烘箱狀態(tài)對聚丙烯材料熱氧老化性能的影響研究

肖 星，龐承煥，李衛(wèi)領

(1 金發(fā)科技股份有限公司企業(yè)技術中心，廣東 廣州 510663;2 國高材高分子材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，廣東 廣州 510663;3 塑料改性與加工國家工程實驗室，廣東 廣州 510663)

高分子材料在加工、貯存和使用過程中，難免會受到熱氧老化的影響[1]，從而發(fā)生變化，外觀方面，如：材料發(fā)粘、粉化、變脆、變形以及顏色變化[2]；機械性能方面，如：拉伸、彎曲、沖擊等性能下降；電學性能方面，如：擊穿電壓、電阻率等性能下降；阻燃性能方面，如：阻燃等級下降。高分子材料受到熱氧老化影響后，產(chǎn)品的使用壽命會縮短，這樣大大影響了產(chǎn)品的經(jīng)濟性和環(huán)保性，從而限制了產(chǎn)品的使用范圍[3-5]。因此，對于熱氧老化影響因素的研究具有重要意義。近年來，高分子材料熱氧老化的研究主要集中在產(chǎn)品方面[4-7]，而熱氧老化設備對材料老化性能影響的研究較少。本文從烘箱排風管的配置，烘箱不同區(qū)域的溫度差別以及對聚丙烯材料熱氧老化性能的影響，以及是否鋪墊隔熱材料對聚丙烯材料熱氧老化性能的影響進行了綜合研究。

1 儀器與材料

熱氧老化烘箱，巨孚儀器；熱電偶、九點均溫架及溫度監(jiān)測器，F(xiàn)RUKE。

聚丙烯(PP)，公司自制。

2 結(jié)果與討論

2.1 烘箱排風管處加罩子對烘箱參數(shù)影響分析

分析了罩子處于排風管上部、中部、下部三個位置時，烘箱九點均溫數(shù)據(jù)的情況，具體數(shù)據(jù)見表1～表3。

表1 排風管位于罩子上端時設置100 ℃時烘箱九點均溫數(shù)據(jù)Table 1 Average temperature data of nine positions of the oven at 100 ℃ when the exhaust duct is located at the upper end of the hood

表2 排風管位于罩子中端時，設置100 ℃時烘箱九點均溫數(shù)據(jù)Table 2 Average temperature data of nine positions of the oven at 100 ℃ when the exhaust duct is located at the middle of the hood

表3 排風管位于罩子下端時設置100 ℃時烘箱九點均溫數(shù)據(jù)Table 3 Average temperature data of nine positions of the oven at 100 ℃ when the exhaust duct is located at the lower end of the hood

另外，對于排風管位于罩子上、中、下端時，測定了相應的通風速率數(shù)據(jù)，見表4。

表4 通風速率數(shù)據(jù)Table 4 Date of ventilation rate

根據(jù)以上結(jié)果可知：利用九點均溫架對烘箱的九點均溫及功率計對烘箱的通風速率進行確認，發(fā)現(xiàn)排風管位于罩子不同位置時九點均溫設定溫度偏差及最大溫度變化沒有顯著的變化。當排風管位于罩子上端時，通風速率最大，這主要是由于排風管位于罩子上端時，烘箱內(nèi)部的氣體受到的吸力較大，從而導致通風速率變大。

2.2 烘箱不同區(qū)域溫度的差異及對樣品性能的影響

圖1 烘箱不同位置的溫度監(jiān)測示意圖Fig.1 Schematic diagram of temperature monitoring at different positions of oven

將烘箱分為上中下三層，每一層劃分四個區(qū)域，采用溫度采集器對12個區(qū)域樣品表面的溫度進行實時檢測，在150 ℃下老化500 h后對PP樣品的拉伸性能進行測試。熱電偶線對12個區(qū)域進行溫度監(jiān)測，示意圖如圖1所示。

12個區(qū)域樣品表面的溫度值如表5所示。

表5 烘箱12個區(qū)域樣品表面溫度數(shù)據(jù)Table 5 Surface temperature data of samples in 12 areas of oven

表5結(jié)果顯示：采用溫度采集器對烘箱的12個區(qū)域樣品表面的溫度進行實時檢測，結(jié)果表明：通過熱電偶探溫發(fā)現(xiàn)，12個區(qū)域的溫度存在一定的差別，最高溫度為第三層第1區(qū)域，最低溫度出現(xiàn)在第三層第4區(qū)域，最高溫最低溫差值為1.7 ℃。

對于放置在12個區(qū)域的PP樣品老化500 h后測試拉伸性能，結(jié)果如表6所示。

表6 烘箱12個區(qū)域樣品拉伸性能測試值Table 6 Values of tensile properties of samples in 12 areas of oven

根據(jù)表6中的數(shù)據(jù)可知：拉伸性能并非與老化溫度呈現(xiàn)對稱的變化規(guī)律，最大值出現(xiàn)在第一層第1區(qū)域及第二層第2區(qū)域 ，最小值出現(xiàn)在第二層第3區(qū)域，是否與區(qū)域內(nèi)的含氧量有關，這一問題仍需進一步實驗進行考證。

2.3 隔熱材料對熱氧老化性能的影響

采用鋪墊隔熱材料和不鋪墊任何材料對PP樣品老化500 h后的力學性能進行了測試，鋪墊隔熱材料和不鋪墊隔熱材料的圖片如3所示。

圖2 鋪墊隔熱材料和不鋪墊隔熱材料Fig.2 Bedding thermal insulation material andnon thermal insulation material

鋪墊隔熱材料樣品拉伸性能測試結(jié)果如表7所示。

不鋪墊材料樣品拉伸性能測試結(jié)果如表8所示。

表7 鋪隔熱材料的老化樣品性能測試結(jié)果Table 7 Results of aging samples of bedding thermal insulation materials

表8 不鋪隔熱材料的老化樣品性能測試結(jié)果Table 8 Results of aging samples without bedding thermal insulation materials

根據(jù)表8結(jié)果可知：鋪墊隔熱材料老化500 h后的樣品性能要比不鋪任何材料樣品老化后的性能稍好；這主要是由于鋪墊隔熱材料后，樣品在老化過程中底部受熱要比沒有鋪墊材料差一些，導致樣品老化的速率變慢，性能保持的更好；不鋪隔熱材料的老化樣品性能稍差的原因可能與樣品直接接觸金屬，在高溫下金屬催化高分子材料降解有關。

3 結(jié) 論

本文從設備自身及輔助設施的角度對于三種不同情況對聚丙烯材料熱氧老化性能的影響進行了研究。根據(jù)實驗結(jié)果可知：

(1)排風管的配置對于烘箱設定溫度偏差及最大溫度變化沒有顯著的影響，但對烘箱的通風速率有一定的影響；

(2)烘箱不同的區(qū)域存在一定的溫度差別，但是在不同區(qū)域熱氧老化500 h后的聚丙烯材料的拉伸性能沒有明顯的差異；

(3)熱氧老化500 h后，鋪墊隔熱材料的聚丙烯的拉伸性能優(yōu)于不鋪任何材料的。