醫(yī)用高分子材料老化試驗(yàn)知識(shí)

高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和涂料等。由于其具有優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的許多潛在性能，使得它們?cè)谲娒衿奉I(lǐng)域的用途越來(lái)越廣。高分子材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好，具有很好的保護(hù)性能，大量用于航空、汽車、船艦、基礎(chǔ)構(gòu)建、等領(lǐng)域。但是在加工、貯存和使用過(guò)程中， 由于受到光、熱、氧、水、高能輻射、化學(xué)以及生物侵蝕等內(nèi)外因素的綜合作用，高分子材料的化學(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，這種現(xiàn)象就被是高分子材料的老化。高分子材料老化的本質(zhì)是指物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生的改變，表現(xiàn)為材料的性能逐漸下降，并失去其應(yīng)有的使用價(jià)值。

在高分子材料廣泛應(yīng)用的今天，高分子材料的老化現(xiàn)象已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。高分子材料的老化，尤其是在苛刻環(huán)境條件下的加速老化， 常導(dǎo)致高分子產(chǎn)品過(guò)早失效，這不僅造成資源浪費(fèi)，甚至?xí)蚱涔δ苁п劤筛蟮氖鹿剩移淅匣鸬牟牧戏纸庖部赡軙?huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。因此高分子材料的老化引起的危害要比想象的嚴(yán)重得多。高分子材料的老化失效問(wèn)題已成為限制高分子材料進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

老化現(xiàn)象

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。例如農(nóng)用塑料薄膜經(jīng)過(guò)日曬雨淋后發(fā)生變色、變脆、透明度下降；航空有機(jī)玻璃用久后出現(xiàn)銀紋、透明度下降；橡膠制品長(zhǎng)久使用后彈性下降、變硬、開(kāi)裂或者變軟、發(fā)粘；涂料長(zhǎng)久使用后發(fā)生失光、粉化、氣泡、剝落等。老化現(xiàn)象歸納起來(lái)有下列四種變化：

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。

老化因素

高分子材料表現(xiàn)出來(lái)的物理性能與其化學(xué)結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。化學(xué)結(jié)構(gòu)是高分子借助共價(jià)鍵連接起來(lái)的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是許多大分子借助分子問(wèn)作用力排列、堆砌起來(lái)的空間結(jié)構(gòu)，如結(jié)晶態(tài)、非晶態(tài)、結(jié)晶一非晶態(tài)。維持聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的分子間作用力包括離子鍵力、金屬鍵力、共價(jià)鍵力以及范德華力。環(huán)境因素會(huì)導(dǎo)致分子間作用力的改變、甚至是鏈的斷裂或某些基團(tuán)的脫落，最終會(huì)破壞材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，使材料的物理性能發(fā)生改變。影響高分子材料發(fā)生老化的因素通常有兩種：內(nèi)在因素與外在因素。

內(nèi)在因素

1、聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)

聚合物發(fā)生老化與本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，化學(xué)結(jié)構(gòu)的弱鍵部位容易受到外界因素的影響發(fā)生斷裂成為自由基。這種自由基是引發(fā)自由基反應(yīng)的起始點(diǎn)。

2、物理形態(tài)

聚合物的分子鍵有些是有序排列的，有些是無(wú)序的。有序排列的分子鍵可形成結(jié)晶區(qū)，無(wú)序排列的分子鍵為非晶區(qū)，很多聚合物的形態(tài)并不是均勻的，而是半結(jié)晶狀態(tài)， 既有晶區(qū)也有非晶區(qū)，老化反應(yīng)首先從非晶區(qū)開(kāi)始。

3、立體歸整性

聚合物的立體歸整性與它的結(jié)晶度有密切關(guān)系。一般地，規(guī)整的聚合物比無(wú)規(guī)聚合物耐老化性能好。

4、分子量及其分布一般情況

聚合物的分子量與老化關(guān)系不大，而分子量的分布對(duì)聚合物的老化性能影響很大， 分布越寬越容易老化， 因?yàn)榉植荚綄挾嘶蕉啵饺菀滓鹄匣磻?yīng)。

5、微量金屬雜質(zhì)和其他雜質(zhì)

高分子在加工時(shí)， 要和金屬接觸，有可能混入微量金屬，或在聚合時(shí)，殘留一些金屬催化劑，這都會(huì)影響自動(dòng)氧化(即老化)的引發(fā)作用。

