고분자 재료의 노화 유형, 노화 테스트 및 노화 방지 방법.

고분자 재료의 노화 유형, 노화 테스트 및 노화 방지 방법
01 고분자 소재 개발 현황
고분자 소재는 경량, 고강도, 내열성, 내식성 등 우수한 특성으로 인해 현재 고급 제조, 전자 정보, 교통, 건물 에너지 절약, 항공 우주, 국가 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 국방 및 군사 산업. 큰 역할을 했습니다.
이는 국민경제의 중요한 기초산업일 뿐만 아니라 국가의 선도산업이기도 합니다.
석유화학산업의 전략신흥산업일 뿐만 아니라 전자정보, 항공우주, 국방, 신에너지 등 전략신흥산업의 중요한 지원소재이다.
높은 기술함량과 높은 부가가치를 가지고 있을 뿐만 아니라, 석유화학산업의 변혁과 고도화를 위한 중요한 방향이기도 합니다.
따라서 고분자 소재는 항상 선진국과 다국적 기업이 큰 중요성을 두는 개발 분야였습니다. 이는 새로운 폴리머 재료 산업에 광범위한 시장 공간을 제공할 뿐만 아니라 품질 성능, 신뢰성 수준 및 지원 기능에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다.
따라서 에너지 절약, 저탄소, 생태발전이라는 원리를 바탕으로 고분자 소재 제품의 기능을 어떻게 극대화할 것인가가 점점 더 주목받고 있습니다. 노화는 고분자 재료의 신뢰성과 내구성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.

02 고분자 소재의 노화 유형
고분자 재료는 가공, 보관 및 사용 과정에서 내부 및 외부 요인의 복합적인 영향으로 인해 그 특성이 점차 저하되어 결국 사용 가치를 잃게 됩니다. 이 현상은 고분자 재료의 노화에 속합니다.
이는 자원 낭비를 초래할 뿐만 아니라, 기능 장애로 인한 대형 사고로 이어질 수 있으며, 노후화에 따른 재료의 분해로 인해 환경이 오염될 수도 있습니다.
폴리머의 종류와 사용 조건이 다르기 때문에 노화 현상과 특성이 다릅니다. 일반적으로 고분자 재료의 노화는 다음과 같은 4가지 유형의 변화로 분류할 수 있습니다.
1. 외모의 변화
얼룩, 반점, 줄무늬, 균열, 번짐, 백화, 끈적임, 뒤틀림, 물고기 눈, 주름, 수축, 타는 듯한 현상, 광학적 왜곡 및 광학적 색상의 변화 등이 나타나는 현상입니다.
2. 물성의 변화
용해도, 팽윤, 유변학적 특성, 내한성, 내열성, 투수성, 공기 투과성 및 기타 특성의 변화를 포함합니다.
3. 기계적 성질의 변화
인장 강도, 굽힘 강도, 전단 강도, 충격 강도, 상대 신율, 응력 완화 및 기타 특성의 변화.
4. 전기적 특성의 변화
표면저항, 체적저항, 유전율, 전기파괴강도 등의 변화 등

03 고분자 소재의 노화를 유발하는 요인
1. 거시적 분석
폴리머를 가공하고 사용하는 동안 열, 산소, 물, 빛, 미생물 및 화학 매체와 같은 환경 요인의 복합적인 영향을 받기 때문입니다. 그들의 화학적 조성과 구조는 일련의 변화를 겪을 것이며, 그에 따라 물리적 특성도 변화할 것입니다. 딱딱함, 끈적임, 취성, 변색, 강도 저하 등의 열화, 이러한 변화와 현상을 노화라고 합니다.
2. 현미경 분석
고분자 중합체는 열이나 빛의 작용으로 여기 상태 분자를 형성합니다. 에너지가 충분히 높으면 분자 사슬이 끊어져 자유 라디칼이 형성됩니다. 자유 라디칼은 폴리머 내부에서 연쇄 반응을 형성하고 계속해서 분해를 일으키며 가교를 일으킬 수 있습니다.
환경에 산소나 오존이 존재하는 경우 일련의 산화 반응이 유도되어 하이드로과산화물(ROOH)이 형성되고, 이는 카르보닐 그룹으로 추가 분해됩니다.
폴리머에 잔류 촉매 금속 이온이 있거나, 가공 및 사용 과정에서 구리, 철, 망간, 코발트 등의 금속 이온이 유입되면 폴리머의 산화 분해 반응이 가속화됩니다.

