材料加化合速老I工艺实验编者：曾凡龙
工 艺 实 验 编者：曾凡龙 复 合 材 料 加 速 老 化
一、实验目的1、概述：复合材料老化是指其在加工、使用和储存过程中受到光、热、氧、潮湿、水分、机械应力和生物等因素作用，引起微观结构的破坏，失去原有的物理机械性能，并伴有发粘、发色、发脆、龟裂等外观的变化，最终丧失使用价值，这种现象通称为老化。老化是一种不可逆的化学反应。其中热氧核光氧作用，是引起高分子材料老化的主要因素。使聚合物发生氧化、降解和交联。老化实验方法分两大类：一类是自然老化实验方法，包括大气暴露、加速大气暴露、仓库储存实验方法；另一类是人工老化实验方法，包括人工气候老化、热老化、湿老化、湿热老化、霉菌、盐雾实验方法等。大气暴露实验比较接近材料的实际使用环境，特别对于采了的耐候性，能得到比较可靠的数据，因而收到重视并被普遍采用。但大气老化试验周期长，难以满足当今材料科学和工程快速评价的要求，因此需要采用人工加速老化实验。人工加速老化是在实验室内用各种老化箱进行老化的一类实验方法。老化箱可以模拟并强化自然环境条件的某些老化因素，加速老化进程，较快获得实验结果。人工加速老化实验通常有沸水泡煎法、人工气候法和湿热老化法、盐雾腐蚀法和霉菌试验法等。本实验采用最常用的人工气候法
一、实验目的 1、概述： 复合材料老化是指其在加工、使用和储存过程中受到光、热、氧、 潮湿、水分、机械应力和生物等因素作用，引起微观结构的破坏，失 去原有的物理机械性能，并伴有发粘、发色、发脆、龟裂等外观的变 化，最终丧失使用价值，这种现象通称为老化。老化是一种不可逆的 化学反应。其中热氧核光氧作用，是引起高分子材料老化的主要因素。 使聚合物发生氧化、降解和交联。 老化实验方法分两大类：一类是自然老化实验方法，包括大气暴 露、加速大气暴露、仓库储存实验方法；另一类是人工老化实验方法， 包括人工气候老化、热老化、湿老化、湿热老化、霉菌、盐雾实验方 法等。 大气暴露实验比较接近材料的实际使用环境，特别对于采了的耐 候性，能得到比较可靠的数据，因而收到重视并被普遍采用。但大气 老化试验周期长，难以满足当今材料科学和工程快速评价的要求，因 此需要采用人工加速老化实验。 人工加速老化是在实验室内用各种老化箱进行老化的一类实验 方法。老化箱可以模拟并强化自然环境条件的某些老化因素，加速老 化进程，较快获得实验结果。 人工加速老化实验通常有沸水泡煎法、人工气候法和湿热老化法、 盐雾腐蚀法和霉菌试验法等。本实验采用最常用的人工气候法
人工气候实验是在人工气候箱（或室）内进行。人工气候箱也称万能老化实验箱，一般依其光源的光谱特性分为三种类型：紫外碳弧灯型、阳光碳弧灯型、氙灯型。2、通过本实验达到的目的：①了解高分子材料老化的基本概念和机理②掌握高分子材料老化的基本试验方法③了解加速老化实验的原理和复合材料服用性能评价二、实验原理用人工气候箱模拟大气环境中的光、热、氧、湿度和降雨等，其中热和光是最重要的因素。这些因素可以单独作用，也可以共同作用。对于光产生的老化，人工气候实验所用光源力求靠近紫外光并具有与太阳光能谱曲线相平行的特征。人工气候箱通常分五个组成部分：样品试验室、光源系统装置、调温调湿装置、人工降雨装置、其他辅助设备（不同试验箱的结构和配置有所不同）。人工气候实验是以模拟大气环境中的各种影响因素为主要对象。所以选择的试验条件应尽量接近于大气老化的实际条件，以期获得与大气老化相似的实验结果。同时在模拟的基础上要强化其因素的作用以缩短试验时间。大量实验已经表明，用人工气候实验方法作为聚合物基复合材料配方的筛选，评价新材料、新品种的性能和适用性是一
人工气候实验是在人工气候箱（或室）内进行。人工气候箱也称 万能老化实验箱，一般依其光源的光谱特性分为三种类型：紫外碳弧 灯型、阳光碳弧灯型、氙灯型。 2、通过本实验达到的目的： ① 了解高分子材料老化的基本概念和机理 ② 掌握高分子材料老化的基本试验方法 ③ 了解加速老化实验的原理和复合材料服用性能评价 二、实验原理 用人工气候箱模拟大气环境中的光、热、氧、湿度和降雨等，其 中热和光是最重要的因素。这些因素可以单独作用，也可以共同作用。 对于光产生的老化，人工气候实验所用光源力求靠近紫外光并具有与 太阳光能谱曲线相平行的特征。人工气候箱通常分五个组成部分：样 品试验室、光源系统装置、调温调湿装置、人工降雨装置、其他辅助 设备（不同试验箱的结构和配置有所不同）。 人工气候实验是以模拟大气环境中的各种影响因素为主要对象。 所以选择的试验条件应尽量接近于大气老化的实际条件，以期获得与 大气老化相似的实验结果。同时在模拟的基础上要强化其因素的作用 以缩短试验时间。大量实验已经表明，用人工气候实验方法作为聚合 物基复合材料配方的筛选，评价新材料、新品种的性能和适用性是一