外在因素

1、溫度的影響

溫度升高，高分子鏈的運(yùn)動(dòng)加劇，一旦超過(guò)化學(xué)鍵的離解能，就會(huì)引起高分子鏈的熱降解或基團(tuán)脫落，目前高分子材料的熱降解有大量文獻(xiàn)報(bào)道；溫度降低，往往會(huì)影響材料的力學(xué)性能。與力學(xué)性能密切相關(guān)的臨界溫度點(diǎn)包括玻璃化溫度T、粘流溫度Tf和熔點(diǎn)Tm， 材料的物理狀態(tài)可劃分為玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。在臨界溫度兩側(cè)，高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)或高分子長(zhǎng)鏈會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，從而使材料的物理性能發(fā)生顯著的改變。橡膠屬于高度交聯(lián)的、非晶聚合物，使用環(huán)境應(yīng)保證其處于高彈態(tài)下，使用溫度須高于玻璃化溫度、低于粘流溫度及分解溫度；纖維是高度結(jié)晶的高分子材料，要求使用溫度遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)Tm，以便于熨燙；對(duì)于結(jié)晶型塑料， 玻璃化溫度Tg<使用溫度<熔點(diǎn)Tm ，但對(duì)于非晶塑料，使用溫度須小于玻璃化溫度Tg約50～75℃。

在極寒地區(qū)，溫度對(duì)于塑料及橡膠制品的性能影響極大。對(duì)于結(jié)晶型塑料，如果環(huán)境溫度低于材料的玻璃化溫度，會(huì)使高分子鏈段的自由運(yùn)動(dòng)受到阻礙， 表現(xiàn)為塑料變脆、變硬而易折斷；寒冷環(huán)境對(duì)于非晶塑料的影響不大。對(duì)于橡膠制品， 溫度低于玻璃化溫度的表現(xiàn)會(huì)與結(jié)晶型塑料相似， 喪失了橡膠應(yīng)有的性能。寒冷環(huán)境對(duì)于纖維材料的物理性能沒(méi)有影響。

2、濕度的影響

濕度對(duì)高分子材料的影響可歸結(jié)于水分對(duì)材料的溶脹及溶解作用，使維持高分子材料聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的分子間作用力改變，從而破壞了材料的聚集狀態(tài)，尤其對(duì)于非交聯(lián)的非晶聚合物，濕度的影響極其明顯，會(huì)使高分子材料發(fā)生溶脹甚至聚集態(tài)解體，從而使材料的性能受到損壞；對(duì)于結(jié)晶形態(tài)的塑料或纖維， 由于存在水分滲透限制，濕度的影響不是很明顯。

3、氧氣的影響

氧是引起高分子材料老化的主要原因，由于氧的滲透性，結(jié)晶型聚合物較無(wú)定型聚合物耐氧化。氧首*攻高分子主鏈上的薄弱環(huán)節(jié)， 如雙鍵、羥基、叔碳原子上的氫等基團(tuán)或原子，形成高分子過(guò)氧自由基或過(guò)氧化物， 然后在此部位引起主鏈的斷裂，嚴(yán)重時(shí)，聚合物分子量顯著下降，玻璃化溫度降低，而使聚合物變粘，在某些易分解為自由基的引發(fā)劑或過(guò)渡金屬元素存在下，有加劇氧化反應(yīng)的趨勢(shì)。

4、光老化

聚合物受光的照射，是否引起分子鏈的斷裂，取決于光能與離解能的相對(duì)大小及高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)光波的敏感性。由于地球表面存在臭氧層及大氣層，能夠到達(dá)地面的太陽(yáng)光線波長(zhǎng)范圍為290nm～4300nm 之間，光波能量大于化學(xué)鍵離解能的只有紫外區(qū)域的光波，會(huì)引起高分子化學(xué)鍵的斷裂。例如， 紫外波長(zhǎng)300nm ～400rim，能被含有羰基及雙鍵的聚合物吸收，而使大分子鏈斷裂，化學(xué)結(jié)構(gòu)改變，而使材料性能變差；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯對(duì)280nm 的紫外線具有強(qiáng)烈吸收，降解產(chǎn)物主要是CO、H、CH；只含有C-C鍵的聚烯烴對(duì)紫外線無(wú)吸收，但在存在少量雜質(zhì)的情況下，如羰基、不飽和鍵、氫過(guò)氧化基團(tuán)、催化劑殘基、芳烴和過(guò)渡金屬元素，可以促進(jìn)聚烯烴的光氧化反應(yīng)。

