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高分子材料在加工、貯存和使用過程中，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，甚至會因其功能失效釀成更大的事故，而且其老化引起的材料分解也可能會對環(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?？偟膩碚f，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、銀紋、裂縫、噴霜、粉化、發(fā)粘、翹曲、魚眼、起皺、收縮、焦燒、光學畸變以及光學顏色的變化。

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.力學性能的變化

拉伸強度、彎曲強度、剪切強度、沖擊強度、相對伸長率、應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)、電擊穿強度等的變化。

1.宏觀分析

因為高分子聚合物在加工、使用過程中，會受到熱、氧、水、光、微生物、化學介質(zhì)等環(huán)境因素的綜合作用, 其化學組成和結(jié)構(gòu)會發(fā)生一系列變化，物理性能也會相應變壞，如發(fā)硬、發(fā)粘、變脆、變色、失去強度等, 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形成激發(fā)態(tài)的分子，當能量足夠高，分子鏈就會斷裂形成自由基，自由基可以在聚合物內(nèi)部形成鏈式反應，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，還會誘發(fā)一系列氧化反應，形成氫過氧化物（ROOH），并進一步分解成為羰基。

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，會加速聚合物的氧化降解反應。

在新材料開發(fā)或改進中，為驗證其使用壽命或防老化效果，就需要進行老化測試。常見的老化測試有自然老化和試驗室加速老化。

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，常見的暴曬角度有5 °、45 °、90 °。相關(guān)的測試標準有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。

自然老化試驗方法簡便，成本較低，但是其試驗周期太長，影響產(chǎn)品設計的優(yōu)化進度。而且，由于是天然環(huán)境，氣候條件無法控制，為保證試驗結(jié)果的再現(xiàn)性，試驗場地的選擇尤為重要。美國1931年在南佛羅里達建立天然氣候場，是美國標準的濕熱氣候暴曬場。在亞利桑那中部建立的試驗場，則是標準的干熱暴曬場。我國的國家機動車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心吐魯番暴曬試驗場，也是典型的干熱氣候暴曬場。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 ℃，年平均降水量僅為8 mm。而海南瓊海的暴曬場，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2134 mm。典型暴曬場環(huán)境數(shù)據(jù)見表2。

表2 典型暴曬場環(huán)境數(shù)據(jù)

2.試驗室加速老化

為加快試驗周期，更快的得到老化數(shù)據(jù)，試驗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、金屬鹵素燈及紫外熒光燈。紫外熒光燈在中波紫外和短波紫外范圍內(nèi)，能很好的模擬日光。而氙弧燈和金屬鹵素燈在全光譜均能很好的模擬日光。因此，使用氙燈和金屬鹵素燈作為光源的試驗箱，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有很好的相關(guān)性，使用碳弧燈測試是歷史原因。

2）加速老化的相關(guān)性

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

表3 常見的降低相關(guān)性的錯誤測試

3）試驗室加速老化的發(fā)展趨勢

如開篇提到的，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標準，試驗以7天為1個周期，第1至3天根據(jù)ISO 11507進行具有明暗周期的紫外測試，第4至6天根據(jù)ISO 9227進行鹽霧測試，第7天進行（-20±2）℃的低溫測試。與傳統(tǒng)的耐候性測試相比，綜合了更多的老化影響因素，更符合材料的實際使用工況，因此更能反映材料的實際老化情況。我們知道，霉菌、臭氧濃度等，都對塑料制品的老化有重要影響，如何在測試中綜合更多的老化因素，將是試驗室加速老化的發(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（如加厚、涂裝、外層復合等）

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，因此通過加厚制品的方法可以延長制品的使用壽命。對于易老化的制品，可以在其表面涂覆或涂布一層耐候性好的涂層，或在制品外層復合一層耐候性好的材料，從而使制品表面附上一層防護層，從而延緩老化進程。

2.改進加工工藝

很多材料在合成或制備過程中，也存在老化的問題。如，聚合過程中熱的影響、加工過程中的熱氧老化等等。那么相應地，可以通過在聚合或加工過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的性能，而且這種方法只能從材料的制備源頭實施，無法解決其在再加工和使用過程中的老化問題。

3.高分子材料的結(jié)構(gòu)設計或改性

很多高分子材料分子結(jié)構(gòu)中存在極易老化的基團，那么通過材料的分子結(jié)構(gòu)設計，以不易老化的基團替代易老化的基團，往往可以起到良好的效果?；蛘呤窃诟叻肿臃肿渔溕贤ㄟ^接枝或共聚的方法引入具有抗老化作用的功能基團或結(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，暫且不能實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應用。

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、且無需改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝而得到廣泛應用。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)時添加抗老化母粒的方式?？估匣噶Ｊ且院线m的樹脂為載體，與多種高效的抗老化助劑混合，再經(jīng)雙螺桿擠出機共擠造粒得到的，其應用優(yōu)勢在于抗老化助劑在母粒制備過程中首先實現(xiàn)了預分散，那么在后期材料加工的過程中，抗老化助劑得到二次分散，達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)時的粉塵污染，使得生產(chǎn)更為綠色環(huán)保。