การเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์ยางมักจะแยกออกจากห้องทดสอบการชราภาพไม่ได้ ที่ห้องทดสอบอายุโอโซนเป็นอุปกรณ์ทดสอบที่จำเป็นสำหรับวัสดุยาง ห้องทดสอบการเสื่อมสภาพของโอโซนสามารถตรวจจับความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ยาง ตรวจจับข้อบกพร่อง จากนั้นปรับปรุงและเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของผลิตภัณฑ์ ซึ่งจะช่วยให้บริษัทต่างๆ ควบคุมต้นทุนและเพิ่มผลกำไรได้
BOTO เป็นผู้ผลิตที่เชี่ยวชาญด้านการผลิตอุปกรณ์ทดสอบด้านสิ่งแวดล้อมด้วยประสบการณ์ในอุตสาหกรรมมากกว่า 20 ปีชุดห้องทดสอบอุณหภูมิและความชื้น ชุดห้องทดสอบอายุ เครื่องทดสอบสภาพแวดล้อมทางกลและห้องทดสอบชุดอื่น ๆ เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้เปรียบของเรา หากคุณมีความต้องการใด ๆ โปรดติดต่อเราทันเวลา
วัสดุโพลีเมอร์ได้แก่ พลาสติก ยาง เส้นใย ฟิล์ม กาว และสารเคลือบ เนื่องจากมีคุณสมบัติที่มีศักยภาพหลายประการที่เหนือกว่าวัสดุโครงสร้างแบบดั้งเดิม จึงมีการใช้มากขึ้นในด้านการทหารและพลเรือน วัสดุโพลีเมอร์มีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และมีคุณสมบัติในการป้องกันที่ดี มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบิน รถยนต์ เรือ โครงสร้างพื้นฐาน ผลิตภัณฑ์ทางทหาร และสาขาอื่นๆ
อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการประมวลผล การจัดเก็บ และการใช้งาน เนื่องจากผลรวมของปัจจัยภายในและภายนอก เช่น แสง ความร้อน ออกซิเจน น้ำ การแผ่รังสีพลังงานสูง การกัดเซาะทางเคมีและชีวภาพ องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของวัสดุโพลีเมอร์จะต้องผ่านกระบวนการ การเปลี่ยนแปลงต่อเนื่องกันและคุณสมบัติทางกายภาพก็จะลดลงตามไปด้วย เช่น การแข็งตัว ความเหนียว ความเปราะ การเปลี่ยนสี การสูญเสียความแข็งแรง เป็นต้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์ สาระสำคัญของการเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์หมายถึงการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างทางกายภาพหรือโครงสร้างทางเคมี ซึ่งแสดงให้เห็นเนื่องจากการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในประสิทธิภาพของวัสดุและการสูญเสียมูลค่าการใช้งานตามกำหนด
การเสื่อมสภาพและความล้มเหลวของวัสดุโพลีเมอร์ได้กลายเป็นหนึ่งในประเด็นสำคัญที่จำกัดการพัฒนาและการประยุกต์ใช้วัสดุโพลีเมอร์เพิ่มเติม
ปรากฏการณ์ความชรา
เนื่องจากพันธุ์โพลีเมอร์ที่แตกต่างกันและเงื่อนไขการใช้งานที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดปรากฏการณ์และลักษณะการเสื่อมสภาพที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ฟิล์มพลาสติกเพื่อการเกษตรเปลี่ยนสี เปราะ และความโปร่งใสลดลงหลังจากถูกแสงแดดและฝน ลูกแก้วการบินพัฒนาเส้นสีเงินและลดความโปร่งใสหลังจากใช้งานในระยะยาว ผลิตภัณฑ์ยางสูญเสียความยืดหยุ่น แข็งตัว แตก หรือนิ่มและเหนียวเมื่อใช้งานเป็นเวลานาน สีจะสูญเสียความมันเงา ผง ฟองอากาศ และการหลุดลอกหลังจากใช้งานเป็นเวลานาน ปรากฏการณ์ความชราสามารถสรุปได้เป็นการเปลี่ยนแปลง 4 ประการดังนี้
