塑料防老化可以采取哪些措施
          來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2016/12/21 16:01:33 點(diǎn)擊數:

          目前,我國已經(jīng)成為電子產(chǎn)品的生產(chǎn)大國和消費大國,是全球的電子產(chǎn)品制造中心。在電子產(chǎn)品的常用原材料中,塑料以其質(zhì)量輕、強度高、電絕緣性能優(yōu)良以及良好的穩定性和安全可靠性,成為電器設備中僅次于金屬材料的第二大原材料, 同時(shí)也是電子設備中應用量增長(cháng)最快的原材料,目前在家用電子產(chǎn)品中塑料的使用量均在60% 以上,在消費類(lèi)電子產(chǎn)品中也有廣泛應用,如儀器儀表、通訊器材、數碼相機、計算機等的外殼和零件。然而塑料在聚合、加工、倉儲、運輸及使用過(guò)程中會(huì )發(fā)生熱氧化及老化等腐蝕失效,其后果是機械性能及物理性能發(fā)生劣化,以至于部分或全部失去使用性能,從而嚴重影響了電子設備的使用壽命以及性能,特別是在苛刻環(huán)境條件下,常造成電子設備的提前失效,甚至引起產(chǎn)品的安全問(wèn)題。相對于金屬材料的腐蝕失效,塑料的變質(zhì)和腐蝕失效更呈現多樣性,且缺乏規律,金屬的腐蝕一般在表面開(kāi)始發(fā)生,逐漸向內部擴展,而塑料的腐蝕失效多從內部發(fā)生。所以對塑料的腐蝕失效多,特別是老化失效形式和機理的認識以及對塑料的改性, 對于擴大其在電子設備中的應用具有較大的指導作用。
          塑料的腐蝕失效即老化
          塑料的腐蝕主要是指塑料在化學(xué)介質(zhì)和其它環(huán)境因素(如應力、光、熱等)共同作用因變質(zhì)而引起的失效,其腐蝕形式主要有溶脹溶解、化學(xué)裂解、應力腐蝕開(kāi)裂和老化等。其中溶脹溶解、化學(xué)裂解主要是由于塑料浸泡腐蝕介質(zhì)中時(shí),介質(zhì)向塑料基體內部擴散、滲透,而產(chǎn)生的破壞; 應力腐蝕斷裂是介質(zhì)和應力共同作用下出現的失效;老化是由于塑料的化學(xué)組成、分子結構和物理狀態(tài)等內因和經(jīng)受光、熱電、機械應力、氧氣、臭氧、化學(xué)介質(zhì)等外因作用而引起的腐蝕現象。一般把材料在化學(xué)介質(zhì)或化學(xué)介質(zhì)與其他因素共同作用下腐蝕失效稱(chēng)為化學(xué)老化;而把在大氣環(huán)境中,因受太陽(yáng)紫外線(xiàn)、空氣中的氧和環(huán)境溫度、濕度的作用導致的性能劣化稱(chēng)為大氣老化或環(huán)境老化。實(shí)踐證明,設備結構件的大氣老化是電子設備中塑料常見(jiàn)的腐蝕現象。
          塑料的老化形式現象有很多,主要變化歸納為 4 個(gè)方面:
          (1) 外觀(guān)的變化
          例如變色、龜裂、銀紋、發(fā)枯、變硬、變軟、變脆、變形、失光、粉化、起泡、剝落等。
          (2) 物理性能的變化
           例如密度、溶體指數、導熱系數、透光率、透氣率、分子量、羰基含量變化等。
          (3) 力學(xué)性能變化
          例如拉伸強度、伸長(cháng)率、沖擊強度、彎曲強度、硬度、彈性、附著(zhù)力、耐磨強度等改變。
           (4) 電性能變化
           例如絕緣電阻、介電常數、介質(zhì)損耗、擊穿電壓等改變。
          老化不僅會(huì )使物理性能(如顏色、表面光潔度等)發(fā)生劣化,而且會(huì )造成機械性能的降低(如抗沖強度與拉伸強度降低, 材料由延性變成脆性等),會(huì )造成電子設備部分或全部失去使用性能,特別是要求電學(xué)性能的接插件,由于老化造成介電常數、絕緣性能的變化,使得接插件失效或者性能下降,從而造成電子產(chǎn)品失效或者出現安全事故。近年來(lái)家用產(chǎn)品中出現的失火、漏電、爆炸等事故,部分是由于熱老化造成塑料結構件變形,而引起電容器的擊穿;或者接插結構件由于老化造成絕緣性能下降,而引起漏電、爬電,短路, 釀成重大事故。
          那么影響塑料老化的因素主要有哪些呢?我們可以將影響塑料的因素分為內因和外因,內因是變化的根據,外因是變化的條件,外因通過(guò)內因起作用。
          從內因來(lái)看,塑料的化學(xué)結構、物理結構、成型加工條件以及外來(lái)雜質(zhì)等都對塑料的耐老化能力有影響,從化學(xué)結構上來(lái)看,塑料不論是合成的還是天然的,在化學(xué)結構中必然存在一些弱鍵,這些弱鍵成為老化反應的突破口,如ABS 的不飽和雙鍵;聚碳酸酯的酯鍵;尼龍的酰胺鍵、聚甲醛的半縮醛端基和醚鍵;聚砜的碳硫鍵等,不同的塑料由于其化學(xué)結構以及成型條件不同,其老化性能也不盡相同,在受到外部因素時(shí),化學(xué)結構或者成型條件中的缺點(diǎn)成為老化突破口,隨后進(jìn)行各種類(lèi)型的老化過(guò)程,有的以降解為主,有的以交聯(lián)過(guò)程為主,有的則綜合兩者,不同的塑料,不僅老化性能不同,老化機理也存在差異。
