模擬環(huán)境試驗(yàn)室 設(shè)備 材料老化術(shù)語(yǔ)

模擬環(huán)境試驗(yàn)室 設(shè)備 材料老化術(shù)語(yǔ)

老化（aging）

老化為聚合物性能由好變壞過(guò)程一個(gè)專(zhuān)業(yè)性名詞，定義為：隨時(shí)間推移，材料廠中發(fā)生的各種不可逆的化學(xué)和物理變化過(guò)程的總稱(chēng)。老化可分為化學(xué)老化與物理老化兩種類(lèi)型。物理老化是可逆性的變化；化學(xué)老化是不可逆的變化。

物理老化不涉及聚合物分子結(jié)構(gòu)的變化，它僅僅是由于物理作用而發(fā)生的變化（見(jiàn)物理老化條目）。

化學(xué)老化是指聚合物（包括塑料、橡膠、纖維、粘和劑）在加工、貯存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中，要經(jīng)受各種外界環(huán)境因素，如熱、光照、氧、臭氧、濕氣、空氣中的污染物、機(jī)械應(yīng)力、高能輻射以及聚合物本身內(nèi)在因素的影響，使聚合物的優(yōu)良性能下降，zui后喪失使用價(jià)值。這種現(xiàn)象稱(chēng)為化學(xué)老化，或者就簡(jiǎn)稱(chēng)老化。
                               

臭氧老化箱

臭氧老箱是專(zhuān)為聚合物材料進(jìn)行臭氧老化試驗(yàn)而設(shè)計(jì)制造的箱式裝置。它可以模擬并加速大氣臭氧老化條件，可以在較短時(shí)間獲得近似于實(shí)際使用的或重現(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果。臭氧老化箱一般由三大部分組成，即：臭氧發(fā)生裝置系統(tǒng)，試樣老化箱室和臭氧濃度測(cè)定、調(diào)控系統(tǒng)。

（1） 臭氧發(fā)生裝置系統(tǒng)。主要包括臭氧發(fā)生器、空氣凈化裝置、熱交換器和氣流控制系統(tǒng)等部件。臭氧發(fā)生器可以采用紫外光燈或者高壓無(wú)聲放電管。紫外光燈可以在空氣中獲得穩(wěn)定而較低濃度的臭氧，高壓無(wú)聲放電管則可獲得較高濃度的臭氧。當(dāng)使用無(wú)聲放電管時(shí)，為了避免對(duì)試驗(yàn)有影響的氮氧化合物生成，首先需進(jìn)行凈化。臭氧化的空氣需經(jīng)熱交換后才能輸入試樣老化室中。

（2） 試樣老化箱室。箱室是封閉式的、無(wú)光照的（除間歇照明外）。箱門(mén)上開(kāi)設(shè)一個(gè)可以觀察試樣表面的窗口。箱室內(nèi)壁、導(dǎo)管、試樣夾具和結(jié)構(gòu)材料等應(yīng)采用不易分解臭氧的和不銹或防腐的惰性材料來(lái)制造。試樣夾具和框架裝配在可作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置上，機(jī)械裝置則以恒速的電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。必要時(shí)還可以安裝定時(shí)裝置。

（3） 臭氧濃度測(cè)定、調(diào)控裝置。此裝置有自動(dòng)化的和非自動(dòng)化的。臭氧濃度的測(cè)定方法有化學(xué)分析法、電化學(xué)法、光化學(xué)法或紫外線吸收法等?；瘜W(xué)分析法配備有臭氧吸收瓶和化學(xué)滴定溶液、儀器等設(shè)施。電化學(xué)法配備有噴霧器等電化學(xué)測(cè)定裝置。紫外線吸收法則配備有自動(dòng)控制和記錄顯示臭氧濃度等裝置。用紫外光源或碘化鉀溶液電門(mén)巴的變化，可以通過(guò)調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器上的電壓大小、氣體流速、屏蔽紫外燈管的長(zhǎng)度和燈數(shù)平控制臭氧濃度；而使用高壓放電管時(shí)，則用調(diào)節(jié)發(fā)生器上的電壓、電極尺寸或管數(shù)、氧氣流速以及稀釋空氣等方法來(lái)調(diào)節(jié)臭氧濃度。

