近幾年來,隨著我國高速公路的迅猛發展,市政建設的日新月異以及鐵路時速的提高,道路封閉及隔離用護欄的需求量與日俱增,浸塑護欄以其卓越的防腐蝕性,優異的耐候性和鮮艷的色彩倍受人們青睞,逐漸取代了以往的熱度鋅及油漆涂敷的傳統護欄,成為當今交通護欄、市政護欄的主流。由于國內生產護欄涂塑用聚乙烯粉末涂料廠家良莠不齊,這給護欄生產廠家選料帶來了很大的麻煩,選擇不合適,很容易出現應力開裂和老化現象,造成極大的經濟損失,如何避免這種損失呢?下面就影響聚乙烯粉末涂料使用壽命的一些重要指標進行一些探討,以期護欄生產廠家進行正確地選擇。
耐環境應力開裂性
由于聚乙烯為結晶相和無定形相共存的兩相共聚物,在加工過程中,結構內部容易產生內應力,這種內應力同時受外部環境很大的影響,諸如溫度、濕度、PH值、溶解氣體以及溶液的對流或擴散速度等環境因素對內應力形成應力開裂有很強的加速作用。耐環境應力開裂是聚乙烯粉末涂料的一個至關重要的指標,以往的使用廠家由于忽視這個指標,選用了耐環境應力開裂差的聚乙烯粉末涂料,在浸塑后由于不能及時發現這種缺陷,在把護欄安裝后時間不長,就會形成大量的開裂,或者在使用一段時間后,形成大量的應力開裂,給廠家帶來很大的經濟損失。那如何檢測這種耐環境應力開裂的能力呢?如果按實際情況進行實驗室模擬試驗,通常可以獲得較可靠的結果,但這種試驗費時冗長,因此往往通過加速實驗來評定耐環境應力開裂性,GB1842-80《聚乙烯環境應力開裂實驗方法》就是一個檢測聚乙烯粉末涂膜耐環境應力開裂的一個快速而很好的方法。
把具有刻痕的試樣彎曲浸泡在具有一定溫度的試劑中,觀測試樣的破損時間,使用對數幾率坐標作圖法,得到試樣在某介質中破損幾率為50%的時間F50,定義為該試樣在此介質中耐環境應力開裂時間。總數目為n個試樣,已破損X個試樣時的破損幾率fx可按下式計算:
fx =X/(n+1)×100%
當總數為10個時,
已破損1個的破損概率=1/(10+1)×100%=9.1%
已破損2個的破損概率=2/(10+1) ×100%=18.2%
已破損3個的破損概率=3/(10+1) ×100%=27.3%
其它依此類推
把上述破損時間的對數與破損幾率在對數幾率坐標上作圖,并把所得數據點按最合理的方式連成一直線。此直線與破損幾率50%的交點,即為試樣的耐環境應力開裂時間F50。耐環境應力開裂較差的聚乙烯粉末涂料的F50在0~100小時之內,廊坊富華化工有限公司生產的FPE-1型工程用聚乙烯粉末涂料的F50可達到1000小時,遠遠消除了因應力開裂縮短聚乙烯粉末涂料使用壽命這個因素。
影響聚乙烯粉末涂料使用壽命的另一個至關重要的指標就是耐老化性,在沒
有應力開裂的情況下,延長聚乙烯粉末涂料的老化也就是延長聚乙烯粉末涂料的
使用壽命。
太陽輻射到地球外空氣層的光是一種連續光譜,其波長在0.7~3000nm之間。但整個太陽輻射并不能完全照射到地球表面,波長1400nm以上的太陽光譜會被散布在地球表面的水蒸氣所吸收,也就是說只有短波長波段的紅外線輻射才能照射到地球表面,至于波長在175 nm以下的紫外線輻射會被氧氣所吸收,而波長在175 nm與290 nm的輻射會被臭氧所吸收。而只有波長介于290 nm與1400 nm之間的太陽輻射能照射到地球表面,進而導致聚乙烯粉末涂料的老化。此波段的輻射又可細分為:
波長(nm) 占總輻射量的百分比 對老化的影響
紅外線780~1400 42~60% 熱度
可見光380~780 39~53% 熱度及光化學反應
紫外線290~380 1~5% 主要是光化學反應
紫外線雖然只占總輻射量的1~5%,但對聚乙烯粉末涂料的老化卻起著關鍵的作用。紫外線又可分為UV-A(315~400nm)及UV-B(290~315nm)兩種,因為波長在290~315nm之間的紫外線由最高的能源位阻,所以它是導致塑料老化的主要因素,而對聚乙烯粉末涂料老化最大的波長為300nm。
不同聚合物的活性光譜
聚合物 活性光譜最大值,nm
聚丙烯酸酯 290,325
聚乙烯 300
聚丙烯 310,370
聚氯乙烯 320
聚酯 325
※活性光譜最大值:導致聚合物最大劣化的波長
聚乙烯粉末涂料的老化主要體現在以下幾個方面:
(一)變色 鮮艷的顏色也是聚乙烯粉末涂料之所以倍受青睞的一個重要因素,五顏六色的色彩對護欄能起到極好的裝飾效果,但由于聚乙烯粉末涂料廠家對顏料及助劑的選擇不同,過分地追求利潤不管質量的做法,致使護欄在使用過程中短期內變色,嚴重影響護欄的美觀,是護欄生產廠家上當受騙,造成嚴重的后果。要想長期保持顏色的鮮艷程度,嚴格地選擇顏料是至關重要的,顏料的耐候等級要達到或接近頂級,某些顏料為滿足高耐候性的要求,必須經過系列的特殊處理。檢測聚乙烯粉末涂料的變色性最好的方法是人工加速老化,觀察顏色的變化情況及色差大小。
(二)塑料性能的下降 其它種類的老化,諸如粉化、失光、龜裂、剝離等現象主要是塑料性能的下降,聚乙烯粉末涂料暴露在日光下,其吸收光的基團受到激發而生成自由基,這與紫外光的能量、聚乙烯的結構以及其中的一些雜質有關,因為有氧的存在,同時被氧化,而且,熱氧化過程可能與光氧化過程疊加在一起(通常將總過程看作是光氧化過程)。在日光紫外線的作用下,伴隨空氣中的氧、臭氧、NO2、H2S、水的影響,聚乙烯粉末涂層的塑料性能慢慢下降,主要體現在斷裂伸長率和拉伸強度的下降,隨著時間的推移,慢慢出現粉化、失光、龜裂、剝離等現象。好的聚乙烯粉末涂料對原材料的選擇很嚴格,同時加入相應的系列助劑,可以大大延緩涂層的老化,不同廠家的聚乙烯粉末涂料的耐老化差別較大,護欄生產廠家在選料時應該精心篩選,粉末涂料生產廠家至少應該有權威部門的人工加速老化試驗,護欄生產廠家在選擇聚乙烯粉末涂料時,可以對比進行人工加速老化,然后測試斷裂伸長率和拉伸強度的保持率,在相同的條件下,斷裂伸長率的保持率和拉伸強度的保持率越高越好。