5、化學(xué)介質(zhì)的影響

化學(xué)介質(zhì)只有滲透到高分子材料的內(nèi)部，才能發(fā)揮作用，這些作用包括對(duì)共價(jià)鍵的作用與次價(jià)鍵的作用兩類。共價(jià)鍵的作用表現(xiàn)為高分子鏈的斷鏈、交聯(lián)、加成或這些作用的綜合， 這是一個(gè)不可逆的化學(xué)過(guò)程；化學(xué)介質(zhì)對(duì)次價(jià)鍵的破壞雖然沒(méi)有引起化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，但材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)會(huì)改變，使其物理性能發(fā)生相應(yīng)改變。

環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂、溶裂、增塑等物理變化，是高分子材料的化學(xué)介質(zhì)老化的典型表現(xiàn)。當(dāng)雙向受力的聚合物表面存在少量的非溶劑的液體介質(zhì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)微小的裂紋或銀紋，稱為環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂，這種表面現(xiàn)象是在化學(xué)介質(zhì)的增塑和材料表面應(yīng)力集中作用下，材料局部地方的表面應(yīng)力超過(guò)其屈服應(yīng)力的結(jié)果。在某些場(chǎng)合，環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂可借助改變聚合物的結(jié)晶類型和結(jié)晶度來(lái)防止，增加分子量和鏈支化度可以減少聚合物的結(jié)晶性，提高其耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性。當(dāng)少量溶劑與受應(yīng)力的聚合物接觸時(shí)，可引起溶裂，溶裂在無(wú)定型和結(jié)晶型聚合物中都能發(fā)生，形態(tài)學(xué)的研究表明，溶裂實(shí)際上是聚合物在應(yīng)力方向上重新定向的結(jié)果。消除溶裂的方法是消除材料的內(nèi)應(yīng)力，在材料的成型加工后退火，有利于消除材料的內(nèi)應(yīng)力。增塑是在液體介質(zhì)與高分子材料持續(xù)接觸的場(chǎng)合，高分子與小分子介質(zhì)間的相互作用部分代替了高分子之間的相互作用，使高分子鏈段較易運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為玻璃化溫度降低，材料的強(qiáng)度、硬度與彈性模量下降，斷裂伸長(zhǎng)率增加等。

6、生物老化

由于塑料制品在加工過(guò)程中幾乎都使用了各種各樣的添加劑，因而常常成為霉菌的營(yíng)養(yǎng)源。霉菌生長(zhǎng)時(shí)吸收了塑料表面和內(nèi)部的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并成為菌絲體，菌絲體又是導(dǎo)體， 因而使塑料的絕緣性下降，重量變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)剝落。霉菌生長(zhǎng)時(shí)的代謝物中含有有機(jī)酸和毒素，會(huì)使塑料的表面出現(xiàn)發(fā)粘、變色，變脆、光潔度降低等現(xiàn)象，還會(huì)使長(zhǎng)期接觸這種霉腐塑料的人染上疾病。這種情況尤其在濕熱帶地區(qū)和海洋性氣候條件下使用的塑料制品中較為常見(jiàn)。另外，嘉峪檢測(cè)網(wǎng)提醒聚合物材N-長(zhǎng)期處于某種環(huán)境中， 由于微生物具有的遺傳變異性，會(huì)逐步進(jìn)化出能夠分解利用這些高聚物的酶類， 從而能夠以其為碳源或能源生長(zhǎng)，盡管降解速率極低，但這種潛在危害是確實(shí)存在的，但對(duì)于某些高分子包裝物，使用后卻希望其能夠迅速被生物降解。

高聚物材料加人酚類以及含銅、汞或錫的有機(jī)化合物，可以防止其菌解；對(duì)于希望其發(fā)生菌解的高聚物，可以考慮利用天然的高分子材料，經(jīng)化學(xué)或物理改性后， 以增加其強(qiáng)度，作為包裝物。20世紀(jì)90年代以后，天然高分子淀粉類、纖維素類、甲殼素類及其改性高分子化合物被廣泛應(yīng)用于可降解塑料的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。多糖類天然高分子及其改性化合物通過(guò)與通用塑料的共混改性等手段可以加工成可降解的一次性薄膜、片材、容器、發(fā)泡制品等，其廢棄物可以通過(guò)自然環(huán)境中廣泛存在的淀粉酶等多糖類天然高分子分解酶的介人，逐步水解成小分子化合物，并且最終分解成無(wú)污染的二氧化碳和水， 回歸生物圈。基于這些優(yōu)點(diǎn)， 以淀粉為代表的多糖類天然高分子化合物至今仍為可降解塑料的一個(gè)重要組成部分。

