中国科技信息2022年9期

浅谈高分子橡胶材料老化的原因与改善措施

​ 王长权

哈尔滨东安实业发展有限公司，黑龙江哈尔滨  150066

摘要：伴随着科学技术的发展，材料性能逐渐提升。高分子橡胶材料的性能就比较好。当前，高分子橡胶材料被应用在各大领域中，有助于推动各大领域发展。然而，高分子橡胶材料在贮存或者使用的过程中容易受到光照温度、湿度、氧气、化学介质等的影响，而加快老化速度，从而影响材料应用效果。为控制高分子橡胶材料老化，延长高分子橡胶材料使用寿命，应当采取一定的措施，防护高分子橡胶材料。

关键词：高分子橡胶材料，老化，原因及措施

高分子材料是人类利用现代化工技术发明和制造的重要化工材料，涵盖了橡胶、塑料、化学纤维不同材料种类，在现代社会中有广泛的应用。高分子材料的发展为人类文明的进步、科技的发展作出了重大贡献，正日益向着精细化、多功能化、智能化的方向发展。但与此同时，高分子材料老化一直以来都是一个有待解决的疑难问题。在对高分子材料老化问题的研究方面，科学家成功研制了抗氧化剂、稳定剂等产品，但只能起到延缓老化进度的作用，不能根本上解决高分子材料老化的问题，要更好解决这一问题，还需要考虑高分子材料老化的具体原因。

1、高分子橡胶材料的相关概述

1.1概念

高分子橡胶材料是以高分子化合物为基体，构成的聚合物橡胶材料。随着社会发展，高分子橡胶材料的生产量逐渐加大，同时也被广泛应用在各大领域中。可以说，人们的生活中存在着很多由高分子橡胶材料制作的制品。比如，汽车轮胎就是由高分子橡胶材料制作的制品。

1.2高分子橡胶材料的优点

高分子橡胶材料之所以被广泛应用在生活中，是因为该种材料具有诸多的优点。一是高分子橡胶材料的强度高，质地轻；二是耐腐蚀性好，可在一定的程度上避免不良环境对材料性能的影响；三是绝缘性能好，可有效防止电的传导，起到保护人体安全的作用；四是耐磨性强，如汽车轮胎就使用了高分子橡胶材料。

2、高分子橡胶材料老化的原因

2.1光照

高分子橡胶材料在生活及生产活动中不可避免要接触到阳光，在阳光直射的条件下，高分子橡胶材料内部化学分子链会发生断裂。断裂的条件主要取决于离解能与光能谁强谁弱，如果光能强于离解能，那么就很容易发生化学分子链断裂。由于高分子橡胶材料中囊括了一定的双键、羰基等聚合物质，这些物质在光照环境下会吸收太阳紫外线波，由此导致聚合物发生改变，进一步出现化学链断裂，高分子橡胶材料自身的化学结构就已经被改变，及双键的聚合物材料会吸收在特定范围内的紫外线波长，在化学反应之下，会导致大分子化学链断裂的结果，材料的化学结构发生改变，最终对高分子橡胶材料的结构性能产生不利影响，从而加快其性能的老化，缩短高分子橡胶材料的使用寿命。

2.2 温度

温度是导致高分子橡胶材料老化的一大因素。在分析高分子橡胶材料老化原因时，可以研究温度。在温度不断升高时，高分子材料分子链的震动性将会加强，继而分解化学键，导致基团脱落。随着高分子材料的分子链发生变化，材料的性能也会发生变化。即由之前的性能好转变为性能下降，难以发挥材料原本的价值。

2.3湿度

高分子橡胶材料处于湿度环境之下，如果环境中水分子过于密集，将会使高分子橡胶材料产生溶胀现象，由此导致其物理形态发生改变[3]。因为高分子橡胶材料在高湿度的环境下会被游离的水分子渗透，伴随时间的增加，水分子渗透的面积扩大，水分子之间的作用力会直接作用在高分子橡胶材料的分子链上，最终导致高分子橡胶材料发生溶解现象，其自身的性能也会明显减弱，由此加速老化。

