고무 폴리머 재료의 노화는 일반적으로 노화 테스트 챔버와 분리될 수 없습니다. 그만큼오존 시효 시험 약실고무 재료에 대한 필수 테스트 장비입니다. 오존 노화 테스트 챔버는 고무 제품의 신뢰성을 감지하고 결함을 감지하여 제품 경쟁력을 향상 및 향상시켜 기업의 비용 관리 및 이익 증대에 도움을 줄 수 있습니다.
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고분자 재료에는 플라스틱, 고무, 섬유, 필름, 접착제 및 코팅이 포함됩니다. 전통적인 구조 재료보다 우수한 많은 잠재적 특성으로 인해 군사 및 민간 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 고분자 재료는 무게가 가볍고 강도가 높으며 내식성이 우수하고 보호 특성이 좋습니다. 그들은 항공, 자동차, 선박, 인프라, 군사 제품 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.
그러나 가공, 보관 및 사용 중에 빛, 열, 산소, 물, 고에너지 방사선, 화학적 및 생물학적 침식과 같은 내부 및 외부 요인의 복합적인 영향으로 인해 고분자 재료의 화학적 조성과 구조가 변형됩니다. 일련의 변화에 따라 경화, 끈적거림, 취성, 변색, 강도 저하 등의 물리적 특성도 저하됩니다. 이러한 현상을 고분자 재료의 노화라고 합니다. 고분자 재료 노화의 본질은 물리적 구조나 화학적 구조의 변화를 말하며, 이는 재료의 성능이 점차 저하되고 사용 가치가 상실되는 것으로 나타납니다.
고분자 재료의 노후화 및 고장은 고분자 재료의 추가 개발 및 적용을 제한하는 주요 문제 중 하나가 되었습니다.
노화 현상
폴리머 종류와 사용 조건이 다르기 때문에 노화 현상과 특성이 다릅니다. 예를 들어, 농업용 플라스틱 필름은 햇빛과 비에 노출되면 색이 변하고 부서지기 쉬우며 투명성이 감소합니다. 항공 플렉시글래스는 은색 줄무늬가 나타나며 장기간 사용하면 투명도가 감소합니다. 고무 제품은 장기간 사용하면 탄력성을 잃거나, 굳어지거나, 갈라지거나, 부드러워지고 끈적해집니다. 장기간 사용하면 페인트의 광택이 없어지고 가루가 생기고 거품이 생기고 껍질이 벗겨집니다. 노화현상은 다음과 같은 네 가지 변화로 요약될 수 있다.
1. 외모의 변화
얼룩, 반점, 은줄, 갈라짐, 성에, 가루날림, 끈적임, 뒤틀림, 어안, 주름, 수축, 타는 듯한 현상, 광학적 왜곡 및 광학적 색상의 변화.
2. 물성의 변화
용해도, 팽윤, 유변학적 성질, 내한성, 내열성, 투수성, 통기성의 변화를 포함합니다.
3. 기계적 성질의 변화
인장강도, 굽힘강도, 전단강도, 충격강도, 상대신율, 응력완화 등의 특성 변화.
4. 전기적 특성의 변화
표면 저항, 부피 저항, 유전 상수 및 전기 파괴 강도의 변화 등이 있습니다.
노화 요인
고분자 재료의 물리적 특성은 화학 구조 및 집합체 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 화학구조는 공유결합으로 연결된 거대분자의 장쇄구조이고, 집합구조는 결정형, 비정형, 결정-비정형 등 많은 거대분자가 분자력에 의해 배열되고 적층된 공간구조이다.
응집체 구조를 유지하는 분자간 힘에는 이온 결합력, 금속 결합력, 공유 결합력 및 반 데르 발스 힘이 포함됩니다. 환경 요인은 분자간 힘의 변화, 심지어 사슬의 파손 또는 특정 그룹의 이탈을 일으킬 수 있으며, 이로 인해 결국 재료의 집합 구조가 파괴되고 재료의 물리적 특성이 변경됩니다. 일반적으로 폴리머 재료의 노화에 영향을 미치는 두 가지 요인, 즉 내부 요인과 외부 요인이 있습니다.
