

2

Старение полимерного материала при воздействии биологических факторов

31

Старение полимерного материала во влажной среде

39

Старение полимерного материала в воде

38

Старение полимерного материала в грунте

42

Старение полимерного материала в живом организме

40

Старение полимерного материала в космосе

37

Старение полимерного материала в искусственных условиях

6

Старение полимерного материала в почве

41

Старение полимерного материала климатическое

36

Старение полимерного материала озонное

28

Старение полимерного материала окислительное

27

Старение полимерного материала при воздействии механических факторов

35

Старение полимерного материала абляционное

34

Старение полимерного материала радиационное

29

Старение полимерного материала световое

26

Старение тепловое

25

Старение полимерного материала термическое

25

Старение полимерного материала ультразвуковое

33

Старение полимерного материала химическое

30

Старение полимерного материала электрическое

32

Стеклование полимерного материала

23

Стойкость полимерного материала к абляционному старению

52

Стойкость полимерного материала к воздействию биологических факторов

49

Стойкость полимерного материала к климатическому старению

54

Стойкость полимерного материала к старению при воздействии механических факторов

53

Стойкость полимерного материала к окислительному старению

45

Стойкость полимерного материала к озонному старению

46

Стойкость полимерного материала к радиационному старению

47

Стойкость полимерного материала к световому старению

44

Стойкость полимерного материала к старению

8

Стойкость полимерного материала к старению в воде

57

Стойкость полимерного материала к старению во влажной среде

58

Стойкость полимерного материала к старению в грунте

60

Стойкость полимерного материала к старению в живом организме

56

Стойкость полимерного материала к старению в космосе

55

Стойкость полимерного материала к старению в почве

59

Стойкость полимерного материала к термическому старению

43

Стойкость полимерного материала к ультразвуковому старению

51

Стойкость полимерного материала к химическому старению

48

Стойкость химическая

48

Стойкость полимерного материала к электрическому старению

50

Структурирование

11

Структурообразователь полимерного материала

82

Сшивание макромолекул

11

Термостабилизатор полимерного материала

75

Условия старения полимерного материала

3

Факторы старения полимерного материала внешние

4

Факторы старения полимерного материала внутренние

5

Функция старения полимерного материала

64

Эффективность стабилизатора полимерного материала

70

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: