關于氯化聚乙烯防水材料老化性能的初步研究

摘要：文章對氯化聚乙烯防水材料進行不同光照強度下的氙燈耐候老化、不同溫度下的熱空氣老化的拉伸性能變化進行初步的研究，以了解環(huán)境對材料及產品的影響程度、影響機理，可對其影響提出防護措施，以便在研發(fā)新材料、新產品時對其生產運輸過程進行質量控制。

關鍵詞：高分子；氯化聚乙烯防水材料；老化性能；老化機理；建筑防水施工 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU761 文章編號：1009-2374（2017）04-0070-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.036

氯化聚乙烯防水卷材是建筑防水施工的重要材料，具有拉伸強度高、斷裂延伸率大、耐高低溫性能好、耐腐蝕、耐老化、對基層伸縮或開裂變形的適應性強等特點。其老化性能對建筑工程質量有著極其重大的影響。而日光輻射（光能）、溫度和水（濕度）被認為是引起材料老化的三大主要因素。

1 老化機理

老化是指在使用、儲存過程，由于受到光、熱、氧、水、微生物等外部因素作用，引起材料化學組成和結構的變化，使用性能下降的現(xiàn)象，如發(fā)硬、發(fā)粘、變脆、變色、強度降低等。氯化聚乙烯防水材料應用過程中受外部因素的影響，很容易使內部結構發(fā)生轉變，造成部分主鏈氫原子被氯原子取代，使其抗熱性、抗氧化性、抗油性大打折扣，發(fā)生老化，在一定程度上影響了氯化聚乙烯防水材料的應用效益。對氯化聚乙烯防水材料老化機理進行分析，深入把握各項老化要素已經成為新時期研究的關鍵。

2 材料要求

本文采用壽光市宏昌防水材料有限公司生產的氯化聚乙烯（PVC）防水材料進行試驗。該產品規(guī)格為1.5mm*2.05m*20m，為0.3MPa 60min不透水，斷裂伸長率達到300（%）%，抗壓強度和抗彎強度均為優(yōu)等，拉伸強度達到90N，撕裂強度為60N，符合GB 12953-2003中規(guī)定的L類防水卷材中Ⅰ型的要求。

3 老化試驗

3.1 氙燈耐候老化試驗

氙燈耐候老化是用人工的方法模擬自然環(huán)境中的光照、降雨等過程，該試驗開展時由氙燈耐候試驗箱模擬燈光、雨水等自然環(huán)境，創(chuàng)建針對性試驗條件，對試驗材料性能進行檢驗。上述試驗開展過程中需要對氙燈功率、輻射強度等進行全面把握，這樣才能夠保證試驗結果的準確性、科學性和有效性。

本次試驗過程中主要選擇平板式氙燈耐候試驗箱，試驗光源波長270～800nm的照射光，將試樣放置在不同的光照強度下（300W/m2、400W/m2、500W/m2、600W/m2、700W/m2），在氙燈耐候試驗機中進行老化加速試驗。試驗箱黑板溫度63℃，濕度50%，降水時間18min，干燥時間102min，2個小時一循環(huán)，試驗時間為250h，老化后試樣拉伸結果見表1與圖1：

聚合物受光的照射，是否引起分子鏈的斷裂，取決于光能與離解能的相對大小及高分子化學結構對光波的敏感性，該試驗采用的同種光波不同強度的照射。從試驗結果中可以看出，在光照度大于600W/m2后，試樣的拉伸性能產生了巨大的變化，這是由于光照導致高分子化學鍵的斷裂而引起的性能劣化，若吸收的輻射能超過了聚合分子結構的能量，集合物的分子健就會發(fā)生變化，導致降解。高分子材料的老化過程大多是光物理和光化學共同的協(xié)同作用，光，尤其是紫外光是導致高分子材料老化的主要原因，這種損害包括材料的表面失光、褪色、黃變、開裂、脫皮、脆化、強度降低及分層等現(xiàn)象。所以在研究材料的老化過程中，根據地理位置緯度和氣候影響輻照量及季節(jié)的變化和持續(xù)日照時間選擇合適的光源輻射條件、黑暗周期以及能讓材料吸收相應的能量并激發(fā)產生能級躍遷才會使材料出現(xiàn)老化現(xiàn)象。因此，在氯化聚乙烯防水材料防老化處理過程中需要對光照進行嚴格控制，通過相關的措施降低直接光照對材料性能的影響，尤其是紫外線，從而提升氯化聚乙烯防水材料質量。

