烘箱状态对聚丙烯材料热氧老化性能的影响研究

肖 星，庞承焕，李卫领

(1 金发科技股份有限公司企业技术中心，广东 广州 510663;2 国高材高分子材料产业创新中心有限公司，广东 广州 510663;3 塑料改性与加工国家工程实验室，广东 广州 510663)

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[1]，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[2]；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[3-5]。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[4-7]，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 仪器与材料

热氧老化烘箱，巨孚仪器；热电偶、九点均温架及温度监测器，FRUKE。

聚丙烯(PP)，公司自制。

2 结果与讨论

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3。

表1 排风管位于罩子上端时设置100 ℃时烘箱九点均温数据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 排风管位于罩子中端时，设置100 ℃时烘箱九点均温数据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 排风管位于罩子下端时设置100 ℃时烘箱九点均温数据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，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。

表4 通风速率数据Table 4 Date of ventilation rate

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。

2.2 烘箱不同区域温度的差异及对样品性能的影响

图1 烘箱不同位置的温度监测示意图Fig.1 Schematic diagram of temperature monitoring at different positions of oven

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500 h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。

12个区域样品表面的温度值如表5所示。

表5 烘箱12个区域样品表面温度数据Table 5 Surface temperature data of samples in 12 areas of oven

表5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500 h后测试拉伸性能，结果如表6所示。

表6 烘箱12个区域样品拉伸性能测试值Table 6 Values of tensile properties of samples in 12 areas of oven

根据表6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。

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500 h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3所示。

图2 铺垫隔热材料和不铺垫隔热材料Fig.2 Bedding thermal insulation material andnon thermal insulation material

铺垫隔热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。

表7 铺隔热材料的老化样品性能测试结果Table 7 Results of aging samples of bedding thermal insulation materials

表8 不铺隔热材料的老化样品性能测试结果Table 8 Results of aging samples without bedding thermal insulation materials

根据表8结果可知：铺垫隔热材料老化500 h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。

3 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 h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 h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。