1. การเปลี่ยนแปลงรูปลักษณ์
คราบ จุด ริ้วสีเงิน รอยแตก น้ำค้างแข็ง ผง ความหนืด การบิดเบี้ยว ตาปลา ริ้วรอย การหดตัว การไหม้เกรียม การบิดเบือนการมองเห็น และการเปลี่ยนสีของแสง
2. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพ
รวมถึงการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการละลาย การบวม คุณสมบัติทางรีโอโลจี ความต้านทานความเย็น ความต้านทานความร้อน การซึมผ่านของน้ำ และการซึมผ่านของอากาศ
3. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกล
การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ เช่น ความต้านทานแรงดึง ความต้านทานการดัดงอ ความต้านทานแรงเฉือน ความต้านทานแรงกระแทก การยืดตัวสัมพัทธ์ และการคลายความเครียด
4. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางไฟฟ้า
เช่นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานพื้นผิว ความต้านทานปริมาตร ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก และความแข็งแรงในการสลายทางไฟฟ้า
ปัจจัยแห่งวัย
คุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุโพลีเมอร์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างทางเคมีและโครงสร้างรวม โครงสร้างทางเคมีเป็นโครงสร้างลูกโซ่ยาวของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ และโครงสร้างรวมเป็นโครงสร้างเชิงพื้นที่ซึ่งโมเลกุลขนาดใหญ่จำนวนมากถูกจัดเรียงและซ้อนกันด้วยแรงโมเลกุล เช่น ผลึก อสัณฐาน และผลึกอสัณฐาน
แรงระหว่างโมเลกุลที่รักษาโครงสร้างรวม ได้แก่ แรงพันธะไอออนิก แรงพันธะโลหะ แรงพันธะโควาเลนต์ และแรงแวนเดอร์วาลส์ ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงระหว่างโมเลกุล แม้กระทั่งการแตกหักของสายโซ่หรือการหลุดออกของกลุ่มบางกลุ่ม ซึ่งในที่สุดจะทำลายโครงสร้างรวมของวัสดุและเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุในที่สุด โดยปกติจะมีปัจจัยสองประการที่ส่งผลต่อการเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์: ปัจจัยภายในและปัจจัยภายนอก
ปัจจัยภายใน
1. โครงสร้างทางเคมีของโพลีเมอร์
การเสื่อมสภาพของโพลีเมอร์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างทางเคมีของพวกมันเอง ส่วนพันธะที่อ่อนแอของโครงสร้างทางเคมีจะได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอกได้ง่ายและแตกตัวเป็นอนุมูลอิสระ อนุมูลอิสระนี้เป็นจุดเริ่มต้นในการเริ่มต้นปฏิกิริยาอนุมูลอิสระ
2. รูปแบบทางกายภาพ