04 노화시험
신소재를 개발하거나 개선하는 경우, 수명이나 노화 방지 효과를 확인하기 위해 노화 테스트가 필요합니다. 일반적인 노화 테스트에는 자연 노화와 실험실 가속 노화가 포함됩니다.
1.자연적인 노화
자연 노화는 재료 샘플을 자연 환경에 직접 노출시키는 것입니다. 일반적으로 샘플은 특정 각도로 노출 랙에 설치됩니다. 일반적인 노출 각도는 5도, 45도, 90도입니다. 관련 테스트 표준에는 ISO 877 플라스틱 - 태양 복사 노출 방법; ISO2810 페인트 및 바니시 - 코팅의 자연 풍화 - 노출 및 평가; 비금속 재료 등의 대기 환경 노출 테스트에 대한 ASTMG7 표준 관행
자연 노화 테스트 방법은 간단하고 비용이 저렴하지만 테스트 주기가 너무 길어 제품 설계의 최적화 진행에 영향을 미칩니다. 또한 자연환경이고 기후조건을 통제할 수 없기 때문에 시험결과의 재현성을 확보하기 위해서는 시험장소의 선정이 특히 중요하다. 미국은 1931년 사우스플로리다에 자연기후장을 설립했는데, 이는 미국의 표준 덥고 습한 기후 노출장이다. 애리조나 중부에 설립된 테스트 현장은 표준 건열 노출 현장입니다. 우리나라 국가자동차제품품질감독검사센터의 투르판 노출시험장 역시 전형적인 건조하고 더운 기후 노출현장이다. 5월부터 8월까지 투르판 지역의 최고기온은 40도를 넘고 최고기온은 49.6도에 달하며 연평균 강수량은 8㎜에 불과하다. 하이난성 충하이(Qionghai)의 노출 현장은 전형적인 덥고 습한 기후 조건을 가지고 있습니다. 연평균 기온은 27.4도, 연평균 강수량은 2134㎜에 이른다.

2. 실험실에서의 노화 가속화
테스트 주기를 가속화하고 노화 데이터를 더 빨리 얻기 위해 실험실에서는 일반적으로 인공 광원을 사용하여 태양 복사를 시뮬레이션하고 다양한 온도, 습도 및 비 조건 등을 일치시키고 다양한 자연 기후를 시뮬레이션할 수 있습니다.
1) 광원의 선택
일반적으로 사용되는 인공 광원에는 크세논 아크 램프, 메탈 할라이드 램프 및 자외선 형광 램프가 포함됩니다. UV 형광 램프는 중파 UV 및 단파 UV 범위에서 햇빛을 매우 잘 시뮬레이션할 수 있습니다. 크세논 아크 램프와 메탈 할라이드 램프는 전체 스펙트럼에서 햇빛을 매우 잘 시뮬레이션할 수 있습니다. 따라서 크세논 램프와 메탈 할라이드 램프를 광원으로 사용하는 테스트 챔버는 햇빛 복사를 잘 시뮬레이션할 수 있는 반면, 형광 자외선 램프를 사용하는 노화 챔버는 햇빛을 모방하기 위한 것이 아니라 햇빛의 노화 효과만 시뮬레이션합니다. 또한, 카본 아크 램프를 광원으로 사용하는 노후화된 박스도 시중에 나와 있습니다. 그러나 탄소 아크 스펙트럼은 햇빛 스펙트럼과 좋은 상관 관계가 없으며 탄소 아크 램프 테스트를 사용하는 것은 역사적인 이유 때문입니다.
2) 노화 가속화의 관련성
상관관계는 실험실에서의 가속화된 노화 결과와 실제 사용 환경에서 재료의 노화 결과 사이의 일관성 정도를 나타냅니다. 가속 노화 테스트가 관련성이 있는 경우에만 재료의 내후성을 실제로 반영하고 재료의 사용 수명을 실제로 예측할 수 있습니다. 불합리한 가속 테스트는 테스트의 타당성을 감소시키고 심지어 그 의미를 잃게 됩니다.
3) 실험실에서의 노화 가속화의 발전 추세
처음에 언급했듯이 재료 노화에 영향을 미치는 요인에는 일사량, 온도, 물 및 기타 요인이 포함됩니다. 재료의 노화는 이러한 요소들의 공동 작용의 결과이지만, 다양한 요소들의 효과가 단순히 중첩되는 것은 아닙니다. 이들 간의 시너지 효과도 고려해야 한다. 따라서 재료의 실제 사용 환경을 보다 포괄적으로 시뮬레이션하면 더 나은 관련 결과를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 ISO 20340 표준에 따르면 테스트는 7일 주기를 기준으로 합니다. 1~3일째에는 ISO 11507에 따라 명암주기를 갖는 UV 테스트를 실시한다. 4~6일째에는 ISO 9227에 따라 염수분무시험을 실시한다. 7일째({{9} } ±2) 정도의 저온 시험. 전통적인 내후성 테스트와 비교하여 더 많은 노화 영향 요소를 통합하고 재료의 실제 사용 조건과 더 일치하므로 재료의 실제 노화를 더 잘 반영할 수 있습니다. 우리는 곰팡이, 오존 농도 등이 모두 플라스틱 제품의 노화에 중요한 영향을 미친다는 것을 알고 있습니다. 테스트에 더 많은 노화 요소를 통합하는 방법은 실험실에서 노화를 가속화하는 개발 방향 중 하나가 될 것입니다.