老化性能評(píng)價(jià)

高分子材料的老化實(shí)驗(yàn)大體上可分成兩大類：自然環(huán)境老化實(shí)驗(yàn)和人工加速老化實(shí)驗(yàn)。

1、自然環(huán)境老化實(shí)驗(yàn)

自然環(huán)境老化實(shí)驗(yàn)是利用自然環(huán)境條件或自然介質(zhì)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，主要包括：大氣老化實(shí)驗(yàn)、埋地實(shí)驗(yàn)、倉(cāng)庫(kù)貯存實(shí)驗(yàn)、海水浸漬實(shí)驗(yàn)、水下埋藏實(shí)驗(yàn)等等。自然環(huán)境老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果更符合實(shí)際、所需費(fèi)用較低而且操作簡(jiǎn)單方便，是國(guó)內(nèi)外廣泛采用的方法。其中對(duì)高分子材料而言，應(yīng)用最多的是自然氣候曝露實(shí)驗(yàn)(又稱戶外氣候?qū)嶒?yàn))。

自然氣候曝露實(shí)驗(yàn)就是將試樣置于自然氣候環(huán)境下曝露，使其經(jīng)受日光、溫度、氧等氣候因素的綜合作用，通過(guò)測(cè)定其性能的變化來(lái)評(píng)價(jià)塑料的耐候性。目前我國(guó)關(guān)于直接自然氣候曝露的實(shí)驗(yàn)方法主要有光解性塑料戶外曝露實(shí)驗(yàn)方法、涂層自然氣候曝露實(shí)驗(yàn)方法和塑料自然氣候曝露實(shí)驗(yàn)方法。另外，將材料置于玻璃板后的自然氣候曝露的實(shí)驗(yàn)方法有硫化橡膠在玻璃下耐陽(yáng)光曝露實(shí)驗(yàn)方法和塑料在玻璃板過(guò)濾后的日光下間接曝露實(shí)驗(yàn)方法。它們分別規(guī)定了各種材料自然氣候曝露實(shí)驗(yàn)方法的要求及步驟，用于評(píng)價(jià)高分子材料在室外自然條件以及經(jīng)玻璃過(guò)濾后的日光曝露下的耐候性。

由于大氣曝露與貯存實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)。為了獲得自然條件的老化數(shù)據(jù)，同時(shí)相對(duì)加快自然老化的進(jìn)程，人們又研制了戶外自然加速曝露實(shí)驗(yàn)方法。戶外自然加速曝露實(shí)驗(yàn)方法是在大氣曝露實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，人為強(qiáng)化并控制某些環(huán)境因素，來(lái)加速材料或構(gòu)件的腐蝕和老化。近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研制了在自然條件下加速曝露實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備， 以提高實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)的效率和水平。目前常見(jiàn)的方法有7種，分別是橡膠動(dòng)態(tài)曝露實(shí)驗(yàn)、追光式跟蹤太陽(yáng)曝露實(shí)驗(yàn)、聚光式跟蹤太陽(yáng)曝露實(shí)驗(yàn)、加速凝露曝露實(shí)驗(yàn)、噴淋加速曝露實(shí)驗(yàn)、黑框曝露實(shí)驗(yàn)、玻璃框下曝露實(shí)驗(yàn)。

自然氣候曝露實(shí)驗(yàn)是評(píng)價(jià)高分子材料老化特性最真實(shí)的方法，但材料在大氣中受日照、雨淋、凍融等環(huán)境條件變化引起的外觀、物理與化學(xué)性能的變化十分緩慢，因此，進(jìn)行自然老化，不但曠日持久，而且因?yàn)榄h(huán)境條件變化與影響因素復(fù)雜，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果很難準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

2、人工加速老化實(shí)驗(yàn)

人工加速老化實(shí)驗(yàn)是用人工的方法，在室內(nèi)或設(shè)備內(nèi)模擬近似于大氣環(huán)境條件或某種特定的環(huán)境條件，并強(qiáng)化某些因素， 以期在短期內(nèi)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其目的是提供相對(duì)快速的測(cè)量材料在長(zhǎng)期使用中發(fā)生的特性改變程度的方法。如果初步的加速方法不能產(chǎn)生實(shí)際使用中發(fā)生的老化作用，或在長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)應(yīng)出現(xiàn)的機(jī)理，加速實(shí)驗(yàn)就應(yīng)該重新鑒定，在問(wèn)題確定和預(yù)實(shí)驗(yàn)分析階段取得數(shù)據(jù)后加以改進(jìn)。究竟采用哪種實(shí)驗(yàn)方法取決于要測(cè)試的材料、材料的最終應(yīng)用場(chǎng)合、材料遭破壞的模式和財(cái)力等方面。因此，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大都采用這種方法來(lái)評(píng)價(jià)材料的抗老化性能。

人工加速老化實(shí)驗(yàn)方法主要包括：耐候性實(shí)驗(yàn)、熱老化實(shí)驗(yàn)(絕氧、熱空氣熱氧化吸氧等實(shí)驗(yàn))、濕熱老化實(shí)驗(yàn)、臭氧老化實(shí)驗(yàn)、鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)、耐寒性實(shí)驗(yàn)以及抗霉實(shí)驗(yàn)等等。

2.1 耐候性實(shí)驗(yàn)

在自然環(huán)境下，材料的正常使用壽命統(tǒng)稱為耐候性。在自然環(huán)境下評(píng)價(jià)高分子材料壽命的實(shí)驗(yàn)方法有室外老化實(shí)驗(yàn)及人工老化實(shí)驗(yàn)。室外老化試驗(yàn)是評(píng)價(jià)材料實(shí)用性最適宜的方法， 但引起高分子材料老化是熱、光、機(jī)械摩擦、化學(xué)藥品、微生物等因素的綜合作用，而其中日照量、風(fēng)雨等都是難以控制的氣候因素， 因此實(shí)驗(yàn)周期比較長(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)室模擬戶外氣候條件進(jìn)行加速老化實(shí)驗(yàn)是耐候性實(shí)驗(yàn)的重要方式。通常耐候性實(shí)驗(yàn)采用氣候老化試驗(yàn)箱， 該裝置采用碳弧燈、氙燈或紫外熒光燈照射模擬日光的紫外線照射，周期性地向試樣噴灑鹽溶液來(lái)模擬降雨及鹽粒子的作用，多重環(huán)境因子的交替作用構(gòu)成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

2.2 熱老化實(shí)驗(yàn)

熱是促進(jìn)高聚物發(fā)生老化反應(yīng)的主要因素之一，熱可使高聚物分子發(fā)生鏈斷裂從而產(chǎn)生自由基，形成自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)， 導(dǎo)致聚合物降解和交聯(lián)，性能劣化。熱老化實(shí)驗(yàn)通過(guò)加速材料在氧、熱作用下的老化進(jìn)程，反映材料耐熱氧老化性能。根據(jù)材料的使用要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定實(shí)驗(yàn)溫度。溫度上限可根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范確定，一般對(duì)于熱塑性材料應(yīng)低于其維卡軟化點(diǎn)，對(duì)于熱固性材料應(yīng)低于其熱變形溫度，或者通過(guò)探索實(shí)驗(yàn)，選取不致造成試樣分解或明顯變形的溫度。主要通行的實(shí)驗(yàn)方法有塑料熱空氣曝露實(shí)驗(yàn)方法、硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱實(shí)驗(yàn)及漆膜耐熱性測(cè)定法。

2.3 濕熱老化實(shí)驗(yàn)

在大氣環(huán)境下，溫度(熱)和濕度(水分)是客觀存在的因素。有些高分子材料是在高溫高濕的環(huán)境中存儲(chǔ)、運(yùn)輸或使用。因此濕熱老化試驗(yàn)是具有一定的實(shí)際意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的工作。高溫下的水汽對(duì)高分子材料具有一定的滲透能力，在熱的作用下，這種滲透能力更強(qiáng)，能夠滲透到材料體系內(nèi)部并積累起來(lái)形成水泡，從而降低了分子間的相互作用，導(dǎo)致材料的性能老化。濕熱老化實(shí)驗(yàn)一般使用濕熱試驗(yàn)箱，它能提供標(biāo)準(zhǔn)無(wú)污染的大氣環(huán)境(實(shí)驗(yàn)氣體由N：，0 ，CO2和水蒸氣組成)，溫度40～60℃，相對(duì)濕度90％RH 以上。

