Ang Kahalagahan ng Pagiging Mahiyain sa Pultong Panahon

Dahil sa harcture hardness, hindi na tinatablan ng mga elementong pang - akit ang mga polymer, na kailangan para sa mga sangkap sa paggawa ng sasakyan, aerospace, medikal na mga kagamitan, at mga produktong pangkonsumo, ang mga polymer ay nakapagtitiis sa mga pressureor ng kapaligiran na nagpapahina sa resistensiyang ito.

Mga Mekanismo ng Pagtanda sa mga Polymer

Ang mga pagbabagong ito ay nangyayari sa pamamagitan ng mga daanan ng pisikal at kemikal, na bawat isa ay may iba't ibang epekto sa pagiging matigas ng sira.

Pisikal na Pagtanda

Ang pisikal na pagtanda ay nagmumula sa mabagal na pagrerelaks ng mga kadenang polymer tungo sa thermodynamic equilify sa ibaba ng glass transition temperature (Tg]. Habang umuunti ang malayang lakas ng tunog sa ilalim ng salamin, ang materyal na mga depinitipyo, nagiging mas malutong. Ang dedensiyon na ito ay nakababawas sa lakas na kinakailangan para sa pag-e - develop ng crack dahil ang molekular move ay naipuwersa. Para sa mga amorptong polymer gaya ng polycarbonate o PMMA, ang pisikal na pagtanda ay maaaring makabawas sa 20–40% depende sa ilang taon ng pag - init ng temperatura at ang mga pangyayari sa temperatura ay nananatiling ang T.[T.[T][T][T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [C]

kimikal na Pagtanda

Ang kemikal na pagtanda ay nagsasangkot ng di - mababagong mga pagbabago sa molekula na sanhi ng oksiheno, ultraviolet (UV) radiation, halumigmig, at iba pang reactitive species. Kabilang sa mga mekanismong susi ang:

  • Chain scission – Ang pag-alis ng mga bonong pang-indibidwal ay nagpapabawas ng molekular na bigat, na lumilikha ng mas maikling mga kadena na nagdurulot ng hindi mabuti at bumubuo ng mga microvoid. Ito ay direktang nagpapababa sa kritikal na stress curry factor (KIc).
  • Ang pag-iinkorporasyon – Sa ilang polymer (e.g., crosslinked epoxies) ay karagdagang nagpapatigas ngunit ito rin ang nagpapatigas sa materyal, binabawasan ang sukat ng sonang plastik na nauuna sa isang dulo ng bitak.
  • [FLT[[1] ] – Ang reaksiyon ng oksiheno sa pamamagitan ng malayang radikal na dulot ng init o UV exposure, na bumubuo ng mga grupong carbonyl at hydroperoxide. Ang mga polar group na ito ay nagbabago ng mga puwersang intermolecular at nagtataguyod ng malutong na bali.
  • [Hydrolysis – Ang mga polyester at polyamide ay madaling kapitan ng water-influensive stand cleavage, lalo na sa mahalumigmig na kapaligiran.Ang resultang pagkawala ng molekular na timbang ay maaaring mahati ang pagiging mabungi sa loob ng mga buwan.

Ang kabuuang epekto ng pag-unlad ng kemikal ay ang paglipat mula ductiile tungo sa brittle pag-uugali. Halimbawa, ang mga matatandang polypropylene ay nagpapakita ng isang kapansin-pansing pagbaba sa J-integral na mga halaga sa panahon ng mabilis na mga pagsubok sa paglalantad ng UV. ang mga inhinyero ay kadalasang umaasa sa ASTM D5045 upang sukatin ang plane-strain ang pagiging matigas ng mga matatandang ispesimen at correlate exposuredence.

Ang Maiinit na Epekto sa Pagiging Tapat sa Palymer

Ang mainit na pagbibisikleta ay naglalagay sa mga polymer sa paulit - ulit na pagpapainit at pagpapalamig, lumilikha ng panloob na mga kaigtingan dahil sa thermal expansion anasotropy, mga pagbabago sa temperatura, at mga pagbabago sa modulus. Ang mga kaigtingang ito ay naiipon sa mga siklo at nagdudulot ng pinsala na nakababawas sa pagiging matigas.

Pinagmulan ng mga "Thermal Stress "

Kapag ang isang sangkap ng polymer ay ininit, ang lakas nito ay lumalawak ayon sa coficial of thermal expansion (CTE). Ang inhomogeneous heating o CTE mismatchs sa pagitan ng polymer at iba pang mga materyales (e.g., mga nakapaloob na hibla, metalikong mga inklusyon) ay lumilikha ng tensile at compressive stresss.Ang reversion stresss ay nangyayari. ang mabilis na pagbibisikleta, tulad ng sa mga panel ng balat ng aerospace o electronic encapsulants, ay maaaring lumikha ng labis na puwersa ng materyal na nagbibigay ng permanenteng deformation at microvoidation.

Pag - aani at Pag - aanak sa Pamamagitan ng Microcrack

Ang bawat thermal cycle ay maaaring magsimula ng mga bagong microcrack sa stress concentrators tulad ng mga fuller particle, dew, o molekular-scale heterogeneities. Sa maraming siklo (thermal fatigue), ang mga microcrack na ito ay nag-uugnay-dugtong, na bumubuo ng mga macrocracks na kumakalat sa ilalim ng mga service feedness. Ang pagkabangki ay bumababa habang ang densidad ng crack ay tumataas dahil ang epektibong enerhiya ng materyal ay na inilalabas na nagrereresulta.Ang mga eksperimental na pag-aaral sa mga eksing eksitibo-atibo ay nagpapakita na 500 siklo sa pagitan ng thermal na nasa pagitan ng −40 at −0.