种比较有效的手段。这里主要介绍热氧老化和光氧老化的相关原理。1、热氧老化聚合物热氧老化所发生的主要反应是以过氧基为中间体的自由基链式反应。这种反应在常温下进行缓慢，而当加热时，会使反应加速。热氧化反应也包括链引发、链增长和链终止三个基本阶段。热链引发RHR. +H.链增长R·+O2ROO.ROO. +R'HROOH+R'.ROOHRO.+.OH2ROOHRO.+ROO.+H2ORO. +R"HROH+R".ROO. +R"HROOH+R".RH+.OHR·+H20链终止2ROO.ROOR+02ROORROO.+R.R.+R'.R-R'R.+RO.(或ROO.)稳定化合物2、光氧老化聚合物复合材料在室外使用的过程中，会受到日晒雨淋而发生老
种比较有效的手段。 这里主要介绍热氧老化和光氧老化的相关原理。 1、热氧老化 聚合物热氧老化所发生的主要反应是以过氧基为中间体的自由 基链式反应。这种反应在常温下进行缓慢，而当加热时，会使反应加 速。热氧化反应也包括链引发、链增长和链终止三个基本阶段。 链引发 RH R + H 链增长 R + O2 ROO ROO + R'H ROOH + R' ROOH RO + OH 2ROOH RO + ROO + H 2O RO + R″H ROH + R″ ROO + R″H ROOH + R″ RH + OH R + H2O 链终止 2ROO ROOR + O2 ROO + R ROOR R + R' R－R' R + RO (或 ROO ) 稳定化合物 2、光氧老化 聚合物复合材料在室外使用的过程中，会受到日晒雨淋而发生老 热
化，由于日光的照射发生光氧化降解是主要原因。太阳光的波长范围是120～1200nm，其中大部分（约60%）到达地面前被空气、尘埃等吸收和反射。到达地面的少部分太阳光中，波长为300～400nm的近紫外线的能量仍然很大，达300～400kj·moll，足以是大多数化学键（250～420kj·mol1）打开，这是引起光氧老化的主要因素。除极少数聚合物能直接吸收紫外光、发生降解和交联外，许多保和聚烯烃并不吸收紫外光。降解的原因是聚合物中残留的微量过渡金属和引发剂残基，或在合成和加工过程中引入的少量羰基、和过氧化氢基团，总称为生色基团，能强烈吸收紫外光，引起光氧化降解反应。如聚丙烯中常含有痕量钛催化剂，在紫外光照下分子链中产生叔碳过氧化物。另外，聚丙烯在250～300℃加工时，表面发生热氧化，也可产生叔碳过氧化物。叔碳过氧化物进一步光分解，生成烷氧自由基和羟基自由基，然后引起大分子链的降解。pOHp.催化~~~R~~~~~~R+.OH~~~R~~~+02三、实验设备（装置）和样品1、热氧老化箱
化，由于日光的照射发生光氧化降解是主要原因。 太阳光的波长范围是 120～1200nm，其中大部分（约 60％）到达 地面前被空气、尘埃等吸收和反射。到达地面的少部分太阳光中，波 长为300～400nm 的近紫外线的能量仍然很大，达300～400kjmol－1， 足以是大多数化学键（250～420 kjmol－1）打开，这是引起光氧老化 的主要因素。 除极少数聚合物能直接吸收紫外光、发生降解和交联外，许多保 和聚烯烃并不吸收紫外光。降解的原因是聚合物中残留的微量过渡金 属和引发剂残基，或在合成和加工过程中引入的少量羰基、和过氧化 氢基团，总称为生色基团， 能强烈吸收紫外光，引起光氧化降解反 应。 如聚丙烯中常含有痕量钛催化剂，在紫外光照下分子链中产生叔 碳过氧化物。另外，聚丙烯在 250～300℃加工时，表面发生热氧化， 也可产生叔碳过氧化物。叔碳过氧化物进一步光分解，生成烷氧自由 基和羟基自由基，然后引起大分子链的降解。 O R + O2 R R ＋ OH 三、实验设备（装置）和样品 1、热氧老化箱 OOH 催化 O