中国石油抚顺石化烯烃厂质检车间 辽宁 抚顺 113000
摘要:目的:探讨黄色指数在塑料老化性能评价上的应用。方法:通过试验,分析了黄色指数在加热、加工、光照条件下对塑料老化性能的评价能力,探讨了上述三种情况下黄色指数的应用效果。结果:黄色指数能够给出量化的塑料老化评价结果,且评价结果可靠。结论:黄色指数有良好的塑料老化性能评价作用。
关键词:黄色指数;塑料老化;塑料性能
引言:塑料老化属于一种化学反应,其形成原因包括光照、热、外力作用等。但由于塑料的老化会造成其颜色泛黄、表面龟裂的性能问题,影响其的使用,因此,需要对塑料的老化性能加以评价,并总结出塑料老化性能特质,然后再根据该性能进行塑料的应用、保养,才能保证塑料制品的使用效果。
1材料与方法
1.1材料仪器
在此次研究中,研究者所用的塑料材料为常见的PP T30S树脂。在试验中所用的仪器包括,色差计、热老化试验箱、单杆螺旋挤出机、紫外线照射设备、BYK黄色指数仪器、傅里叶变换红外光谱仪等,上述仪器已经经过调试,性能良好、稳定。此外,上述材料也均为同一正规生产厂家生产的同一批产品,不存在会影响试验结果的材料个体、批次差异。
1.2试验方法
在本次研究中,设置了三次试验,分别为加热老化试验、加工老化试验、光氧老化试验,并借此模拟塑料的加热老化、加工老化、光氧老化这三种主要的老化状态,然后用黄色指数,分别评价三种老化情况下,塑料的老化性能,再分析评价结果,来探讨黄色指数的应用效果。在此过程中,加热老化试验的程序为,先用单螺杆、模具,使树脂成型转变成常规塑料制品形态,再将其放入热老化试验箱中,进行热老化处理,然后用黄色指数对其老化性能予以评估。加工老化试验的程序为,用单螺杆反复挤出树脂,然后将其压模处理,最后用黄色指数对其老化性能予以评估。光氧老化试验的流程为,先将树脂予以成型处理,再用紫外线照射仪器,对其进行照射,再用黄色指数予以评估。此外,为了验证黄色指数评估结果的准确性,研究者还应用了目前较为可靠的光谱法,对塑料老化性能进行了评估,并将两种评估结果加以对比,分析黄色指数评估结果的准确性。在上述试验操作中,塑料制备,即树脂压出成型操作,遵循GB/T9352-1988中的试样制备规程,同时,黄色指数评估操作,则遵循GB/T2409-1989中的试验规程。
1.3试验中的老化机理
在试验中,加热老化机理可以被阐释为,化学反应造成的弱键、缺陷改变,导致塑料结构的不稳定。其中,塑料分子结构中弱键、缺陷的改变,通常有四种形式,即链引发、链增长、链支化、链终止。使用化学反应式来阐释,则可分别表示为,引发: ,增长: ,支化: ,终止: 。加工老化的机理可以被阐释为,在外力作用下,树脂与空气、光会充分接触,导致光氧老化反应加剧,最终形成塑料老化的问题。其中,光氧老化机理为,由于日光中紫外线的光能量较大,可以达到160~600kJ/mol的塑料共价键离解能量水平,因此,日光照射下,塑料中的共价键会出现离解现象,然后在氧气的参与下,形成自动氧化反应,导致塑料老化。
1.4黄色指数测试
黄色指数是指,白色、无色、半透明塑料,在不含荧光物质的情况下,其偏离白色的程度。一般来说,黄色指数的测试方法为,根据现行规程,用规程中规定的光源对塑料进行照射,然后测定此条件下,塑料的三刺激参数,再将该参数代入到公式中进行计算,即可得出黄色指数。若指数>0,则说明材料为黄色,若指数<0,则说明材料为蓝色。在老化性能测试中,通过检测塑料老化处理前后的黄色指数值,再将两个值进行对比,即可得出塑料的老化性能特质。通常来说,如果指数前后相差越大,就说明塑料老化越严重。
2结果与分析
2.1试验结果
在热氧老化试验中,研究者将5组塑料放入试验箱加热了62d,得到黄色指数检测数据如表1。从表中可以看到,2号样品的指数变化最大,而1号样品的变化最小,由此可见2号样本的抗老性能较弱,1号样品的抗老性能较强。
表1 热老化试验黄色指数检测数据表
加热时长 样品编号 | 17d | 34d | 48d | 62d |
1 | 14 | 23 | 30 | 34 |
2 | 14 | 20 | 29 | 40 |
3 | 12 | 18 | 27 | 34 |
4 | 13 | 17 | 27 | 33 |
5 | 11 | 17 | 26 | 34 |
在加工老化试验中,研究者取了三组塑料试样,反复进行了5次试样挤出加工,并在第1、3、5次挤出时,测量了黄色指数,得出结果如表2。由此可见,2号的指数变化较小,而3号最大,因此,2号塑料的加工性能较好、3号塑料的加工性能不佳。
表2 加工老化试验黄色指数检测数据表
挤出次数 样品编号 | 1次 | 2次 | 3次 |
1 | 2 | 4 | 6 |
2 | 2 | 3 | 4 |
3 | 2 | 9 | 13 |
在光氧老化试验中,研究者取了一个试件,用紫外线仪器,以3d为一个黄色指数测量周期,进行了27d的紫外线照射,得出结果如表3。由此可见,在光照条件下,塑料的老化程度会随着光照时长的增加不断加重[1]。
表3 光氧老化试验黄色指数检测数据表
照射时长 | 初始 | 12d | 18d | 24d | 27d |
黄色指数 | 3 | 15 | 16 | 17 | 18 |
2.2结果分析
根据上述结果可以看出,黄色指数能够给出较为精细的量化评价结果,且这种评价结果,可以有效用于对比两种塑料的老化性能,并帮助人们判定塑料老化性能的相对优势,同时,这种量化的评价结果较为直接,使人们得以更加便捷的判断塑料产品在老化性能上的相对优势。此外,黄色指数法也适用于分析产品个体的老化性能规律,如:在光氧老化试验中,通过直观地对比数据,即可了解到塑料的光氧老化性能规律为,光照时间越长,其老化程度就越重[2]。
3讨论
最后,为了验证黄色指数法是否可靠,研究者用红外光谱法,测定了上述三种老化条件下,塑料的羰基指数变化。其中,羰基指数属于一种衡量塑料老化程度较为权威、可靠的参数。而研究者通过分析羰基指数的变化,所得出的老化性能评估结果与黄色指数法得出的结果相同,由此可知,黄色指数法在老化性能评价中的应用较为可靠,加之其所得出评价结果极为直观,指数测定也比较便捷,因此,人们用黄色指数进行塑料老化性能的评价,能够提高评价工作的效率,以及评价结果的直观性。
结论:综上所述,应用黄色指数对塑料老化性能加以评价,能够得出精准的塑料性能参数。经过上述探究过程,研究者发现黄色指数适用于光照、加热、加工三种情况下的塑料老化性能评价,且结果精准可靠,因此,黄色指数在塑料老化性能评价上具有良好的使用性能。
参考文献:
[1]佘祖新,李茜,孙有美. 试验环境和时间对泡沫塑料性能影响的显著性分析[J]. 合成材料老化与应用,2021,50(03):14-16.
[2]颜晨曦,曹建平,于洋. 大气环境下环氧涂层的老化行为及防护性能[J]. 电镀与精饰,2021,43(06):50-56.