พันธะโมเลกุลของโพลีเมอร์บางส่วนถูกจัดเรียงตามลำดับ ในขณะที่พันธะโมเลกุลอื่นๆ ไม่เป็นระเบียบ พันธะโมเลกุลที่จัดเรียงอย่างเป็นระเบียบสามารถสร้างพื้นที่ผลึกได้ และพันธะโมเลกุลที่จัดเรียงอย่างไม่เป็นระเบียบนั้นเป็นพื้นที่สัณฐาน สัณฐานวิทยาของโพลีเมอร์หลายชนิดไม่สม่ำเสมอ แต่เป็นกึ่งผลึก มีทั้งบริเวณที่เป็นผลึกและอสัณฐาน ปฏิกิริยาการแก่ชราเริ่มต้นจากบริเวณที่ไม่มีรูปร่าง
3. ความสม่ำเสมอสามมิติ
ความสม่ำเสมอสามมิติของโพลีเมอร์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความเป็นผลึกของมัน โดยทั่วไปแล้ว โพลีเมอร์ทั่วไปจะมีความทนทานต่อความชราได้ดีกว่าโพลีเมอร์แบบสุ่ม
4. น้ำหนักโมเลกุลและการกระจายทั่วไป
น้ำหนักโมเลกุลของโพลีเมอร์แทบไม่เกี่ยวข้องกับการเสื่อมสภาพของอายุ แต่การกระจายตัวของน้ำหนักโมเลกุลมีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการเสื่อมสภาพของโพลีเมอร์ ยิ่งการกระจายตัวกว้างขึ้น อายุก็จะยิ่งง่ายขึ้น เพราะยิ่งการกระจายตัวกว้างขึ้น กลุ่มสุดท้ายก็จะยิ่งมากขึ้น และทำให้เกิดปฏิกิริยาการแก่ชราได้ง่ายขึ้น
5. ติดตามสิ่งสกปรกที่เป็นโลหะและสิ่งสกปรกอื่นๆ
เมื่อโพลีเมอร์ได้รับการประมวลผล พวกมันจะสัมผัสกับโลหะ และโลหะปริมาณน้อยอาจถูกผสมเข้าไป หรือตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะบางตัวอาจยังคงอยู่ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน ซึ่งจะส่งผลต่อการเริ่มต้นของการเกิดออกซิเดชันโดยอัตโนมัติ (เช่น การเสื่อมสภาพ)
ปัจจัยภายนอก
1. อิทธิพลของอุณหภูมิ
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การเคลื่อนที่ของโซ่โพลีเมอร์ก็จะรุนแรงขึ้น เมื่อพลังงานการแยกตัวของพันธะเคมีเกินจะทำให้เกิดการย่อยสลายเนื่องจากความร้อนของโซ่โพลีเมอร์หรือการหลุดออกเป็นกลุ่ม ในปัจจุบัน มีรายงานวรรณกรรมเกี่ยวกับการย่อยสลายด้วยความร้อนของวัสดุโพลีเมอร์จำนวนมาก เมื่ออุณหภูมิลดลง สมบัติทางกลของวัสดุมักจะได้รับผลกระทบ จุดอุณหภูมิวิกฤติที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติทางกล ได้แก่ อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว T อุณหภูมิการไหลแบบหนืด Tf และจุดหลอมเหลว Tm สถานะทางกายภาพของวัสดุสามารถแบ่งออกเป็นสถานะแก้ว สถานะยืดหยุ่นสูง และสถานะการไหลที่มีความหนืด
2. อิทธิพลของความชื้น
อิทธิพลของความชื้นที่มีต่อวัสดุโพลีเมอร์อาจเกิดจากการบวมและการละลายของน้ำบนวัสดุ ซึ่งทำให้แรงระหว่างโมเลกุลที่รักษาโครงสร้างรวมของวัสดุโพลีเมอร์เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งจะเป็นการทำลายสถานะรวมของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโพลีเมอร์อสัณฐานที่ไม่เชื่อมโยงข้าม อิทธิพลของความชื้นจะชัดเจนมาก ซึ่งจะทำให้วัสดุโพลีเมอร์บวมหรือสลายตัวในสถานะรวม ซึ่งส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของวัสดุ สำหรับพลาสติกหรือเส้นใยที่เป็นผลึก เนื่องจากข้อจำกัดในการซึมผ่านของน้ำ อิทธิพลของความชื้นจึงไม่ชัดเจนมาก