2.4 臭氧老化實(shí)驗(yàn)

臭氧在大氣中的含量很少，卻是橡膠龜裂的主要因素，臭氧老化法通過(guò)模擬和強(qiáng)化大氣中的臭氧條件，研究臭氧對(duì)橡膠的作用規(guī)律，快速鑒定和評(píng)價(jià)橡膠抗臭氧老化性能與抗臭氧劑防護(hù)效能，進(jìn)而采取有效的防老化措施，以提高橡膠制品的使用壽命。橡膠防水材料、高分子聚合物防水材料須進(jìn)行此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

2.5鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)

當(dāng)鹽霧的微粒沉降附著在材料的表面上，便迅速吸潮溶解成氯化物的水溶液，在一定的溫濕度條件下，溶液中的氯離子通過(guò)材料的微孔逐步滲透到內(nèi)部，引起材料的老化或金屬的腐蝕。鹽霧試驗(yàn)用來(lái)鑒定材料的防電化學(xué)腐蝕的性能。

2.6 耐寒性實(shí)驗(yàn)

聚合物的耐寒性是指它抵抗低溫引起性能變化的能力，但環(huán)境溫度達(dá)到某一低溫區(qū)域， 聚合物會(huì)脆化。低溫儲(chǔ)存試驗(yàn)可以鑒定材料的低溫儲(chǔ)存特性。耐寒性與聚合物的鏈運(yùn)動(dòng)、大分子間的作用力和鏈的柔順性有關(guān)，飽和聚合物的主鏈單鍵， 由于分子鏈上沒(méi)有極性基或位阻大的取代基，柔順性好，耐寒性也好。反之，如果側(cè)基為位阻大的剛性取代基，或者重度交聯(lián)的聚合物耐寒性就較差。

2.7抗霉實(shí)驗(yàn)

霉菌是一種微生物，霉菌新陳代謝的排泄物(有機(jī)酸)會(huì)導(dǎo)致材料的失效。為了評(píng)價(jià)材料的長(zhǎng)霉程度，通常采用人工抗霉試驗(yàn)。霉菌試驗(yàn)常用的菌種有：黑曲霉、黃曲霉、雜色曲霉、青霉、球毛殼霉等。因?yàn)椴煌牧显馐艿角治g破壞的霉菌種類有所不同，因此對(duì)不同的高分子材料應(yīng)選用不同的試驗(yàn)菌種。人工抗霉試驗(yàn)的周期為28d。目前常采用霉菌老化試驗(yàn)箱，該試驗(yàn)箱是在一定的溫濕度條件下通過(guò)培養(yǎng)真菌來(lái)試驗(yàn)高分子材料產(chǎn)品的抗菌老化能力。

防老化措施

1、熱老化預(yù)防措施

對(duì)于結(jié)晶型塑料及橡膠，要求使用溫度應(yīng)處于玻璃化溫度以上，但低溫環(huán)境有可能會(huì)使材料的使用溫度低于玻璃化溫度，材料的物理性能發(fā)生改變而影響使用性能“ 。嘉峪檢測(cè)網(wǎng)提醒在高分子材料生產(chǎn)加工過(guò)程中，降低材料的結(jié)晶度、提高大分子鏈的柔性和適當(dāng)降低交聯(lián)度，玻璃化溫度也會(huì)相應(yīng)降低；或在材料的成型加工過(guò)程中，加人增塑劑，在提高材料可加工性的同時(shí)，可以降低玻璃化溫度而提高了材料的耐寒性。增塑劑的作用機(jī)理包括分子增塑(含內(nèi)增塑)和結(jié)構(gòu)增塑，分子增塑是增塑劑在分子水平上與高分子混溶，降低了高分子鏈之間的相互作用力，而增加了高分子鏈的柔順性；內(nèi)增塑是通過(guò)共聚的方法改變聚合物的化學(xué)組成使高分子之間的相互作用減弱而達(dá)到增塑的目的；結(jié)構(gòu)增塑是增塑劑以分子尺寸的厚度分布于聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)之間，而起到一種特殊的潤(rùn)滑作用。

