泡沫塑料的老化

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1、泡沫塑料的老化 泡沫塑料的耐大气性是一个重要的指标， 虽然泡沫塑料基体材料 结构变化的特点尤其在它用作石油储油库、建筑物、槽车的绝 接近于整块聚合物的 结构变化特点，但孔泡沫热材料等情况。为此，已经对各种泡沫塑料在 洁构的影响 会导致在耐大气性试验情况下气主要的气候区域的耐大气性进行了研究。这些 候 因素作用发生变化。例如：整块聚合物在很研究的目的是要确立泡沫塑料大气老化 的性 冷的气候情况下比中等冷的气候情况下老化质和动力学的概念；某些气候因素 对泡沫塑料 得快（因为在北纬太阳辐射的紫外成分显著地的影响；定量地评定泡沫 塑料使用性能的稳定 增加）。相反，对泡沫塑料来讲，在中等冷度的性。根据。

2、年 的老化试验结果，已经确定热 气候区域，侵蚀要比在雅库茨克城区域来得力学性能 的变化与暴露的时间和地点的相关 大，众所周知，这与在雨、风力和太阳辐射等作 性，并且还确定了使泡沫塑料不受气候因素 用下，试样表面的严重剥落有关。（阳 光的辐射、雨、风等）直接作用的情况。在这 闭孔泡内部气体的压力和成分的变化， 大种情况下，泡沫塑料在大气暴露试验的第一年 大地影响到老化过程中泡沫塑料 的导热系数、中物理力学性能变化较快（），以后这 拉伸破坏应力、热的 线膨胀系数、介电性能、尺种过程的速度急剧减缓。 下放稳定性。在闭孔泡中气体 压力和成分的变 对于未经保护的泡沫塑料而言，评定耐大 化（由于同周围环境

3、介 质进行气体的交换和在气性的指标常常是耐侵蚀性，它可以根据试样 聚合物基体 内溶解的结果），强烈地影响到泡质量的减少来确定。（）一，式 沫 塑料的导热系数。例如：用碳酸气发泡的聚中，是试样质量减少的；常数，它与 聚合 氨酯没有气密的密封作用，在这种情况下二氧物基体的性质以及试样或制品 的比例和几何 化碳和氮气经过泡壁的大量渗透，导致闭孔泡因素有关；是常数， 它与区域有关；是老化 中内外气体的组成和压力很快就达到平衡。对的持续时间； 是表观密度。 于用氟立昂来发泡的泡沫塑料而言，发泡 表观密度是影响到泡 沫塑料耐侵蚀性的 剂的缓慢扩散使它能长时间地保持高度的绝孔泡结构的主要参 数。另一方面，当

4、一种聚合 热性能。例如，用氟立昂来发泡的轻质聚氨酯，物基体向 另一种过渡时，常数受侵蚀速度 在不高的温度下经过年后，导热系数的计的影 响，可变化好几倍。除此以外，涉及到常数 算值从仅提高到千焦 耳米的侵蚀稳定性可以因气候区域的不同而有 时很大的变化；在雅库茨克 城区域（很冷的气候 孑泡结构的特殊影响也出现在开孑泡沫为；在费拉基米 尔城区域（中等冷度的气 塑料上，在深度老化阶段中，其发泡方向上的候）为； 而在塔什干城区域（干热气候）为 导热系数保留值要比垂直方向上的来得大，这 ；巴统城区域（湿热气候）为；在赤道区 是由于辐射的缘故。同样的原因，大 孔聚氨酯域（热的海洋气候）为。 泡沫在深度老化时

5、，其导热系数要比小孔的来 得大。可以预料，由氟立昂增塑了的泡沫塑料 泡沫塑料的高介电强度， 再次征实在孔泡中保的复合基体在老化时，基体材料的力学性能会 持有相当数量 的氟立昂。发生变化，这和泡沫塑料是一样的。但是，这个 耐高温长期作用的性能， 是泡沫塑料的主问题在文献中还没有研究过。轻质泡沫塑料的 要使用特性之一。因 此，泡沫材料的热老化是聚合物基体在不高的温度下老化，不会导致导 最受人注意 的。已明确，泡沫材料在热老化时热性能的显著变化，这是泡沫塑料的特性。泡 性能的变化，由基体材料的化学或物理过程沫塑料的绝热性能会由于吸水而急剧地恶 （闭孔中气体的交换、残余应力的产生与松驰化。 等）决定。

