烘箱狀態(tài)對(duì)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(lǐng)

(1 金發(fā)科技股份有限公司企業(yè)技術(shù)中心，廣東 廣州 510663;2 國(guó)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(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510663)

高分子材料在加工、貯存和使用過(guò)程中，難免會(huì)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(jī)械性能方面，如：拉伸、彎曲、沖擊等性能下降；電學(xué)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(jí)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(huì)縮短，這樣大大影響了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，從而限制了產(chǎn)品的使用范圍[3-5]。因此，對(duì)于熱氧老化影響因素的研究具有重要意義。近年來(lái)，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(shè)備對(duì)材料老化性能影響的研究較少。本文從烘箱排風(fēng)管的配置，烘箱不同區(qū)域的溫度差別以及對(duì)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(duì)聚丙烯材料熱氧老化性能的影響進(jìn)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(diǎn)均溫架及溫度監(jiān)測(cè)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(fēng)管處加罩子對(duì)烘箱參數(shù)影響分析

分析了罩子處于排風(fēng)管上部、中部、下部三個(gè)位置時(shí)，烘箱九點(diǎn)均溫?cái)?shù)據(jù)的情況，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1～表3。

表1 排風(fēng)管位于罩子上端時(shí)設(shè)置100 ℃時(shí)烘箱九點(diǎn)均溫?cái)?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(fēng)管位于罩子中端時(shí)，設(shè)置100 ℃時(shí)烘箱九點(diǎn)均溫?cái)?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(fēng)管位于罩子下端時(shí)設(shè)置100 ℃時(shí)烘箱九點(diǎn)均溫?cái)?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(duì)于排風(fēng)管位于罩子上、中、下端時(shí)，測(cè)定了相應(yīng)的通風(fēng)速率數(shù)據(jù)，見(jiàn)表4。

表4 通風(fēng)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(diǎn)均溫架對(duì)烘箱的九點(diǎn)均溫及功率計(jì)對(duì)烘箱的通風(fēng)速率進(jìn)行確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)排風(fēng)管位于罩子不同位置時(shí)九點(diǎn)均溫設(shè)定溫度偏差及最大溫度變化沒(méi)有顯著的變化。當(dāng)排風(fēng)管位于罩子上端時(shí)，通風(fēng)速率最大，這主要是由于排風(fēng)管位于罩子上端時(shí)，烘箱內(nèi)部的氣體受到的吸力較大，從而導(dǎo)致通風(fēng)速率變大。

2.2 烘箱不同區(qū)域溫度的差異及對(duì)樣品性能的影響

圖1 烘箱不同位置的溫度監(jiān)測(cè)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(gè)區(qū)域，采用溫度采集器對(duì)12個(gè)區(qū)域樣品表面的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，在150 ℃下老化500 h后對(duì)PP樣品的拉伸性能進(jìn)行測(cè)試。熱電偶線(xiàn)對(duì)12個(gè)區(qū)域進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，示意圖如圖1所示。

12個(gè)區(qū)域樣品表面的溫度值如表5所示。

表5 烘箱12個(gè)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(duì)烘箱的12個(gè)區(qū)域樣品表面的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，結(jié)果表明：通過(guò)熱電偶探溫發(fā)現(xiàn)，12個(gè)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(duì)于放置在12個(gè)區(qū)域的PP樣品老化500 h后測(cè)試?yán)煨阅埽Y(jié)果如表6所示。

表6 烘箱12個(gè)區(qū)域樣品拉伸性能測(cè)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(duì)稱(chēng)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(guān)，這一問(wèn)題仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考證。

2.3 隔熱材料對(duì)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(duì)PP樣品老化500 h后的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)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(cè)試結(jié)果如表7所示。

不鋪墊材料樣品拉伸性能測(cè)試結(jié)果如表8所示。

表7 鋪隔熱材料的老化樣品性能測(cè)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(cè)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(guò)程中底部受熱要比沒(méi)有鋪墊材料差一些，導(dǎo)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(guān)。

3 結(jié) 論

本文從設(shè)備自身及輔助設(shè)施的角度對(duì)于三種不同情況對(duì)聚丙烯材料熱氧老化性能的影響進(jìn)行了研究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：

(1)排風(fēng)管的配置對(duì)于烘箱設(shè)定溫度偏差及最大溫度變化沒(méi)有顯著的影響，但對(duì)烘箱的通風(fēng)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(méi)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。