高分子材料自身技術(shù)含量高、附加值高,，一直是發(fā)達(dá)國家和跨國公司十分重視的發(fā)展領(lǐng)域,，具有廣闊的市場空間。因此,，也對其質(zhì)量性能,、可靠性水平、保障能力等提出了更高要求,。如何本著節(jié)能,、低碳和生態(tài)發(fā)展的原則，發(fā)揮高分子材料制品的功能,，就越來越受到人們的關(guān)注。而老化正是影響高分子材料可靠性和耐久性的重要因素,。

高分子材料的老化現(xiàn)象

老化由物理老化和化學(xué)老化兩種類型。高分子材料在加工,、貯存和使用過程中，由于受到各種外界環(huán)境因素的影響,，其性能逐漸由好變壞,，以致最后喪失使用價(jià)值,，這種現(xiàn)象就屬于高分子材料的老化,。不僅造成資源浪費(fèi),，甚至?xí)蚱涔δ苁п劤筛蟮氖鹿剩移淅匣鸬牟牧戏纸庖部赡軙?huì)對環(huán)境產(chǎn)生污染,。

由于聚合物品種不同,，使用條件各異,，因而有不同的老化現(xiàn)象和特征,。歸納起來高分子材料的老化可有以下幾種情況：

1. 外觀的變化

出現(xiàn)污漬,、斑點(diǎn),、銀紋、裂縫,、噴霜,、粉化、發(fā)粘,、翹曲,、魚眼、起皺,、收縮,、焦燒、光學(xué)畸變以及光學(xué)顏色的變化,。

2. 物理性能的變化

包括溶解性,、溶脹性、流變性能以及耐寒,、耐熱、透水、透氣等性能的變化,。

3. 力學(xué)性能的變化

拉伸強(qiáng)度,、彎曲強(qiáng)度,、剪切強(qiáng)度,、沖擊強(qiáng)度,、相對伸長率,、應(yīng)力松馳等性能的變化。

4. 電性能的變化

如表面電阻,、體積電阻,、介電常數(shù),、電擊穿強(qiáng)度等的變化。

影響高分子材料老化的因素

1. 宏觀影響因素

因?yàn)楦叻肿泳酆衔镌诩庸?、使用過程中,，會(huì)受到氧,、臭氧,、熱、水、光,、微生物,、化學(xué)介質(zhì)等環(huán)境因素的綜合作用, 其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列變化,，物理性能也會(huì)相應(yīng)變壞,，如變色和褪色、聚合物發(fā)黃,、變糊、開裂,、龜裂,、剝離和分層、翹曲,、脆化,、拉伸強(qiáng)度損失,、粉化、起泡,、失光等,，這些變化和現(xiàn)象就稱為老化。

2. 微觀影響因素

高分子聚合物在熱或光的作用下會(huì)形成激發(fā)態(tài)的分子,，當(dāng)能量足夠高,，分子鏈就會(huì)斷裂形成自由基,，自由基可以在聚合物內(nèi)部形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng),，繼續(xù)引發(fā)降解,，也可能引起交聯(lián)。

如果環(huán)境中存在氧氣或臭氧,，還會(huì)誘發(fā)一系列氧化反應(yīng),，形成氫過氧化物，并進(jìn)一步分解成為羰基,。

如果聚合物中存在殘余的催化劑金屬離子,，或在加工,、使用中帶入金屬離子如銅,、鐵,、錳、鈷等,，會(huì)加速聚合物的氧化降解反應(yīng)。

高分子材料老化試驗(yàn)

在新材料開發(fā)或改進(jìn)中,，為驗(yàn)證其使用壽命或防老化效果,，就需要進(jìn)行老化測試,。常見的老化測試有自然老化和試驗(yàn)室加速老化,。

1. 自然老化

自然老化就是將材料試樣直接暴曬在自然環(huán)境下,。通常樣品以一定的角度安裝在暴曬架上，常見的暴曬角度有5 °,、45 °、90 °,。自然老化試驗(yàn)方法簡便，成本較低,，但是其試驗(yàn)周期太長,，影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)度。而且,，由于是天然環(huán)境,，氣候條件無法控制，為保證試驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)性,，試驗(yàn)場地的選擇尤為重要,。

