技术研究 | 烘箱状态对聚丙烯材料热氧老化性能的影响研究

高分子材料在加工、贮存和使用过程中，难免会受到热氧老化的影响，从而发生变化，外观方面，如：材料发粘、粉化、变脆、变形以及颜色变化；机械性能方面，如：拉伸、弯曲、冲击等性能下降；电学性能方面，如：击穿电压、电阻率等性能下降；阻燃性能方面，如：阻燃等级下降。高分子材料受到热氧老化影响后，产品的使用寿命会缩短，这样大大影响了产品的经济性和环保性，从而限制了产品的使用范围。因此，对于热氧老化影响因素的研究具有重要意义。近年来，高分子材料热氧老化的研究主要集中在产品方面，而热氧老化设备对材料老化性能影响的研究较少。本文从烘箱排风管的配置，烘箱不同区域的温度差别以及对聚丙烯材料热氧老化性能的影响，以及是否铺垫隔热材料对聚丙烯材料热氧老化性能的影响进行了综合研究。

1.实验

1.1仪器

热氧老化烘箱；热电偶 FRUKE；九点均温架及温度监测器 FRUKE；聚丙烯（PP） 公司自制。

1.2实验

1.2.1 烘箱排风管处加罩子对烘箱参数影响分析

分析了罩子处于排风管上部、中部、下部三个位置时，烘箱九点均温数据的情况，具体数据见表1、表2、表3：

另外，对于排风管位于罩子上、中、下端时，测定了相应的通风速率数据，见表4：

根据以上结果可知：利用九点均温架对烘箱的九点均温及功率计对烘箱的通风速率进行确认，发现排风管位于罩子不同位置时九点均温设定温度偏差及最大温度变化没有显著的变化。当排风管位于罩子上端时，通风速率最大，这主要是由于排风管位于罩子上端时，烘箱内部的气体受到的吸力较大，从而导致通风速率变大。

1.2.2烘箱不同区域温度的差异及对样品性能的影响

将烘箱分为上中下三层，每一层划分四个区域，采用温度采集器对12个区域样品表面的温度进行实时检测，在150℃下老化500h后对PP样品的拉伸性能进行测试。热电偶线对12个区域进行温度监测，示意图如图1所示；

图1烘箱不同位置的温度监测示意图

12个区域样品表面的温度值如表5所示；

结果显示：采用温度采集器对烘箱的12个区域样品表面的温度进行实时检测，结果表明：通过热电偶探温发现，12个区域的温度存在一定的差别，最高温度为第三层第1区域，最低温度出现在第三层第4区域，最高温最低温差值为1.7℃；

对于放置在12个区域的PP样品老化500h后测试拉伸性能，结果如表6所示；

根据上表中的数据可知：拉伸性能并非与老化温度呈现对称的变化规律，最大值出现在第一层第1区域及第二层第2区域 ，最小值出现在第二层第3区域，是否与区域内的含氧量有关，这一问题仍需进一步实验进行考证；

1.2.3隔热材料对热氧老化性能的影响

采用铺垫隔热材料和不铺垫任何材料对PP样品老化500h后的力学性能进行了测试，铺垫隔热材料和不铺垫隔热材料的图片如2所示；

图2 铺垫隔热材料和不铺垫隔热材料

不铺垫材料样品拉伸性能测试结果如表7所示；

不铺垫材料样品拉伸性能测试结果如表8所示；

根据以上结果可知：铺垫隔热材料老化500h后的样品性能要比不铺任何材料样品老化后的性能稍好；这主要是由于铺垫隔热材料后，样品在老化过程中底部受热要比没有铺垫材料差一些，导致样品老化的速率变慢，性能保持的更好；不铺隔热材料的老化样品性能稍差的原因可能与样品直接接触金属，在高温下金属催化高分子材料降解有关。

2.结论

本文从设备自身及辅助设施的角度对于三种不同情况对聚丙烯材料热氧老化性能的影响进行了研究。根据实验结果可知：（1）排风管的配置对于烘箱设定温度偏差及最大温度变化没有显著的影响，但对烘箱的通风速率有一定的影响；（2）烘箱不同的区域存在一定的温度差别，但是在不同区域热氧老化500小时后的聚丙烯材料的拉伸性能没有明显的差异；（3）热氧老化500小时后，铺垫隔热材料的聚丙烯的拉伸性能优于不铺任何材料的。