6、这时，结构化、热降解或 热氧化降解 对泡沫塑料而言，孔泡内外气体的交换速 的速度不仅取决于热老化的 温度，而且与泡沫度与试样或制品的几何和比例因素、是否存在 塑料的表观密度、 老化时间有关，当然还与基不渗透膜、界面层的情况密切有关。上述因素 体材料的 性能有关。甚至在老化初始阶段也会急剧地改变泡沫塑 泡沫聚氨酯、泡沫聚氯乙烯、 酚醛泡沫塑料的导热系数。 料、泡沫聚环氧、泡沫聚乙烯的热老化，伴随有 经提高 了表观密度（公斤米）的 重量的减少，收缩或膨胀，力学性能、热物理性 泡沫聚氨酯、泡沫聚环氧、泡沫聚苯乙烯，在适 能、介电性能的变化。中冷度的气温 情况下经过年的老化，力 在热老化的最初阶段中力

7、学性能的变化，学强度略 有增加，这主要是由聚合物的结构引 常用座标为一的图中直线部分表示。 起的。对于用碳酸气发泡的轻质闭孔泡沫塑料 有时这可用来预测泡沫材料在一定 温度一时来讲（公斤米），连压缩时的破坏应力 间范围内的行为。但是， 在热老化的后阶段中，也稍有降低，而这时，用氟立昂发泡的泡沫塑 强度和形变特 性的变化特点是表现得相当复料，在老化的开始阶段，压缩破坏应力已提高 杂的。 百万巴。这可以用闭孔内外气体压力降 对聚醚型泡沫聚氨酯而言，在热氧化 （温发生变化来解释。对于轻质开孔醛配合的和脲 度在。以上）后阶段中，其 力学特性的稳醛的泡沫塑料来讲，这时的压缩破坏应力变化 定性随表观密度的提

8、 高而上升，这是由于在重不显著。因此，在自然老化情况下，泡沫塑料力 的试样中 氧气的扩散速度较慢所致。对聚酯型学性能的稳定性在很大程度上是由基体材料 泡沫聚氨酯而言，重的泡沫塑料试样的稳定性的稳定性和孔泡结构来决定的。 表现 得比轻的泡沫塑料试样的稳定性差，这可 由于在无线电设备器件的外壳包装中，广 以用老化过程中降解产物的影响来解释。泛地使用泡沫塑料，所以已有关于硬质泡 沫塑 在温度为以上的老化后阶段中，聚料在持续年气候试验情况下，其孔 泡结构对 醚型弹性泡沫聚氨酯的稳定性要比聚酯型泡介电性能影响的研究。研究 表明：在初始状态 沫聚氨酯的好。而在温度高于时，聚酯中，表现密度的变 化和发泡剂的

9、类型对介电穿 型泡沫聚氨酯的稳定性却比聚醚型泡沫聚氨透度和介 电损耗角正切值没有严重的影响。用 酯的好，两者在老化过程中压缩破坏应力和压 氟立昂发泡的泡沫塑料的介电强度，是用碳酸 缩弹性模量的变化特性是不一样的。 一般，在气发泡的泡沫塑料的两倍。在年的大气试验 温度高于下，可开始看 到由于进一步固中，泡沫聚氨酯、泡沫聚环氧、泡沫聚苯乙烯的 化使上述指标增加， 随后则由于热氧化降解，介电指标具有很高的稳定性。用氟立昂发泡的 上述指标下 降，最后，由于共轭键体系的发展， 它们又重新上升。 以发现顺磁性产 物的生成和累积。正如在某文 在高温热氧化情况下，聚醚型泡沫聚氨酯 献中所表 明的那样，聚氨酯中

10、的共轭键体系可的稳定性差，这与氧作用位于醚键位的次甲 通过各种不同的途径而发展；在微量氧情况基上的氢原子时聚氨酯的热氧化有关。 下，生成羧二亚胺基；基团重新结合而生 已对泡沫聚氨酯在广泛的温度范围 内的 成；它们的脱氢并通过基团老化机理和动力学进行了最为充 分的研究。对 导致芳香环的共轭。同某些文献中的各种泡沫聚氨酯在空气中于高温下（。 ：下泡沫聚氨酯的高温热解相比较，只有）的热分 解进行了研究，其目的在于评定 在热老化很后的阶段中（下，小它 们的着火性和毒性。结果表明：分解时伴随 时）才能发现有顺磁性产物的显著积累。 有含氮物质、一氧化碳、二氧化碳、烃类和其它 研究泡沫塑料在低温下的稳定性的

