化學(xué)物質(zhì)對(duì)熱塑性聚合物的影響

2019-09-17 09:35:38 來源：威格斯Victrex 閱讀量：19746 評(píng)論

導(dǎo)讀：對(duì)于熱塑性聚合物而言，使用過程中的化學(xué)降解一直是研究的熱點(diǎn)。當(dāng)為油氣應(yīng)用設(shè)計(jì)管道和密封件時(shí)，本文的知識(shí)對(duì)于評(píng)估部件的使用壽命至關(guān)重要。

　　【塑料機(jī)械網(wǎng) 技術(shù)學(xué)堂】聚合物受化學(xué)物質(zhì)的影響程度與許多因素有關(guān)。這些因素包括：聚合物的組成(化學(xué)組成、以及填料和添加劑的存在)；聚合物的結(jié)晶度；暴露條件：時(shí)間、溫度、壓力；聚合物自身是否受到應(yīng)力：加工過程中施加的外部或內(nèi)部應(yīng)力；當(dāng)然還包括化學(xué)物質(zhì)自身的性質(zhì)：酸、堿、有機(jī)、無機(jī)、芳香族、脂肪族等等。

　　聚合物暴露在化學(xué)物質(zhì)中時(shí)，小分子的化學(xué)物質(zhì)會(huì)與聚合物發(fā)生化學(xué)或物理相互作用。

　　· 吸附是化學(xué)物質(zhì)與聚合物表面發(fā)生的相互作用。

　　· 吸收是化學(xué)物質(zhì)通常通過擴(kuò)散機(jī)制在聚合物中分散，即化學(xué)物質(zhì)滲透到聚合物中。

　　物理和化學(xué)相互作用

　　物理相互作用通常會(huì)導(dǎo)致聚合物軟化(也稱為塑化)和膨脹，這是由于化學(xué)物質(zhì)滲透到聚合物無定形區(qū)域的自由體積中。在半結(jié)晶聚合物中，聚合物的結(jié)晶區(qū)域具有較低的自由體積，因此半結(jié)晶聚合物不易受到小分子擴(kuò)散和吸收的影響。在許多情況下，除去化學(xué)物質(zhì)并隨后進(jìn)行干燥，可使聚合物恢復(fù)到接近其原始狀態(tài)。

　　然而如果被吸收的化學(xué)物質(zhì)在干燥時(shí)作為溶劑，溶解并去除無定形相中的某些低分子量聚合物，那么這種去除低分子量聚合物的行為，可導(dǎo)致聚合物脆化，并使聚合物性能發(fā)生顯著的性改變。溶劑也會(huì)隨著時(shí)間的推移“清洗”聚合物中的增塑劑和穩(wěn)定劑等添加劑。

　　與聚合物的化學(xué)相互作用通常會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)(從而增加分子量)或降解/斷鏈(降低分子量)。這些相互作用通常是不可逆的，并可導(dǎo)致聚合物性能發(fā)生顯著的性改變。

　　環(huán)境應(yīng)力開裂(ESC)

　　當(dāng)聚合物暴露在化學(xué)物質(zhì)中并存在應(yīng)力的情況下(常見的是外部施加的應(yīng)力)，應(yīng)力開裂可導(dǎo)致聚合物斷裂。環(huán)境應(yīng)力開裂(ESC)是在應(yīng)力作用下表面的物理而非化學(xué)相互作用的結(jié)果：未發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)變，但應(yīng)力開裂劑加速了宏觀脆性斷裂的形成。

　　雖然無法預(yù)測哪些化學(xué)物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致環(huán)境應(yīng)力開裂，但通常情況下，表面活性劑是有效的應(yīng)力開裂劑。環(huán)境應(yīng)力開裂類似于金屬中的應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象。而VICTREX™ PEEK可在很大程度上抵御環(huán)境應(yīng)力開裂。

　　深入研究的必要性

　　綜上所述，為開發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新型解決方案，用于油氣環(huán)境中的聚合物的耐化學(xué)性測試，是一個(gè)非常重要的方面。但如果總體目標(biāo)是預(yù)測熱塑性復(fù)合材料管在惡劣使用環(huán)境中的壽命，不能孤立地考察聚合物基體的降解，所以聚合物的耐化學(xué)性測試只是其中一個(gè)方面。還需要考慮的其他機(jī)理，包括纖維增強(qiáng)降解、纖維/基體界面降解和相鄰層間界面降解，所有這些因素都將在前面提到的后續(xù)博文中加以論述。

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