非晶塑料的使用溫度須低于玻璃化溫度，結(jié)晶型塑料與纖維的使用溫度須遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)，橡膠的使用溫度須低于粘流溫度。某些高分子材料如長(zhǎng)期處于高溫下使用，也存在老化的風(fēng)險(xiǎn)，增加高分子鏈的剛性如在側(cè)鏈中引人苯環(huán)，適當(dāng)提高材料的結(jié)晶度、交聯(lián)程度和分子量，可以提高熔點(diǎn)或粘流溫度，但材料的可加工性有可能變的困難。此外，對(duì)高分子合金而言，若需要提高熱穩(wěn)定性，可在聚合物中適當(dāng)加入些相容劑。

2、濕熱預(yù)防措施

聚酯、聚縮醛、聚酰胺和多糖類高聚物在酸或堿催化下，遇水能夠發(fā)生水解，在空氣污染嚴(yán)重，頻繁產(chǎn)生酸雨的地域，這類高分子材料的使用會(huì)受到限制。如能夠在這類材料的表面覆蓋一層防水薄膜，就可降低甚至避免水解老化現(xiàn)象的發(fā)生。

3、氧老化預(yù)防措施

在高聚物加工過(guò)程中，加入胺類抗氧化物、酚類抗氧化物、含硫有機(jī)化合物和含磷化合物，它們能夠與過(guò)氧自由基迅速反應(yīng)，而使連鎖反應(yīng)提早終止。根據(jù)作用機(jī)理，抗氧劑分為自由基受體型和自由基分解型， 自由基受體型抗氧劑如某些胺類和酚類抗氧劑，其能夠與高分子自由基或過(guò)氧自由基迅速反應(yīng)，使其活性降低，而自身也變成活性低，不能繼續(xù)鏈反應(yīng)的自由基；自由基分解型抗氧劑如含硫有機(jī)化合物和含磷化合物，能夠使高分子過(guò)氧自由基轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的羥基化合物。但對(duì)于酚類抗氧劑，由于存在氫過(guò)氧化物自分解成自由基的趨勢(shì)，最佳的穩(wěn)定劑體系應(yīng)由抗氧劑與氫過(guò)氧化物均裂抑制劑組成。如果自由基受體型抗氧劑與自由基分解型抗氧劑共同使用，往往會(huì)產(chǎn)生較好的協(xié)同效果。由于某些過(guò)渡金屬元素的存在會(huì)加劇高分子材料的氧化老化，所以在成型加工過(guò)程中，須加入金屬鰲合劑，與其形成絡(luò)合物而使其失去催化作用。

4、光老化預(yù)防措施

在材料的加工過(guò)程中，如果加人光穩(wěn)定劑， 可以避免材料的老化降解。根據(jù)作用機(jī)理，這類光穩(wěn)定劑包括光屏蔽劑、紫外吸收劑、淬滅劑和自由基捕捉劑。光屏蔽劑能反射紫外光，避免透人聚合物內(nèi)部，減少光激發(fā)反應(yīng)，起光屏蔽作用的穩(wěn)定劑包括炭黑、鈦白粉等；紫外吸收劑能吸收紫外光， 自身處于激發(fā)態(tài)，然后放出熒光、磷光或熱而回到基態(tài)；淬滅劑的作用機(jī)理是，高聚物吸收紫外光而處于激發(fā)態(tài)，然后將能量轉(zhuǎn)移給淬滅劑， 回到基態(tài)，淬滅劑最后將所獲得能量以光或熱的形式釋放出去，而恢復(fù)到基態(tài)；自由基捕捉劑能夠有效的捕捉高分子自由基而使鏈反應(yīng)終止。

另?yè)?jù)報(bào)道，Decker等 在聚合物表面涂抹一層防紫外的丙烯酸涂料，可有效增強(qiáng)聚合物的光穩(wěn)定性，涂層越厚，光穩(wěn)定性越好。

5、生物老化預(yù)防措施

能使塑料發(fā)生微生物老化的主要類型是霉菌，其次為細(xì)菌、小型藻類和原生動(dòng)物。因此，對(duì)霉菌的防范措施致關(guān)重要。目前， 防止霉腐的方法有多種，最適宜于塑料制品的方法就是塑料中添加防霉劑的方法或使用反微生物因子涂覆。

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