臭氧老化箱有用于靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)的，也有用于動(dòng)枋試驗(yàn)的，還有兩種試驗(yàn)均可用的。但其要求必需符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

臭氧老化箱因使用比較普遍，故其型號(hào)較多，國(guó)內(nèi)外都有不盡相同形式的產(chǎn)品，如國(guó)產(chǎn)的QL型，日本的OMS-LVCR、OMS-1VCR、UVC系列，英國(guó)的PC5型，聯(lián)邦德國(guó)的VOK型等。

臭氧穩(wěn)定性

這是指聚合物材料對(duì)臭氧的化學(xué)作用強(qiáng)弱與否，是否穩(wěn)定。聚合物對(duì)臭氧的化學(xué)穩(wěn)定性一般分為三類(lèi)：一類(lèi)是不穩(wěn)定的。這類(lèi)是以烯烴類(lèi)為主聚膈的，或含較多雙鍵結(jié)構(gòu)的聚合物，例如丁二烯類(lèi)聚合物，聚異戊二烯類(lèi)橡膠等。由于這類(lèi)聚全物含有較多的雙鍵，所以很易與臭氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，這方面可見(jiàn)臭氧老化機(jī)理部分所述的，特別是處于應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，這類(lèi)聚合物很易被臭氧作用而老化，表面發(fā)生臭氧龜裂，使用性能降低、變劣；二類(lèi)是中等穩(wěn)定的。

這類(lèi)是含較少雙鍵的或引入鹵原子和極性基團(tuán)的聚合物，例如異丁烯與少量異戊二烯的高聚物（丁基橡膠），氯丁二烯聚合物（氯丁橡膠）等。由于這類(lèi)聚合物的雙鍵減少，故與臭氧的作用減少；由于氯原子的引入，也就延遲了臭氧化的反應(yīng)。臭氧的化合速度是依下列基團(tuán)的次序遞減的：C6H6＞C6H5F＞C6H5C1及C5H5CH3＞C6H5CH2C1＞C6H5CHC12＞C6H5CC13?？梢?jiàn)極性基團(tuán)的引入可以降低與臭氧的化學(xué)反應(yīng)；三類(lèi)是特別穩(wěn)定的。

這類(lèi)是飽和結(jié)構(gòu)或不含雙鍵盤(pán)的聚合物，例如含碳氟鍵的氟橡膠，含硅氧鍵（Si-O）的硅橡膠，飽和碳碳鍵（C-C）的乙丙橡膠和側(cè)鏈中含有氯磺?；?SO2C1）的飽和橡膠—氯磺化聚乙烯等腰三角形都對(duì)臭氧特別穩(wěn)定，能經(jīng)受住高濃度的臭氧長(zhǎng)時(shí)間表的作用，而且其表面不易發(fā)生臭氧龜裂。這是由于這類(lèi)聚合物沒(méi)有雙鍵結(jié)構(gòu)，因而不引起臭氧與之反應(yīng)。對(duì)于不穩(wěn)定的聚合物可以通過(guò)幾種途徑提高其臭氧穩(wěn)定性。

一種是通過(guò)改性以降低聚合物的不飽和度或減少雙鍵的含苞欲放量。例如用氧化表面層，或氫化，或氯化等腰三角形方法都可以降低聚合物的不飽和度。一種是采用與特別穩(wěn)定的聚合物并用的方法，也可以減少雙鍵的含量，從而提高耐臭氧的穩(wěn)定性。另一種就是在聚合物中添加臭氧穩(wěn)定劑或防護(hù)臭氧作用的物質(zhì)，能有效地提高其臭氧穩(wěn)定性。這些物質(zhì)就是抗臭氧老化劑，例如物理抗臭氧劑有石蠟、地蠟等蠟類(lèi)，化學(xué)抗臭氧劑有對(duì)苯二胺衍生物和酮一胺反應(yīng)生成物等。