내부 요인
1. 고분자의 화학구조
폴리머의 노화는 폴리머 자체의 화학 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 화학 구조의 약한 결합 부분은 외부 요인에 의해 쉽게 영향을 받고 부서져 자유 라디칼이 됩니다. 이 자유 라디칼은 자유 라디칼 반응을 시작하는 출발점입니다.
2. 물리적 형태
중합체의 분자 결합 중 일부는 순서대로 배열되어 있는 반면, 다른 분자 결합은 무질서합니다. 질서 있게 배열된 분자 결합은 결정질 영역을 형성할 수 있고, 무질서하게 배열된 분자 결합은 비정질 영역을 형성할 수 있습니다. 많은 중합체의 형태는 균일하지 않고 반결정질이며 결정질 영역과 비정질 영역이 모두 있습니다. 에이징 반응은 비정질 영역에서 시작됩니다.
3. 입체적인 규칙성
고분자의 입체적 규칙성은 결정성과 밀접한 관련이 있습니다. 일반적으로 일반 폴리머는 랜덤 폴리머보다 노화 저항성이 더 좋습니다.
4. 분자량과 그 일반적인 분포
폴리머의 분자량은 노화와 거의 관련이 없지만, 분자량 분포는 폴리머의 노화 성능에 큰 영향을 미칩니다. 분포가 넓을수록 노화가 일어나기 쉽습니다. 왜냐하면 분포가 넓을수록 말단기가 많아지고 노화 반응을 일으키기 쉽기 때문입니다.
5. 미량 금속 불순물 및 기타 불순물
폴리머는 가공 시 금속과 접촉하게 되고, 미량의 금속이 혼합될 수 있으며, 중합 중에 일부 금속 촉매가 남아 있을 수 있으며, 이는 자동 산화(즉, 노화)의 시작에 영향을 미칠 수 있습니다.
외부 요인
1. 온도의 영향
온도가 상승함에 따라 고분자 사슬의 움직임이 강화됩니다. 화학 결합의 해리 에너지가 초과되면 폴리머 사슬의 열 분해 또는 그룹 쉐딩이 발생합니다. 현재 고분자 재료의 열분해에 관한 많은 문헌 보고서가 있습니다. 온도가 낮아지면 재료의 기계적 특성이 영향을 받는 경우가 많습니다. 기계적 특성과 밀접하게 관련된 임계 온도점에는 유리 전이 온도 T, 점성 유동 온도 Tf 및 융점 Tm이 포함됩니다. 재료의 물리적 상태는 유리 상태, 고탄성 상태, 점성 유동 상태로 나눌 수 있습니다.
2. 습도의 영향
고분자 재료에 대한 습도의 영향은 재료 위의 물의 팽창 및 용해에 기인할 수 있으며, 이는 고분자 재료의 집합체 구조를 유지하는 분자간 힘을 변화시켜 재료의 집합체 상태를 파괴합니다. 특히 비가교 비정질 폴리머의 경우 습도의 영향이 매우 뚜렷하여 폴리머 재료가 집합체 상태로 부풀어 오르거나 심지어 분해되어 재료의 성능이 손상됩니다. 결정성 플라스틱이나 섬유의 경우 수분 침투 제한으로 인해 습도의 영향이 그다지 뚜렷하지 않습니다.
3. 산소의 영향
산소는 고분자 재료의 노화의 주요 원인입니다. 산소 투과성으로 인해 결정질 폴리머는 비정질 폴리머보다 산화에 더 강합니다. 산소는 먼저 이중 결합, 수산기, 수소 기 또는 3차 탄소 원자의 원자와 같은 중합체 주쇄의 약한 고리를 공격하여 중합체 퍼옥실 라디칼 또는 과산화물을 형성한 다음 이 위치에서 주쇄를 파손시킵니다. 심한 경우에는 고분자의 분자량이 크게 감소하고 유리전이온도가 감소하며 고분자가 끈적해지게 됩니다. 자유 라디칼로 쉽게 분해되는 특정 개시제 또는 전이 금속 원소가 있는 경우 산화 반응이 강화되는 경향이 있습니다.