3.อิทธิพลของออกซิเจน
ออกซิเจนเป็นสาเหตุหลักของการเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์ เนื่องจากการซึมผ่านของออกซิเจน โพลีเมอร์แบบผลึกจึงมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีกว่าโพลีเมอร์อสัณฐาน ออกซิเจนจะโจมตีจุดอ่อนบนสายโซ่หลักของโพลีเมอร์ก่อน เช่น พันธะคู่ หมู่ไฮดรอกซิล หมู่ไฮโดรเจน หรืออะตอมบนอะตอมของคาร์บอนตติยภูมิ ทำให้เกิดอนุมูลหรือเปอร์ออกไซด์ของโพลีเมอร์เปอร์รอกซิล จากนั้นทำให้สายโซ่หลักขาดที่ตำแหน่งนี้ ในกรณีที่รุนแรง น้ำหนักโมเลกุลของโพลีเมอร์จะลดลงอย่างมาก อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วลดลง และโพลีเมอร์จะเหนียว เมื่อมีตัวริเริ่มหรือองค์ประกอบโลหะทรานซิชันที่สามารถสลายตัวเป็นอนุมูลอิสระได้ง่าย มีแนวโน้มที่จะทำให้ปฏิกิริยาออกซิเดชันรุนแรงขึ้น
4. การถ่ายภาพ
ไม่ว่าโพลีเมอร์จะสัมผัสกับแสงและทำให้สายโซ่โมเลกุลแตกหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับขนาดสัมพัทธ์ของพลังงานแสงและพลังงานการแยกตัว และความไวของโครงสร้างทางเคมีของโพลีเมอร์ต่อคลื่นแสง เนื่องจากการมีอยู่ของชั้นโอโซนและบรรยากาศบนพื้นผิวโลก ช่วงความยาวคลื่นของแสงแดดที่สามารถเข้าถึงพื้นโลกจึงอยู่ระหว่าง 290 นาโนเมตรถึง 4300 นาโนเมตร มีเพียงคลื่นแสงในบริเวณอัลตราไวโอเลตเท่านั้นที่มีพลังงานคลื่นแสงมากกว่าพลังงานการแยกตัวของพันธะเคมี ซึ่งจะทำให้พันธะเคมีของโพลีเมอร์แตกตัว
ตัวอย่างเช่น ความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลต 300 นาโนเมตรถึง 400 นาโนเมตรสามารถดูดซับได้โดยโพลีเมอร์ที่มีหมู่คาร์บอนิลและพันธะคู่ ส่งผลให้สายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่แตกหัก โครงสร้างทางเคมีเปลี่ยนแปลง และคุณสมบัติของวัสดุเสื่อมลง โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลตมีการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต 280 นาโนเมตรได้ดีและผลิตภัณฑ์การย่อยสลายส่วนใหญ่เป็น CO, H และ CH; โพลีโอเลฟินส์ที่มีพันธะ CC เท่านั้นไม่มีการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต แต่เมื่อมีสิ่งสกปรกจำนวนเล็กน้อย เช่น หมู่คาร์บอนิล พันธะไม่อิ่มตัว หมู่ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ สารตกค้างของตัวเร่งปฏิกิริยา อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน และองค์ประกอบของโลหะทรานซิชัน สิ่งเหล่านี้สามารถส่งเสริมการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของแสง ปฏิกิริยาของโพลีโอเลฟินส์
5. อิทธิพลของตัวกลางเคมี