          那影響塑料老化的外因主要有物理因素、化學(xué)因素和生物因素等。包括太陽(yáng)光、氧、臭氧、熱、水分以及工業(yè)有害氣體、微生物等大氣環(huán)境因素。此外,機械應力的作用、成型加工條件的影響也屬于外因。
          (1) 紫外光
           紫外光是影響塑料老化最主要的外因之一。太陽(yáng)光中的紫外光會(huì )使塑料分子中的化學(xué)鍵激發(fā),若有氧或水存在時(shí)處于激發(fā)狀態(tài)的化學(xué)鍵將會(huì )進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)裂解。
          (2) 溫度
          塑料吸收陽(yáng)光熱量,溫度升高或者內部溫度引起熱老化,同時(shí)也能促進(jìn)其他化學(xué)老化,日照也使增塑劑等液態(tài)組分揮發(fā),同時(shí)促進(jìn)腐蝕介質(zhì)更快的向高塑料內部滲透。
          (3) 濕氣
          大氣環(huán)境中的降水、潮濕(水汽)等因素都會(huì )影響塑料的老化。雨水,特別是凝露形成的水膜,能夠滲入塑料內部,使塑料內的某些水溶性物質(zhì)、增塑劑被水溶解、抽提或吸收,從向逐步改變塑料的組成和成分比例,會(huì )使耐水性差的高聚物產(chǎn)生滲脹、變形、水解等,從而加速塑料的老化。如果塑料分子結構中含有可水解基團(如酰胺基、酯基、縮醛基等)的話(huà), 在雨水或潮濕的長(cháng)期作用下,往往會(huì )發(fā)生水解反應。
           (4) 輻射
          當塑料處于高能輻射時(shí),若所用輻射劑量很大,則可以徹底破壞其結構,甚至使它完全變成粉末,在一般劑量的輻射下, 塑料的性質(zhì)也有不同程度的變化。輻射化學(xué)效應主要是大分子鏈的交聯(lián)與裂解。
          防老化采取的措施
          塑料的老化既然存在內因和外因,那么防老化也可以從兩方面采取措施。一方面,可用添加防老劑的方法來(lái)抑制光、熱、氧等外因對塑料的作用或者采用改進(jìn)聚合和成型加工工藝或者改性的方法,提高塑料本身對外因的穩定性;另一方面也可以采用物理防護方法使塑料避免受到外因的作用。
          防老劑是一類(lèi)能夠防護和抑制光、熱、氧、臭氧、重金屬離子等外因對塑料產(chǎn)生破壞作用的物質(zhì)。添加防老化可以改善塑料的加工性能,延長(cháng)塑料的儲存和使用壽命,方法簡(jiǎn)便且效果顯著(zhù),是當前塑料防老化的主要途徑。依據防老劑的作用機理和功能,可以分為以下幾種:
          (1) 抗氧劑能夠抑制氧化反應和臭氧老化反應。
          (2) 紫外線(xiàn)穩定劑防止和抑制光氧化反應的發(fā)生和發(fā)展。
          (3) 熱穩定劑
          防止塑料在加工(高溫下)和使用過(guò)程中受熱而發(fā)生降解或交聯(lián)。
          (4) 防霉劑防止塑料發(fā)生霉腐。添加防老劑的方法,對于塑料通常是在樹(shù)脂捏合、造粒時(shí)加入,也可在聚合或聚合反應的后處理時(shí)加入。
          在電子設備結構設計中,應該根據具體使用環(huán)境,選用那些對光、熱、臭氧等因素具有較高穩定性和本身具有耐霉性的塑料,同時(shí),應該選用添加了防老劑的材料品種。
          從改性方法方面,由于成型后的塑料制品中,或多或少都存在殘余的內應力。如果內應力相當大,則會(huì )使塑料制品在使用過(guò)程中發(fā)生翹曲、龜裂和性能?chē)乐刈儔?。成型后進(jìn)行退火熱處理,可以消除殘余內應力,預防過(guò)早產(chǎn)生開(kāi)裂(特別是有金屬嵌件的制品)。
          物理防護主要是指在塑料表面涂覆上一層防護層,防止大氣老化,具體方法有:
          (1) 涂漆
          許多塑料都可以采用涂漆的方法來(lái)提高耐候性。選用涂料時(shí),應注意涂料與塑料之間的適應性問(wèn)題。
          (2) 鍍金屬
          在塑料制品表面鍍上一層金屬保護膜, 能對塑料的老化起到良好的防護效果,還可以使其表而具有金屬特性,擴大了應用范圍。目前,鍍金屬的塑料品種以ABS 和聚丙烯占多數。此外,聚砜、聚苯醚等工程塑料也可以用鍍金屬的方法提高耐候性。
          (3) 涂布防老劑溶液
          將塑料制品浸入含有防老劑的溶液中, 或將這些溶液涂布在制品上,使能抑制外因作用的防老劑都集中在表面形成保護膜, 從而可起到顯著(zhù)的防護效果。
          結論
          塑料是電子產(chǎn)品結構件中使用僅次于金屬材料的的第二大原材料,隨著(zhù)塑料性能的不斷改性,塑料將得到更加廣闊的應用。通過(guò)本文我們可以看到塑料結構件的使用環(huán)境常由多種腐蝕因素組合作用, 構成設備的材料也由多種材質(zhì)和形態(tài)組成,腐蝕環(huán)境較為復雜,因此我們在塑料結構件選材或者設計塑料的防腐蝕體系時(shí),不應僅僅考慮其使用要求,更應該考察該塑料在使用環(huán)境下的耐老化性能以及防老化措施的可實(shí)施性。

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