汽車用塑料製品的抗老化特性介紹

2020-11-23 材料新知

汽車塑料製品多由聚合物樹脂熱加工成型而成,聚合物樹脂是微觀的單體通過鏈聚合、加聚或縮聚組成的,微觀單元成千上萬的連結在一起,形成具有很大分子鏈段的高分子樹脂化合物。

然後,樹脂經過幾道工序塑形製備成汽車用的形狀各異的零部件,在這個過程中聚合物樹脂受到熱和機械剪切作用,以及樹脂在隨後的使用中,都會伴隨有氧氣、熱量、光照和水的侵蝕破壞。

在這些破壞條件下,樹脂的分子鏈便會發生氧化斷裂、鏈分支化或鏈交聯等微觀結構的改變,導致材料宏觀性能下降、變色、甚至開裂等缺陷。

抑制或延遲的這一破壞的方法是對聚合物樹脂進行結構改性,或添加抗老化助劑,其中氧化降解破壞是在較低的溫度下進行的,氧化降解比純熱降解更為重要,對材料宏觀性能破壞最大,抗氧化降解過程也成為人們研究的重點。

汽車塑料製品老化:

正是氧化降解對材料老化影響顯著,氧化作用對塑料的影響常常被人們稱為塑料老化,而氧化作用對樹脂化學結構的影響統稱為降解。

樹脂降解會產生大量氧化產物,如過氧化物、乙醛、酮、醛、酸、過酸、酯。而高溫、光照、和催化劑,如樹脂中含有的金屬離子和金屬,都會增加樹脂的降解速度。填料或顏料也會影響樹脂的氧化降解的敏感度。

老化,樹脂在一定環境條件下發生的各種不可逆的化學變化和可逆的物理變化的總稱,具體涉及到變化歸納如下。

物理變化:不涉及樹脂分子結構的變化,主要發生玻璃化轉變、表觀密度變化、分子自由體積變化、鏈活動性變化、延伸性變化等。

化學變化:樹脂在一定的環境中與氧、水、臭氧等化學物質作用發生不可逆的化學變化,導致其性能下降而失去使用價值。

抗氧劑分類:

抗氧劑是一類能延緩或一定程度上抑制樹脂氧化降解的化學物質,抗氧劑品種繁多,按照其功能不同,可分為鏈終止型抗氧劑和預防型抗氧劑,前者稱為主抗氧劑,後者稱為輔抗氧劑。抗氧劑按照化學結構不同,可分為胺類、硫代類、酚類、含磷酸酯化合物、有機金屬鹽等類型。

鏈終止型抗氧劑,即能終止樹脂在氧化過程中產生的自由基鏈的傳遞與增長,也稱為主抗氧劑,根據功能不同可分為自由基捕獲型,電子給予型和氫給予型;

預防型抗氧劑,即可以阻止或延緩樹脂氧化降解過程中的自由基產生,稱為輔助抗氧劑,主要有氧化物分解劑、金屬離子鈍化劑等。

胺類抗氧劑主要用於橡膠工業,其中對苯二胺類和酮胺類用量最大。酚類抗氧劑特別是受阻酚類,發展最快,最景氣,其增長速度遠遠超過胺類抗氧劑,主要應用在塑料和淺色橡膠製品中。而硫類和磷脂類抗氧劑屬於輔助抗氧劑,同酚類抗氧劑並用,具有很好的協同效應,主要用於聚烯烴塑料製品中。

抗氧劑使用原則:

抗氧劑在樹脂中添加和種類和用量,不僅與聚合物樹脂的類型、加工條件、製品的後續使用條件有關,還和抗氧劑本身應該具有的抗氧化性能、與聚合物相容性、穩定性、不變色、不汙染、無毒等特性有關。

相容性原則:

相容性就是加熱狀態下抗氧劑在樹脂中的溶解能力,與抗氧劑分子結構、樹脂種類、溫度高低等因素有關,相容性大的抗氧劑越能溶解到樹脂聚合物中,越不容易出現噴霜問題,製件長期使用中表面也不容易出現析出和發粘缺陷。

穩定性原則:

抗氧劑本身對光、熱、氧、水的穩定性也很重要,胺類抗氧劑在光和氧的作用下容易變色。受阻酚在酸性環境下受熱容易發生脫烴反應,造成抗氧的效率下降。磷酸酯容易水解,吸水後穩定性會變差。

揮發性原則:

揮發性與抗氧劑分子結構和分子量大小有密切關係,分子量越大的抗氧劑,其揮發性較低,但分子量太大的抗氧效果一般不會太好。

今天的科普就寫到這裡,更多關於汽車材料知識和汽車材料測試知識,後續會逐步展開,歡迎留言、收藏、討論、關注 @嘀嘀侃汽材

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