Katangi - tanging Pagpaparami ng Tughaw

Ang mga protocol ng pagsusuri para sa mga epekto ng thermal pagbibisikleta ay kadalasang sumusunod sa ASTM E1820 (stand test method para sa pagkasira ng mga sira)[ matapos ang isang itinakdang bilang ng mga siklo.Ang mga resulta ay binabalak bilang sirang stageness vs. cycle count, na nagsisiwalat ng isang simulang mabilis na pagbaba na sinusundan ng isang talampas habang ang mikrocrack na populasyon ay naghuhunostang ang mga kakayanan ng napinsalang materyal.

Pag - aalis ng Sinergistikong Pagtanda at Pag - iintermal na Pag - iintindi

Kapag ang mga polymer ay nalantad kapuwa sa pagtanda at thermal na pagbibisikleta nang sabay - sabay, ang pagkasira ay kadalasang mas masahol pa sa kabuuan ng bawat epekto lamang. Ang sinerhiyang ito ay lumilitaw mula sa interplay sa pagitan ng kemikal at pisikal na mga mekanismo.

Mga Mekanismong May Di - aksiyon

Ang kemikal na pagtanda ay lumilikha ng kawing ng mga microcracks, mga bitak na parang suson sa ibabaw, at mahihinang bahagi ng molekula. Ang mga depektong ito ay nagsisilbing mas pinipiling lugar para sa thermal stress cloud. Sa panahon ng thermal bicycle, mas madaling kumalat ang mga bitak sa pamamagitan ng mga dahon at mas madaling kumalat sa pamamagitan ng matanda nang materyal dahil nababawasan na ang kritikal na puwersa.

Eksperimentong Ebidensiya

Sa isang pag-aaral sa polyamide 6,6 na may edad na 120°C sa loob ng 1000 oras at pagkatapos ay sumailalim sa 100 mga thermal cycle mula -20°C hanggang +80°C, ang pagkabaklas ay bumaba sa 0.8 MPa·m[2[2 versus 2.4 MPa·m[2][2]1/2[3] para sa mga basalyong materyal. Ang isang eksperimentong walang unthylthreadence na subsicence ay nagpakita ng increadence na 70°NEScreption na increption na increption na increption na pinagsamang mga indibidlections.

Praktikal na mga Implikasyon Para sa mga Inhenyero at Disenyador

Mahalagang maunawaan ang pagkasira ng pagiging matibay kapag tumanda at ang thermal bicycle para sa maaasahang disenyo ng produkto.

Materyal na mga Tuntunin sa Pagpili

Ang mga polimer na may mataas na Tg at malakas na intermolecular forces (e.g., polyetherimide, PEEEK) ay likas na lumalaban sa pisikal na pagtanda at thermal stress. Para sa mga aplikasyon na kinasasangkutan ng malawak na pag-iimbri ng temperatura, ang amorphous polymers na may mababang CTE at mataas na elongasyon sa pagbasaglit ay mas pinipili. ang mga semicrystal polymer tulad ng polyphenylene (P) ay maaaring mapanatili ang pagiging matigas sa ilalim ng thermal na cycletiviement (dience) kung ang selyture) at quadence (dience) at criptytytyture) na criptytyture) na cripture cripture.

Mga Stabilisado at mga Aditibo

Ang mga suplemento ay gumaganap ng mahalagang bahagi sa pagpapanatiling matibay ang balì:

  • Ang mga anatoxidant – Hindered phenolic compounds na nagpapaliban ng oksidative chain scission.
  • UV conservations – Benzophenes at hinadlangan ang mga aamine light standiers (HALS) o patayin ang radyasyong UV, pagbabawas ng photo-oxidation.
  • Ang mgaFiller at hardeners – Elastomeric particle o nano physilica ay maaaring umaresto sa mga microcracks at magpataas ng pagiging matigas kahit na pagkatapos ng pagtanda. Gayunpaman, ang mga bolder ay dapat piliin upang maiwasan ang mga CTE mismatch na nagreresulta sa pinsala ng thermal biking.

Pagsubok at Pagdisiyasat

Ang accelerated growning tests (e.g., ASTM F1980 for medical device packing) kasama ang thermal bicycle profile ay maaaring magtaya ng buhay serbisyo.[at dapat sukatin ng mga inhinyero ang pagiging matibay ng break sa multiple exposures gamit ang pamantayang pamamaraan tulad ng Ang STM D6068 (JR curved for polymers). Para sa non-destructive monitor, ang espiritwal na emission ay maaaring makadetektaint ng crack sa tunay na pag-compostipikong recompostibatibo sa panahon sa thermal cycle.

Pagsasaayos

Ang pagtanda at ang thermal cycling ay isahang nagbabawas ng pagkaliyo ng mga polymer sa pamamagitan ng mga natatanging molekular at mikromekanikal na mekanismo. Kapag pinagsama, ang mga epekto nito ay tumitindi, kadalasang humahantong sa maagang pagkabigo. sa pamamagitan ng pagpili ng matipunong polymers, paglakip ng mga angkop na mga kompyuter, at pagsasagawa ng mahigpit na pinagsamang pagsubok sa calgenevion, maaaring mapabuti ng mga inhinyero ang kaligtasan at tagal ng mga sangkap ng polymer.Ang patuloy na pagsasaliksik sa mga nanocomposite at self-heal na polymers ay nangangako ng higit pang mga pagpapabuti, ngunit ang isang matatag na pagkaunawa sa mga ekwasyong ito ay nananatili sa matibay na disenyo ng matibay na disenyo.

Para sa karagdagang pagbasa, tumutukoy sa mga autorisadong mapagkukunan gaya ng RSC Advances on polymer age quests at MatWeb material property database.