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?，而且其老化引起的材料分解也可能會對環(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ぁ⑹褂眠^程中，會受到氧、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)會發(fā)生一系列變化，物理性能也會相應(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形成激發(fā)態(tài)的分子，當(dāng)能量足夠高，分子鏈就會斷裂形成自由基，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)境下不會發(fā)生。

異常高溫或無溫度循環(huán)：不真實(shí)的溫度會導(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。