ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Старение полимерных материалов из "Свойства и испытания резин" Под старением понимают самопроизвольное необратимое, обычно неблагоприятное, изменение свойств материала при хранении и эксплуатации, приводящее к потере им работоспособности. Старение является результатом воздействия на полимер энергетических (тепло, свет, радиация, механические напряжения и т. д.) или химических (кислород и другие химически активные вещества) факторов. В зависимости от того, какой из этих факторов является определяющим, различают тепловое, световое и другие виды старения. В эксплуатационных условиях на изделия обычно действуют одновременно несколько факторов, в результате чего через некоторое время происходит потеря их работоспособности. Практически важным случаем старения является одновременное воздействие механических напряжений и агрессивной среды, в частности утомление при многократных деформациях в активной среде, разрушение при трении и износе в агрессивной среде, химическая релаксация. [c.125] Старение может быть естественным и искусственным. Старение материала или изделия в условиях хранения, транспортировки или эксплуатации называют естественным. Наиболее важными являются два вида естественного старения тепловое и атмосферное. При атмосферном старении основными факторами, вызывающими изменения свойств полимера, являются солнечный свет, тепло, влага и химически активные составляющие воздуха — кислород, озон, а в городах и индустриальных центрах — серный ангидрид, сернистый газ, оксиды азота, углеводороды, галоидсодержащие соединения и т. д. [c.126] Тепловое старение. Этот вид старения, имитирующий условия хранения в средней географической полосе, осуществляют в закрытых шкафах при температуре 20 5 С и относительной влажности воздуха 65 10 %. Образцы в виде двойных лопаток, в зависимости от требований, выдерживают 3,6, 4,12,18 и 24 мес. Оценку степени старения проводят по коэффициенту старения = / Аа, где А — показатель, характеризующий свойство резины до старения, А — после старения. [c.126] Влажность воздуха влияет на атмосферное старение полимеров как косвенно, изменяя поглотительную способность атмосферы по отношению к солнечной радиации, так и непосредственно (особенно в сочетании с промышленными газами), ухудшая цветостойкость и механические свойства гидролизующихся полимеров. [c.127] Интенсивность атмосферного старения в сильной степени зависит от климата местности и условий экспозиции (время года, дня). По американскому стандарту для естественной экспозиции материалов предписывается использовать районы с умеренным и холодным климатом, пустыни, тропики, морской берег и индустриальные центры. Необходимость испытаний полимерных материалов в условиях индустриальных центров и крупных городов непрерывно возрастает в связи с прогрессирующим загрязнением воздуха выхлопными газами автомобилей ( тлеводороды и двуокись азота) и отходами заводов. [c.127] Так как испытания должны проводиться в наиболее жестких условиях, характерных для каждого полимера, а интенсивность действия солнечных лучей зависит от угла падения, предусмотрено расположение образцов под углом к горизонту, равным географической широте месторасположения испытательной станции. Определяющее влияние количества солнечной энергии, получаемой образцами за время солнечного сияния, на старение многих полимеров подтверждено результатами многих исследований. [c.128] Количественным критерием оценки сопротивляемости полимеров старению является отношение величины характеристики данного свойства после экспозиции к ее величине до экспозиции. В качестве таких свойств выбирают прочность, относительное удлинение, жесткость, диэлектрические свойства. Особенно удобны характеристики, измерение которых не связано с разрушением образца (в частности, статический модуль, твердость и ползучесть), что позволяет определить кинетику процесса старения на одном образце и, следовательно, резко снизить разброс результатов измерения. Используют и абсолютные характеристики — время до появления трещин и до разрыва. [c.128] Оценку ряда свойств производят по эталонам (изменение цвета) или по условным шкалам (например, степень растрескивания). Так как большое количество резиновых изделий работает в атмосферных условиях при многократных деформациях, для испытания резин предложена специальная установка (рис. 6.29). На постоянную статическую деформацию образцов накладывают переменную во времени деформацию с амплитудой, близкой по величине к практически реализуемой в изделиях. [c.128] Частоту деформации выбирают минимальной (10 кол/мин), чтобы теплообразование не влияло на тепловой режим испытания. [c.128] Образцы (100 шт.) крепят по 25 шт. между внешними и внутренними планками, расположенными между двумя крестовинами так, что получается четыре ряда образцов. Вал, на