4. 광노화
고분자가 빛에 노출되어 분자 사슬이 끊어지는지 여부는 빛 에너지와 해리 에너지의 상대적인 크기와 광파에 대한 고분자 화학 구조의 민감도에 따라 달라집니다. 지구 표면에는 오존층과 대기가 존재하기 때문에 땅에 도달할 수 있는 햇빛의 파장 범위는 290nm에서 4300nm 사이입니다. 자외선 영역의 광파만이 화학 결합 해리 에너지보다 더 큰 광파 에너지를 가지며, 이로 인해 고분자의 화학 결합이 끊어집니다.
예를 들어, 300nm~400nm의 자외선 파장은 카르보닐 그룹과 이중 결합을 포함하는 폴리머에 흡수될 수 있으며, 이로 인해 거대분자 사슬이 끊어지고, 화학 구조가 변경되고, 재료 특성이 저하됩니다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 280nm 자외선을 강력하게 흡수하며 분해 생성물은 주로 CO, H 및 CH입니다. CC 결합만 함유한 폴리올레핀은 자외선을 흡수하지 않지만 카르보닐기, 불포화 결합, 하이드로퍼옥사이드기, 촉매 잔류물, 방향족 탄화수소, 전이금속 원소 등 소량의 불순물이 존재하는 경우 광산화를 촉진할 수 있습니다. 폴리올레핀의 반응.
5. 화학 매체의 영향
화학적 매체는 고분자 재료 내부에 침투할 때만 역할을 할 수 있습니다. 이러한 효과에는 공유 결합과 2차 결합이 포함됩니다. 공유 결합의 효과는 사슬 절단, 가교, 첨가 또는 이러한 중합체 사슬 효과의 조합으로 나타납니다. 이는 되돌릴 수 없는 화학적 과정입니다. 화학 매체에 의한 2차 결합의 파괴가 화학 구조의 변화를 일으키지는 않지만, 물질의 집합 구조는 변화하여 그에 상응하는 물리적 특성의 변화를 일으킵니다.
환경 응력 균열, 용해 균열, 가소화와 같은 물리적 변화는 고분자 재료의 화학적 매체 노화의 전형적인 징후입니다.
용해 균열을 제거하는 방법은 재료의 내부 응력을 제거하는 것입니다. 재료가 형성된 후 어닐링하는 것은 재료의 내부 응력을 제거하는 데 도움이 됩니다. 가소화는 액체 매질이 고분자 재료와 지속적으로 접촉하는 경우입니다. 폴리머와 소분자 매체 사이의 상호 작용은 폴리머 사이의 상호 작용을 부분적으로 대체하여 폴리머 사슬 세그먼트를 더 쉽게 움직이게 하며, 이는 유리 전이 온도의 감소, 강도, 경도 및 탄성 계수의 감소로 나타납니다. 재료 및 파단 연신율이 증가합니다.
6. 생물학적 노화
플라스틱 제품은 거의 모두 가공 과정에서 다양한 첨가제를 사용하기 때문에 곰팡이의 영양원이 되는 경우가 많습니다. 곰팡이가 자라면 플라스틱 표면과 내부의 영양분을 흡수해 전도체이기도 한 균사체가 되어 플라스틱의 절연성이 떨어지며 무게가 변하고 심한 경우 벗겨지는 현상이 발생한다. 곰팡이 성장의 대사산물에는 유기산과 독소가 포함되어 있어 플라스틱 표면이 끈적거리고, 변색되고, 부서지기 쉽고, 매끄러움이 감소하며, 이러한 곰팡이가 핀 플라스틱과 장기간 접촉하는 사람들에게 질병에 걸릴 수도 있습니다.
다당류 천연고분자 및 그 변성화합물은 일반 플라스틱과의 블렌딩 및 변성을 통해 분해성 일회용 필름, 시트, 용기, 발포제품 등으로 가공할 수 있습니다. 이들 폐기물은 자연환경에 널리 존재하는 아밀라제 등 다당류 천연고분자 분해효소의 개입을 통해 점차 저분자 화합물로 가수분해되고, 최종적으로 무공해 이산화탄소와 물로 분해되어 생물권으로 되돌아갈 수 있다. 이러한 장점을 바탕으로 전분으로 대표되는 다당류 천연 고분자 화합물은 여전히 분해성 플라스틱의 중요한 구성 요소입니다.
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