05 고분자 소재의 노화 방지 방법
현재 고분자 재료의 노화 방지 특성을 개선하고 강화하는 주요 방법은 다음과 같습니다.
1. 물리적 보호(예: 농축, 도장, 외층 혼합 등)
고분자 재료의 노화, 특히 광산소 노화는 먼저 재료 또는 제품의 표면에서 시작되어 변색, 분말화, 균열, 광택 손실 등으로 나타나고 점차 내부로 더 깊이 침투합니다. 얇은 제품은 두꺼운 제품에 비해 조기에 파손될 가능성이 높으므로 제품을 두껍게 함으로써 제품의 수명을 연장할 수 있습니다. 노화되기 쉬운 제품의 경우 표면에 내후성이 좋은 코팅층을 도포하거나, 제품 외부층에 내후성이 좋은 소재층을 복합하여 표면에 보호층을 부착할 수 있습니다. 제품. 노화 과정을 늦추십시오.

2. 가공기술 향상
또한 많은 재료는 합성이나 준비 과정에서 노화 문제를 겪습니다. 예를 들어, 중합 중 열의 영향, 가공 중 열 산소 노화 등이 있습니다. 이에 따라 중합 또는 가공 중에 산소 제거 장치 또는 진공 장치를 추가하면 산소의 영향을 완화할 수 있습니다. 그러나 이 방법은 재료가 공장에서 출고될 때에만 재료의 성능을 보장할 수 있으며, 이 방법은 재료 준비 소스에서만 구현할 수 있으며 재가공 및 사용 중 노화 문제를 해결할 수 없습니다.

3. 고분자 재료의 구조 설계 또는 변형
많은 고분자 재료에는 분자 구조가 노화되기 쉬운 그룹이 포함되어 있습니다. 따라서 재료의 분자구조 설계를 통해 노화되기 쉬운 그룹을 노화되기 쉬운 그룹으로 대체하면 좋은 결과를 얻을 수 있는 경우가 많습니다. 또는 노화 방지 효과가 있는 관능기나 구조를 고분자 사슬에 접목이나 공중합을 통해 도입하여 소재 자체에 우수한 노화 방지 기능을 부여할 수도 있습니다. 이 역시 연구자들이 자주 사용하는 방법이지만 비용이 상대적으로 높다. 당분간은 높은 규모의 생산과 적용이 불가능합니다.

4. 노화 방지 첨가제 추가
현재 고분자 재료의 내노화성을 향상시키는 효과적이고 일반적인 방법은 노화 방지 첨가제를 추가하는 것입니다. 이는 저렴한 비용과 기존 생산 공정에 대한 변경이 없기 때문에 널리 사용됩니다. 이러한 노화 방지 첨가제를 추가하는 두 가지 주요 방법이 있습니다.
첨가제 직접첨가방식 : 즉, 노화방지 첨가제(분말 또는 액상)를 수지 등의 원료와 직접 혼합, 교반한 후 압출성형하여 과립화, 사출성형 등을 하는 방식이다. 이 첨가방법이 간편하고 쉽기 때문이다. 구현하기 위해 대부분의 펠릿화 및 사출 성형 공장에서 널리 사용됩니다.
노화 방지 마스터배치 추가 방법: 제품 품질과 품질 안정성에 대한 요구 사항이 높은 제조업체는 생산 중에 노화 방지 마스터 배치를 추가하는 방법을 더 자주 사용합니다. 노화 방지 마스터배치는 적합한 수지를 캐리어로 사용하고 다양한 효율적인 노화 방지 첨가제와 혼합한 다음 이축 압출기로 공압출 및 과립화하여 얻습니다. 적용 장점은 마스터배치 준비 과정에서 노화 방지 첨가제를 사용한다는 점입니다. 먼저, 사전 분산이 달성되고 이후 재료 가공 공정에서 노화 방지 첨가제가 2차 분산되어 폴리머 재료 매트릭스에 첨가제가 균일하게 분산되는 목적을 달성하며 이는 품질 안정성을 보장할 뿐만 아니라 제품뿐만 아니라 생산 중 먼지 오염을 방지하여 생산을 더욱 친환경적이고 환경 친화적으로 만듭니다.