文/李嘉辰

高分子材料環(huán)境適應(yīng)性的表現(xiàn)特征研究

文/李嘉辰

高分子材料是由相對分子質(zhì)量比一般有機化合物高得多的高分子化合物為主要成分制成的物質(zhì)。巨大的分子質(zhì)量賦予這類有機高分子以嶄新的物理、化學性質(zhì)：可以壓延成膜；可以紡制成纖維；可以擠鑄或模壓成各種形狀的構(gòu)件；可以產(chǎn)生強大的粘結(jié)能力；可以產(chǎn)生巨大的彈性形變；并具有質(zhì)輕、絕緣、高強、耐熱、耐腐蝕、自潤滑等許多獨特的性能。

高分子材料；物理性質(zhì)；化學性質(zhì)；特性

0　引言

高聚物可以分為硬質(zhì)的塑料和柔軟的棟膠，塑料又分為非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、加熱可以流動的熱塑性塑料和網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)、不溶、不溶的熱固性塑料。熱塑性塑料具有永久形變大、耐熱性差、耐溶劑性差以及尺寸不穩(wěn)定等缺點，因此不能作為工程材料來使用，而熱固性材料卻具有優(yōu)異的力學性能，能有效的增強使用壽命，防止過快老化。

1　高分子材料環(huán)境適應(yīng)性的表現(xiàn)特征

高分子材料在生產(chǎn)、加工、存儲、運輸以及使用的過程中，會受到熱、氧、光照、水、化學介質(zhì)、微生物、力甚至電等各種環(huán)境因素的綜合作用，材料的化學組成或者結(jié)構(gòu)會發(fā)生或深或淺的變化，物理和力學性能也會發(fā)生相應(yīng)的變化，最終高分子材料的使用性能受到影響，嚴重者喪失使用價值。高分子環(huán)境適用性的主要特征為：

外觀變化：材料表面出現(xiàn)發(fā)點、變硬、龜裂、變形、變色、粉化、起泡、脫層等現(xiàn)象；物理性質(zhì)變化：材料的密度、溶解度、比熱、耐熱性、耐介質(zhì)性、溶脹率、流變性、透氣透水性以及相對分子量等物理性質(zhì)發(fā)生變化；

力學性能變化：材料的拉伸強度、伸長率、附著力、彎曲強度、撕裂強度、耐磨強度、彈性、屈燒疲勞強度等力學性能發(fā)生變化；

電性能的變化：材料的絕緣電阻、導電率、介電常數(shù)、介電損耗、擊穿電壓等電性能的變化；

其他性能的變化：材料的質(zhì)量變化、光學性能、聲學性能、導磁性能的變化等。

高分子材料在使用過程中，一般不會也不可能同時出現(xiàn)上述的所有現(xiàn)象和變化，往往只是其中一些性能指標發(fā)生改變，并且在外觀上出現(xiàn)一種或者多種現(xiàn)象為其環(huán)境老化特征。如今人們?yōu)楦鼡Q老化的材料、阻止或者延緩材料的老化進程己經(jīng)付出了昂貴的代價，所以材料環(huán)境適應(yīng)性的研究已經(jīng)成為當今學者們研究的熱點課題之一。

對高分子材料進行環(huán)境適應(yīng)性研究可以：

預測材料的使用壽命：通過研究材料在特定環(huán)境下的使用時間可以對材料在自然環(huán)境下的使用壽命進行預測，在達到使用壽命前及時史換馬上失效的材料能夠預防突發(fā)事故的產(chǎn)，為使用安全提供了保障。

對材料進行篩選和改進：在研制新材料時，可以通過人加速老化試驗來研究材料的老化特性，選擇能夠滿足使用要求的材料，這樣大大降低了將材料生產(chǎn)成產(chǎn)品后的使用風險。老化特性的研究也有助子新材料和老材料的對比，促進材料的更新?lián)Q代。

對失效機理的探索：通過對材料進行各種老化試驗，不僅以為材料的生產(chǎn)和使用提供依掘，也為材料老化性能的理論研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過對老化現(xiàn)象的研究總結(jié)，分析推導出材料的老化機理，將老化機理應(yīng)用到材料研究設(shè)計中，這樣大大促進材料科的發(fā)展》

2　高分子材料的老化類型及機理

高分子材料的老化類型及機理高分子材料的老化主要分為物理老化和化學老化。

物理老化是指通過區(qū)域鏈段的布朗運動使分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)從非平衡態(tài)向平衡態(tài)過渡，進而導致高分子材料的力學性能、物理性能等發(fā)生改變的現(xiàn)象。

物理老化會減小商分子材料的自由體積，使高分子材料的密度、模量和拉伸強度增加，斷裂伸長和沖擊強度下降，使材料的使用性能下降。物理老化有以下特點：

可逆性：處于準玻璃態(tài)的商分材料，在老化過程中其力學性能和熱力學函數(shù)會漸漸地向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變。把已經(jīng)發(fā)物觀老化的分了材料加熱到液態(tài)并迅速冷卻到儲存溫度，其性能乂能恢復到物現(xiàn)老化之前的狀態(tài)。使樣品達到要求的狀態(tài)或者消除高分子材料的熱歷史就是根據(jù)物理老化可逆性來進行熱處理。

自減速過程：高分子材料的物理老化是分子鏈段運動而是自由體積減小的過程，而自由體積的減小又會降低鏈段的活動性，所以物理老化速率降低，形成自減速過程。

物理老化是玻璃態(tài)高分子材料的共性：玻璃態(tài)高分子材料的鏈段運動是客觀存在，所以物理老化是此類材料的共性，不依賴于材料的結(jié)構(gòu)，僅受到材料所處狀態(tài)的影響。

化學老化：

化學老化是高分子材料分子結(jié)構(gòu)改變的結(jié)果，是不可逆而且能夠恢復的，如塑料制品的脆化。高分子材料的化氣：老化主要包括熱氧化老化、光氧化老化、高能福射下的降解與交聯(lián)以及水解降解等類型。

［1］魏晗興.碳纖維復合材料一學線芯的制備及其特性研究［D］.濟南：山東大學，2010

［2］魏晗興，朱波，陳原，盧毅.新型碳纖維復合芯鋁合金導線的特性［J］功能材料，2009，40（12）： 1993-1995

［3］V Bellenger， J Decelle， N Huet. Ageing of a carbon epoxy compositefor aeronautic applications［J］.Composites：Part B，2005，（36）：189-194

（作者單位：成都理工大學，材料與化學化工學院）