3.2 熱空氣老化試驗

熱空氣老化試驗主要通過熱空氣老化試驗箱完成。該試驗方法主要運用于非金屬材料的耐熱性試驗，操作過程中需要全面控制試驗箱的溫度、換氣量、換氣時間等。在熱空氣老化檢驗時可以依照具體的試驗狀況合理選擇自然換氣或人工換氣。自然換氣直接通過箱體中的氣孔即可實現(xiàn)，人工換氣處理過程中可以通過風機通風，借助調節(jié)流量計實現(xiàn)換氣。

本次試驗過程中熱空氣老化試驗箱選擇強行換氣，流速設置為0.5～1.5m/s，且保證試驗箱的尺寸超過試驗箱有效容積的10%。樣本放置后懸掛試樣間距控制在10mm以上，開始對溫度進行設定。本試驗將產品置于60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃等不同的試驗溫度下，放置168h后，進行拉伸試驗，對氯化聚乙烯（PVC）防水材料老化狀況進行分析。本次試驗結果見表2與圖2：

從研究結果中可以發(fā)現(xiàn)溫度會對氯化聚乙烯防水材料性能產生一定的影響，在溫度發(fā)生巨大變化的過程中會加速材料的老化。文獻資料顯示：熱老化主要是由于熱氯化降解過程中高聚物分子性能發(fā)生轉變導致。溫度上升后高聚物分子會產生鏈斷裂出現(xiàn)自由基，形成自由鏈式反應，導致聚合物降解和交聯(lián)，性能劣化。暴露于自然環(huán)境中材料的溫度主要取決于空氣中的溫度、太陽光中紅外輻射、空氣運動、材料本身的性質包括顏色系數、溫度系數、表面光澤度、粗糙度等因素。在耐候老化研究中，溫度影響材料性能是因為溫度影響會加快材料的光化學反應和化學降解反應速度。根據阿倫尼烏斯的經驗公式模型可以簡單的推算為每升溫10℃，光化學反應的速度就會加倍，同時影響材料的二次反應速率。為此，在氯化聚乙烯防水材料應用的過程中需要做好溫度的控制，借助各項溫度調控裝置對氯化聚乙烯防水材料性能進行保障，這樣才能夠從根本上提升材料質量，延緩氯化聚乙烯防水材料的老化。

在對研究資料進行整理后可以發(fā)現(xiàn)：當溫度升高時，光的破壞作用也將隨之增大。盡管溫度不影響主要的光致反應，但卻影響次要的化學反應。因此，在氯化聚乙烯防水材料老化測試的過程中必須提供精確的溫度控制，通常還通過升溫的方法來加速老化過程。溫度的變化引起材料表面的變化，導致材料收縮和膨脹，因而加速了開裂和裂紋的形成。而水的吸附和脫附除了要吸收和釋放熱量外還會進一步加劇材料的變化，所以綜合在研究材料老化過程中除了要考慮溫度、濕度和光照各自的作用外還要考慮它們之間的協(xié)同作用，從其協(xié)同作用效果出發(fā)分析材料的老化致因。

4 結語

氯化聚乙烯防水材料是現(xiàn)今建筑防水中的常用材料，其使用性能關乎施工建筑質量及安全，在使用過程中需全面把握其性能指標，分析材料老化狀況。通過試驗手段對其老化過程進行研究可以發(fā)現(xiàn)光照、溫度等均會對氯化聚乙烯防水材料老化加速，需要采取適當防老化措施，延緩老化的速率，對建筑施工安全及質量提供保證。

參考文獻

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作者簡介：李麗英（1981-），女，福建漳平人，通標標準技術服務有限公司廈門分公司路橋工程師，研究方向：建筑工程材料（檢測）。

（責任編輯：蔣建華）