美國1931年在南佛羅里達(dá)建立天然氣候場,，是美國標(biāo)準(zhǔn)的濕熱氣候暴曬場,。在亞利桑那中部建立的試驗(yàn)場,，則是標(biāo)準(zhǔn)的干熱暴曬場,。我國的國家機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心吐魯番暴曬試驗(yàn)場,，也是典型的干熱氣候暴曬場,。而海南瓊海的暴曬場,，則是典型的濕熱氣候條件。

2. 試驗(yàn)室加速老化

為加快試驗(yàn)周期,，更快的得到老化數(shù)據(jù)，試驗(yàn)室通常使用人造光源模擬日光輻射,，匹配不同的溫濕度及淋雨條件等,，可以模擬各種自然氣候,。

1）光源的選擇

常用的人造光源有氙弧燈,、金屬鹵素?zé)艏白贤鉄晒鉄?。紫外熒光燈在中波紫外和短波紫外范圍?nèi)，能很好的模擬日光,。而氙弧燈和金屬鹵素?zé)粼谌庾V均能很好的模擬日光,。因此，使用氙燈和金屬鹵素?zé)糇鳛楣庠吹脑囼?yàn)箱,，能很好的模擬日光輻射,，而使用熒光紫外燈的老化箱，其目的并不在于仿制日光,，而只是模擬日光的老化效果。除此之外,，市場上還有以碳弧燈作為光源的老化箱,。但碳弧光譜與日光光譜并沒有很好的相關(guān)性，使用碳弧燈測試是歷史原因,。

2）加速老化的相關(guān)性

相關(guān)性是指試驗(yàn)室加速老化的結(jié)果與材料在實(shí)際使用環(huán)境中發(fā)生老化的結(jié)果的一致性程度,。加速老化試驗(yàn)，只有具有相關(guān)性,，才能真正反映材料的耐候性能,，真實(shí)預(yù)測材料的使用壽命。不合理的加速試驗(yàn),，會(huì)降低測試的相關(guān)性,，甚至失去意義。

常見的降低相關(guān)性的錯(cuò)誤測試：

連續(xù)曝曬：某些材料的化學(xué)反應(yīng)需要間歇期，自然環(huán)境中也有暗周期,。

使用超出日光光譜范圍的短波光源：短波輻射的高能量產(chǎn)生非自然光學(xué)變化,。

高輻照度曝曬：高輻照度水平下的光化學(xué)反應(yīng)在正常環(huán)境下不會(huì)發(fā)生。

異常高溫或無溫度循環(huán)：不真實(shí)的溫度會(huì)導(dǎo)致非自然的降解,。

3）試驗(yàn)室加速老化的發(fā)展趨勢

材料老化的影響因素有日光輻射,、溫度、水和其他因素,。材料的老化是這些因素共同作用的結(jié)果,，但并不是簡單的各種因素影響效果的疊加，還需要考慮其間的協(xié)同作用,。因此,，更全面的模擬材料的實(shí)際使用環(huán)境，能夠得到具有更好相關(guān)性的結(jié)果,。例如ISO 20340標(biāo)準(zhǔn),，試驗(yàn)以7天為1個(gè)周期，第1至3天根據(jù)ISO 11507進(jìn)行具有明暗周期的紫外測試,，第4至6天根據(jù)ISO 9227進(jìn)行鹽霧測試,，第7天進(jìn)行（-20±2）℃的低溫測試。與傳統(tǒng)的耐候性測試相比,，綜合了更多的老化影響因素,，更符合材料的實(shí)際使用工況，因此更能反映材料的實(shí)際老化情況,。我們知道,，霉菌、臭氧濃度等,，都對塑料制品的老化有重要影響,，如何在測試中綜合更多的老化因素，將是試驗(yàn)室加速老化的發(fā)展方向之一,。