2.4化学介质

高分子橡胶材料还会受到化学介质的影响从而发生老化。当化学介质进入高分子橡胶材料内部结构，那么化学物质将对高分子橡胶材料中的次价键与共价键产生作用从而改变高分子橡胶材料中聚合物的分子结构，主要表现为分子结构中渗透无的生成、结构断链等反应，最终导致高分子橡胶材料聚合物以及添加剂化学性质产生变化。除了高分子橡胶材料自身的变化，在以上反应之下，化学介质本身的结构也会发生改变，这种改变将是不可逆转的。

3、改善高分子橡胶材料老化的措施

3.1增强分子本身的稳定性

从高分子橡胶材料分子自身的稳定性来看，引发其老化问题的首要原因便是其内部分子不饱和键与弱键的存在，不饱和键与弱键极易与空气里的氧键、氢键发生化学反应，从而产生能够减弱高分子橡胶材料内部分子稳定性的物质。空气中的氧遇到高分子橡胶材料中的碳-氢，二者就会发生光氧老化或臭氧老化反应，使碳-氢键断裂，由此对高分子橡胶材料的稳定性产生破坏，加速高分子橡胶材料的老化。对此，可通过增强高分子橡胶材料分子本身稳定性来提升高分子橡胶材料的抗老化能力。一般的做法是为高分子橡胶材料中加入氯原子键，由于该键能够减少高分子橡胶材料的弱键、不饱和键，从而改善高分子橡胶材料分子的稳定性。

3.2加强物理防护

物理防护能够有效缓解因为外部环境影响而产生的老化问题，针对外力作用、风吹日晒、电光机械力、高能辐射等一般物理因素导致的老化问题，物理防护都能够起到良好的防治效果。同时，物理防护措施还能延缓高分子橡胶材料的化学老化。例如，高分子橡胶材料在日照条件下发生化学反应而出现材料表层皲裂、脆化的现象，且其内部韧性降低，为其表面防晒可以较好延缓高分子橡胶材料的老化。

3.3改变分子内部结构

由于高分子橡胶材料的老化主要与其自身分子结构有关，所以从其结构出发来进行防治才能根本上提升高分子橡胶材料分子内部结构的稳定性，从而缓解高分子橡胶材料老化对材料性能产生的不良影响。由于高分子橡胶材料分子结构较为复杂，其中的不饱和键、弱键是引发高分子橡胶材料分子结构不稳定性的主要原因。尽管通过已有的技术尚且不能也不应该完全消除高分子橡胶材料中的弱键以及不饱和键，因为不饱和键是橡胶材料特有的分子结构，对其保持弹性的物理特征具有重大影响。但是可以适当避免高分子橡胶材料分子结构中弱键以及不饱和键的增加，以此提升高分子橡胶材料分子内部结构的稳定性，有效延长高分子橡胶材料的使用寿命。

3.4采取机械力预防措施

在机械力的作用下，高分子橡胶材料的老化速度将会加快。为合理排除机械力对高分子橡胶材料性能的干扰，需要合理地控制机械力以汽车轮胎为例，可以根据车型、车载重、轮胎材质性能等，计算称重范围，避免施加过大的力。在日常生活中，也要注重保养汽车轮胎。

结语：

高分子橡胶材料是高分子材料的重要分支，其生产技术的进步为人们生活生产带来巨大的便利。但是因为其本身分子结构原理、分子结构特征、外在阳光照射、温度湿度变化以及氧化等原因会给高分子橡胶材料带来老化的问题，该问题若得不到科学的治理，高分子橡胶材料的使用寿命将大大缩短，不仅影响到材料的使用价值，还会造成资源的浪费，甚至造成设备重大故障，产生不可预计的严重后果。针对高分子橡胶材料老化的治理，还需要结合其分子结构特征，提出更有效的治理措施，使高分子橡胶材料得到更科学合理的使用，提升使用性能和使用寿命，在国民经济领域发挥更好的作用。

参考文献：

[1]李玉超,沈如超.橡胶增强剂及天然高分子增强丁苯橡胶材料的应用分析[J].云南化工,2023,50(03):114-116.

[2]于良,于祝明.高分子材料老化机理与防治措施分析[J].化工管理,2021(18):100-101.

[3]李国强.高分子橡胶材料老化的影响因素及应对措施分析[J].橡塑技术与装备,2021,47(07):47-49.