透明塑料耐黃變性能的概念和研究

發布:防靜電pc板 瀏覽:1469次 發布時間:2021-3-11
隨著國內汽車、電氣電子、通訊和機械工業的蓬勃發展,其對工程塑料如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚酯(PBT、PET)、聚苯醚(PPO)等提出了更高的性能要求。比如,用作節能燈底座的塑料要求耐高溫、耐黃變;用作芯片托盤的塑料要求耐撓曲、抗靜電;用作電子接插件的塑料要求高阻燃、高耐熱、高流動;用作機械齒輪的塑料要求耐磨、高剛性、高尺寸穩定性等,工程塑料通過表面改性可提升各種機械及物理性能,以滿足下游行業對工程塑料的高性能要求。
塑料在其合成、貯存、加工以及使用過程中,都可能發生變質,即材料的性能變壞。例如:顏色泛黃、相對分子量下降、表面龜裂、光澤喪失等,這種現象稱為塑料的老化。塑料老化的本質是一種化學反應,它可以由許多原因引起,如:熱 、紫外光、機械應力、高能輻射、電場等,其結果是塑料材料的分子結構發生改變,性能變差。由于塑料黃色指數的測試和塑料在太陽光照射下觀察到的黃色程度能夠很好地吻合,因而通過測試試樣的黃色指數,可用來評價高分子材料老化的程度。
耐黃變的概念
黃變主要是由于紫外線對塑料材料持續照射而產生的顏色變黃現象,一般實驗室模擬黃變測試以1-5級判斷顏色變化,5級為無變化。
黃色指數
黃色指數,是指高分子材料偏離白色的程度,或發黃的程度。黃色指數可用來控制某些產品質量或老化程度。
※ HG/T 3862-2006《塑料黃色指數試驗方法》:
1.黃色指數—塑料對國際照明委員會(CIE)標準C光源照射材料,以氧化鎂為基準的黃色值。黃色指數以YI表示。
2.本方法測得的黃色指數和在日光照射下觀察到的黃色程度能較好地吻合,因而能用于評價塑料質量和老化程度。透明塑料的透射黃色指數是厚度的函數,只有在相同厚度的情況下,才能進行比較。
3.本方法所測得的黃色指數,如是正值表示材料呈現黃色,負值則表示材料呈現藍色。
測量材料色的三刺激值X、Y、Z,由下式計算:

— 圖為輔朗實驗室設備紫外老化試驗箱(中)及氙燈老化試驗箱(右)

影響黃色指數的因素
在儀器正常的情況下,只與樹脂的顏色有關在實際的測量中測量溫度、濕度是否合適(HG/T 3862-2006:溫度23±5℃;相對濕度:50±20%)基準板的校準是否合乎要求光源是否標準樣品是否均勻,有無氣,是否被影響。
黃色指數變化老化試驗
實際生活中,由于產品應用的不同,其老化測試項目及要求各異,有熱氧老化、光氧老化等。以我們過去的項目為例:
1)某16號線聲屏障項目黃色指數變化老化試驗測試要求8000h氙弧燈照射后,黃色指數變化≤3.0。(測試執行標準:GB/T16422.2-2014、HG/T3862-2006)
※ 其他性能:耐候性執行標準GB/T 22040-2008。
2)某汽車塑料玻璃(剛性塑料)天窗、三角窗項目黃色指數變化老化試驗測試要求綜合執行PV3929、PV3930。
熱氧老化:高分子材料都具有各自一定的分子結構,其中某些部位含有弱鍵和缺陷,這些弱鍵和缺陷自然成了塑料老化的突破口,即這些弱鍵和缺陷成為化學反應的起點,并引發一系列的化學反應,使材料分子結構發生變化,而引起這些弱鍵和缺陷發生反應的因素很多,其中熱氧老化為致塑料老化的一個顯著因素。
光氧老化:就本質而言,太陽光中的紫外線是導致聚合物光氧降解的根本,聚合物受光的照射,是否引起分子鏈的斷裂,決定于光能和鍵能的相對強弱。共價鍵的離解能約160~600kJ/mol,大于這一數值,才能使鍵斷裂。光的能量與波長有關,波長愈短,則能量愈大。日光中短波長的遠紫外線 (120~280nm)大部分被大氣層中的臭氧所吸收,照射到地球表面上的是波長為 300~400 nm的近紫外部分,具有較高的能量,可以切斷聚合物的化學鍵。聚合物的光老化是在紫外光和氧的參與下進行的自動氧化反應,該過程也稱為光氧老化。過氧自由基ROO奪取聚合物上的氫,形成氫過氧化基團ROOH和聚合物自由基R·。聚合物自由基迅速與氧作用,又形成過氧自由基。如此反復多次才終止。氫過氧化物還可能均裂成兩個自由基,加速氧化。氫過氧化基團引起的鏈的斷裂也是分子量降低的主要原因。
結語
通過測試試樣老化過程的黃色指數,用數據反映出高分子材料老化的程度,這個方法是非常簡便且行之有效的,輔助以其他的測試方法如羰基指數法,可以定量評價材料老化的變化規律。
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