สื่อเคมีจะมีบทบาทได้ก็ต่อเมื่อสารเหล่านี้เจาะเข้าไปในวัสดุภายในของโพลีเมอร์เท่านั้น ผลกระทบเหล่านี้รวมถึงพันธะโควาเลนต์และพันธะทุติยภูมิ ผลของพันธะโควาเลนต์แสดงออกมาในรูปของการแยกสายโซ่ การเชื่อมขวาง การเติม หรือการรวมกันของผลเหล่านี้ของสายโซ่โพลีเมอร์ นี่เป็นกระบวนการทางเคมีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ แม้ว่าการทำลายพันธะทุติยภูมิด้วยตัวกลางทางเคมีจะไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมี แต่โครงสร้างรวมของวัสดุก็จะเปลี่ยนไป ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพที่สอดคล้องกัน
การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น การแตกร้าวจากความเครียดจากสิ่งแวดล้อม การแตกร้าวจากการละลาย และการทำให้เป็นพลาสติก เป็นอาการทั่วไปของการแก่ตัวกลางทางเคมีของวัสดุโพลีเมอร์
วิธีการกำจัดการแตกร้าวจากการละลายคือการกำจัดความเครียดภายในของวัสดุ การหลอมหลังจากที่วัสดุถูกสร้างขึ้นจะเอื้อต่อการขจัดความเครียดภายในของวัสดุ การทำให้เป็นพลาสติกคือเมื่อตัวกลางของเหลวสัมผัสกับวัสดุโพลีเมอร์อย่างต่อเนื่อง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโพลีเมอร์กับตัวกลางโมเลกุลขนาดเล็กจะเข้ามาแทนที่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโพลีเมอร์บางส่วน ทำให้ส่วนโซ่โพลีเมอร์เคลื่อนย้ายได้ง่ายขึ้น ซึ่งแสดงออกมาเมื่ออุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วลดลง ความแข็งแรง ความแข็ง และโมดูลัสยืดหยุ่นของ วัสดุและการยืดตัวที่เพิ่มขึ้นเมื่อขาด
6. การแก่ชราทางชีวภาพ
เนื่องจากผลิตภัณฑ์พลาสติกเกือบทั้งหมดใช้สารเติมแต่งหลายชนิดในระหว่างกระบวนการแปรรูป จึงมักกลายเป็นแหล่งโภชนาการสำหรับเชื้อรา เมื่อเชื้อราเจริญเติบโต มันจะดูดซับสารอาหารบนพื้นผิวและด้านในของพลาสติก และกลายเป็นไมซีเลียมซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าด้วย จึงทำให้ฉนวนของพลาสติกลดลง เปลี่ยนน้ำหนักของพลาสติก และหลุดลอกในกรณีที่รุนแรง สารเมตาบอไลต์ของการเจริญเติบโตของเชื้อราประกอบด้วยกรดอินทรีย์และสารพิษ ซึ่งจะทำให้พื้นผิวของพลาสติกเหนียว เปลี่ยนสี เปราะ และลดความเรียบเนียน และยังทำให้ผู้ที่สัมผัสกับพลาสติกที่เป็นเชื้อราเป็นเวลานานติดโรคอีกด้วย
โพลีแซ็กคาไรด์ธรรมชาติและสารประกอบดัดแปลงสามารถแปรรูปเป็นฟิล์ม แผ่น ภาชนะ ผลิตภัณฑ์โฟม ฯลฯ แบบใช้แล้วทิ้งที่ย่อยสลายได้ โดยการผสมและการดัดแปลงด้วยพลาสติกทั่วไป ของเสียสามารถค่อยๆ ไฮโดรไลซ์เป็นสารประกอบโมเลกุลขนาดเล็กโดยการแทรกแซงของเอนไซม์สลายโพลีเมอร์ตามธรรมชาติของโพลีแซ็กคาไรด์ เช่น อะไมเลสที่มีอยู่อย่างกว้างขวางในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ และสุดท้ายก็สลายตัวเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำที่ปราศจากมลภาวะ และกลับสู่ชีวมณฑล จากข้อดีเหล่านี้ สารประกอบโพลีเมอร์ธรรมชาติโพลีแซ็กคาไรด์ที่แสดงด้วยแป้งยังคงเป็นส่วนประกอบสำคัญของพลาสติกที่ย่อยสลายได้
โบโต้ กรุ๊ป บจก. เป็นผู้ผลิตอุปกรณ์ทดสอบประเภทต่างๆระดับมืออาชีพมานานกว่า 20 ปี
หากคุณมีคำถามใด ๆ ยินดีต้อนรับสู่โรงงานของเราเพื่อรับคำแนะนำ!