котором крепятся крестовины, вращается от мотора. Используют образцы в виде полосок или лопаток. Внешние планки имеют вращательное, а внутренние — вра-щательно-поступательное движение за счет эксцентрикового паза в кронштейне, удерживающем внутренние планки. [c.129] Ускоренное старение. Ряд методов испытаний резин достаточно подробно описан в работе. Поэтому здесь приводится специфика отдельных видов испытаний, а также некоторые принципиальные гюложения. [c.129] Воздействие тепла и кислорода иа напряженные полимеры приводит к деструкции полимерных молекул, следствием которой являются химическая ползучесть, химическая релаксация и уменьшение долговечности. Имеются стандартные методы испытаний на определение ползучести растянутых образцов резины при старении (Р = onst), релаксации напряжения и остаточной деформации в сжатых образцах (е = onst). [c.130] Одной из целей ускоренных испытаний на старение является установление гарантийного срока хранения, т. е. срока, в течение которого изделие сохраняет работоспособность при хранении в естественных условиях. Основным принципом количественного определения гарантийных сроков хранения, впервые предложенным для светоозонного старения, является принцип экстраполяции скоростей старения с высоких температур до температуры хранения. [c.131] Ускоренное атмосферное старение. Основным фактором, вызывающим старение многих полимерных мaтepиaJЮв в атмосферных условиях, является солнечный свет, поэтому почти во всех методах, воспроизводящих эти условия, осуществляется световое воздействие на полимеры. Так как кванты света разной длины волны обладают неодинаковой энергией, то действие их на полимер может быть качественно отличным. Излучение, наиболее близкое к солнечному, дает ксеноновая лампа, которая используется в установках Ксенотест . Широко применяются также ртутные и угольные дуговые лампы, а также их различные сочетания. За счет большой доли энергии, падающей на ультрафиолетовую область спектра (особенно при использовании ртутных ламп), световое старение идет очень интенсивно, однако его результаты часто не коррелируют с данными естественной экспозиции. [c.131] В атмосферных условиях озонное растрескивание происходит как вследствие воздействия озона, мигрирующего к поверхности земли из верхних слоев атмосферы, где он образуется под влиянием коротковолновой части солнечного излучения, так и озона, выделяющегося при окислении органических соединений, выбрасываемых в основном с выхлопными газами автомобилей. Озонное старение резин имеет место также вблизи работающей. электронной, особенно высоковольтной аппаратуры, источников радиации и т. д. Ускоренные испытания на стойкость к озонному растрескиванию весьма приблизительно позволяют судить о работоспособности резин в атмосферных условиях, так как в последнем случае процесс обычно ускоряется действием солнечного света. В этом отношении более совершенным является испытание на свето-, озоностойкость. [c.132] Помимо объективных характеристик озонного растрескивания широкое применение (особенно в США и Франции) находит условная балльная система оценки степени растрескивания. В качестве показателей озоностойкости используют также предельные значения различных параметров, например предельное напряжение и предельное относительное удлинение, ниже которых растрескивание якобы не происходит. [c.132] Наряду с испытаниями на озонное растрескивание при статических деформациях для практики существенное значение имеет поведение резин в динамических условиях. Испытывать образцы целесообразно при несимметричном цикле нагружения, т. е. при постоянной статической деформации, на которую накладывается дополнительная периодическая. Испытания при многократных деформациях в озонированном воздухе рекомендуется проводить при одновременном действии деформаций растяжения статической 10-50 % и динамической с амплитудой колебания 10-30 % при частоте 10 цикл/мин. [c.133] Светоозонное старение. Испытания на светоозонное старение могут быть качественными и количественными. Качественные испытания проводят при одной очень малой концентрации озона. В работах нет указаний на то, что световое излучение находится в определенном количественном соответствии с солнечным. Эти испытания не дают возможности сделать количественное заключение о работоспособности резин в атмосферных условиях. [c.133] Известен метод количественного ускоренного определения сопротивляемости деформированных резин атмосферному старению. Испытания проводят при нескольких концентрациях озона (аналогично испытаниям на озонное растрескивание) так, что полученную зависимость можно экстраполировать на атмосферную концентрацию озона. Суммарная интенсивность облучения соответствует средней интенсивности солнечного света в летнее время в средних широтах и остается неизменной во всех опытах. [c.133] Вернуться к основной статье