11、 文献化合物的大量析出。在这种情况下，甚至在降 不多。虽然在低温下聚合物的老 化是相当缓慢解的开始阶段，就已经发现氮含量的显著减 的，以致实际上可以忽略， 但是泡沫塑料的孔少。但是，泡沫聚氨酯主要是应用在温度不太 泡结构却会大大影 响其物理力学性能的稳定高的地方（。以下）。因此，为了解泡沫材料 性。例如， 对于轻质（公斤米）的闭孔在实际使用情况下的老化过程，对其在深度老 硬质泡沫塑料而言，在低温长期作用下。可能化阶段的行为进行研究有很大的意义。 我们在 由于提高了也泡内外气体的压力降而产生相模拟系统中研究了泡沫塑料的 热氧化降解和 当大的收缩。但对另外一些重质的以及轻质的热降解，得到有关分解

12、机理、稳定性、相互影响 开孔泡沫塑料而言，零下温度的长期作用（一和基体材料 （聚醚型聚氨酯）稳定可能性的最 一，小时）不会导致物理力学性 完整的资料。在聚氨酯降解时，产生了氯态一 能的显著改变。在南极洲和雅库茨克 城区域，氧人碳和二氧化碳、甲醛、水、甲烷和其它低分 在避免大气因素直接作用 的情况下进行气候子烃类。降解伴随有聚醚链中不饱和键、羰基 试验也证实了这些 性能的高度稳定性。和羟基的增加。顺磁性产物的生成也影响到聚 在零下温度和饱 和水的周期性作用下，泡氨酯中降解过程的发展。泡沫聚氨酯在提高温 沫塑料的老 化却很严重。例如，只经过个周度下（以下）长期老化时，聚合物醚链的 期 性的冰冻作用

13、之后，就出现孔壁的明显破分解过程、氨醋基的断裂、吸收氧化生成氧 化 坏，导致物理力学性能的特殊变化。由于泡沫物以及过氧化物的分解占优势。但 泡沫聚氨酯 塑料的老化在高温或水介质中的情况下，会显在温度低予”下 的老化，与其在高温下的 著地加速，因此就加以足够的重视。水分对泡降解是不一 样的。在前者情况即使在深度老化 沫塑产生的增塑和水解作用，是与它对单塑料时， 泡沫塑料中氮含量的降低也不大，也就是 聚合物的作用不同。但在多孔材料中水分 的扩说，泡沫聚氨酯的热氧化降解机理在。范 散要快得多，且对物理力学性 能的影响要大得围内发生变化。在弹性泡沫聚氨酯老化的后阶 多。例如，在昼夜 水的作用下，泡沫聚

14、苯乙段中，结构一力学的变化也同单塑料聚合物一 烯的强度降 低；醛醛泡沫塑料降低样，可采用方程式很方便地进行研 。如果在材料中引入耐燃添加剂，则在高究。 湿情况下泡沫塑料的老化会大大 地加速。 对于以聚醚和二苯基甲烷二异氰酸酯为 在高湿情况下，在聚酯型弹性泡 沫聚氨酯基的泡沫聚氨酯而言，随着老化时间的增加可 的使用过程中，其强度特性 会相当快地降低， 护作用，而与炭黑配合使用，其效能有一定程 号气 槽炭黑的光稳定作用没有本质的影响，可度的提高（图、）。并且，对于所有含炭 黑和 彩于含炭黑的聚丙烯的热稳定化中。不同抗氧剂混合物的配方而言，在光老化 时，聚合物的行为不会有不同。含炭黑和抗氧剂混 （附图及参考文献从略）合物试样， 在三种不同气候地区曝露五年，其 译自：塑料（俄文），（）物理力 学性能和介电指标的变化数据，证明上 （无锡塑料研究所）周祥兴译述论点是正确的。 （化工部老化所）甘润德校 因此，本所有被研究的抗氧剂对皿一