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如何选择耐候性塑料材料:考虑气候特征和材料结构

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:表19-149 我国各地区的气候特征2.不同塑料的耐候性由于不同塑料的化学结构不同,故抵抗自然环境侵蚀的能力差别也较大,且对各种自然条件因素的侵蚀反应也不同,如PE综合评价耐候性较差,但其抵抗水气、湿气和臭氧的能力较强。此外,常用资料的数据都是在加速气候老化试验中所得,与实际使用条件不同,因此任何产品在选择耐候性材料时应以最恶劣的条件为选料的依据。

如何选择耐候性塑料材料:考虑气候特征和材料结构

塑料制品自加工完成后在其后续的保管、运输和使用过程中始终处于环境温度(高温、低温、交变温度)、湿度、腐蚀介质、光照、辐射、水蚀、氧化、细菌真菌等诸多环境因素的包围之中,致使制品发生老化、变色、发粘、变脆、粉化、龟裂、长霉、尺寸变化及各项物性降低而失效。这些自然气候条件,尤其对户外使用制品的使用寿命(耐久性)影响更大,因此需选用具有抵抗自然气候条件侵蚀机体能力的耐候性塑料。如果塑料制品为设备整机中的一部分,则还必须符合整机的环境条件要求。

1.各种自然气候条件对塑料的侵蚀作

在自然界中气温高低及温差、雨水及湿气、日照紫外线、风暴砂尘、臭氧微生物等都对塑料有不同程度的侵蚀作用,见表19-147。

表19-146 几种用于化工设备的耐腐蚀、耐热塑料

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19-147 各项自然气候条件对塑料的侵蚀作用

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综上所述,塑料在自然环境中会受到物理化学、生物等多种因素的综合侵蚀,所以塑料的耐候性实际上是指材料抗热辐射、热氧老化、光氧化、化学老化、水解、臭氧老化、生物老化等各种抗老化性能的综合体现,区别只是由于气候条件和地埋环境差异致使受侵蚀的形式和程度不同而已。在各种老化侵蚀中,光氧化和热氧老化是两种重要形式,因此对光氧化和热氧化抗蚀作用强的材料,常称为耐候性比较好的料。

塑料耐候性是用试样在各种老化试验中测示其外观、物性、尺寸、体积、质量大小等参数的变化程度来评定的,几种塑料的室外耐候性测试结果见表19-148。对空间环境或其他特定环境中使用的制品,则相应地还需增加抗太空电离辐射等其他形式的抗破坏因素测试。

19-148 几种塑料的室外耐候性测试结果

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(续)

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注:UV稳定剂是抗光氧化剂

另外,自然条件与地域有密切的关系,我国地域辽阔,不同地域自然条件差别很大,可以选择耐候性塑料时还应考虑不同地域的自然条件差别。我国各地区的气候特征见表19-149。

19-149 我国各地区的气候特征

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2.不同塑料的耐候性(www.xing528.com)

由于不同塑料的化学结构不同,故抵抗自然环境侵蚀的能力差别也较大,且对各种自然条件因素的侵蚀反应也不同,如PE综合评价耐候性较差,但其抵抗水气、湿气和臭氧的能力较强。

塑料的耐候性取决于材料的化学,物理结构及其组分、杂质含量,以及所处环境,有些品种耐候性较好,有些品种较差。一般来说,为了延长使用寿命,绝大多数户外使用的制品都必须加入各种稳定剂、抗老化剂(如抗氧化剂、抗紫外线剂等),或进行改性处理。此外,也可采取表面涂饰等方法来保护表面,提高耐久性。

在未经改性处理的塑料中,F4、F3、F46、PVDF等氟塑料耐候性最佳;其次是PMMA、ASA、PET、CP、ACS、PPS、PI、PAR、MF、UHMWPE、PASF、AP、SI、PES、GFEP等塑料,它们都有较好的耐候性;但PE、PP、EVA、PS、PA、PC、ABS、POM、PPO、PSF、UF、聚酯型PU、PF等塑料耐候性较差,不经改性处理不宜直接用作户外用制品。

常用塑料(未改性)的耐候性见表19-150,几种通用塑料的户外试验使用寿命见表19-151。

3.选择耐候性塑料的注意事项

虽然每种塑料都各有其耐候特性,但当外界条件变化时也可改变其性能,在选料时应综合考虑影响耐候性的因素。

(1)资料的局限性 通常,资料中给出的塑料耐候性指标都是在设定试验条件下测定的,一般都是以外观变化、强度下降、韧性下降等参数来界定塑料耐气候条件侵蚀的能力的。但在结合制品要求选料时必须考虑制品使用地域自然条件的特点,如在日照强烈的地区应选择抗热氧老化及光老化性好的材料;在高空低气压用的制品,因制品介电强度及绝缘性下降,因此要选用适应低气压高绝缘性的材料。另外,塑料老化后耐腐蚀和电性能也都会下降,因此对有电性能等要求的制品,应选择在使用期内,随着老化的发展仍能保持电性能的材料,如航运或沿海地区用的电气制品,应选择耐盐雾性好,表面不易凝水膜的材料,以保持绝缘性和耐电弧性,防止表面泄漏电流等事故。

19-150 常用塑料(未改性)耐候性

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19-151 几种通用塑料的户外试验使用寿命(推断值)

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注:括号中的值是添加稳定剂后的配方测得的值。

(2)工作环境因素的复杂性 在制品工作的环境中,工作温度、应力状态、接触介质、辐射线照射等都会降低塑料本身的耐候性指标,即使制品只受到阳光照射,但其表面温度往往会超过周围环境温度,因此采用的温度规范不应只是环境温度,而应是制品表面的实际温度。此外,常用资料的数据都是在加速气候老化试验中所得,与实际使用条件不同,因此任何产品在选择耐候性材料时应以最恶劣的条件为选料的依据。

(3)制品的结构 制品的尺寸形状、壁厚、表面着色情况、表面涂覆情况及有无盖、罩保护等不同结构对耐候性要求也不同。如白色制品的耐光老化性好,可选用耐光氧化性能稍差的材料;制品结构刚性强,则抗风暴袭击发生振动破坏的能力强,对强度和抗振性的要求就可以放宽。

(4)制品的加工质量 制品在成型加工或组装中的内应力大小、质量的均匀性、表面粗糙度、有无裂纹等因素也都会影响材料的耐候性。

总之,在选择耐候材料时要将制品工作的地区气候、工作环境、制品结构及质量和使用寿命要求等因素结合起来,统筹甄别后选出合适的耐候性材料,或选用加入抗老化助剂的材料,或在制品结构上采用防止或减少大气对制品侵蚀的措施。

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