塑料的磨損類別與機理(6)
老化磨損
英國塑料聯合會給氣候老化下的定義是：“氣候老化是聚合物長時間暴露于戶外大氣條件下而引起塑料的色度、外貌和物理性質發生變化的一種現象。”塑料老化的原因并非只有氣候。Stager給老化下的定義是：“在使用條件下，工藝氣候的、機械的、物理的、化學的和電的效應綜合作用于聚合物的表面和內部，以不可逆的過程導致聚合物最終變質。”由此可見，塑料的老化是自身不斷進行與不可避免的過程。但這個過程可快可慢，與下述因素有關：
1)太陽光由紫外光、可見光與紅外光等不同波長的光組成。其中能夠引發塑料反應的輻射能首先被吸收，而被吸收的輻射能的頻率與被照射基因的化學結構有關。反應的引發取決于光線的波長(以每個光子的能量表示)，而不是一段時間內吸收的總能量(假定這段時間比被激發原子的衰變時間長)。研究表明，使分子價鍵斷裂的能量為(50〜100)×4.1868KJ/mol，而以波長350nm的光線照射時，能量相當于82×4.1868KJ/moL這種波長的光，其波長位于到達地球表面的太陽光譜帶的中部，數量約占5%。
2) 紫外線、水與紅外線(加熱)結合在一起，比單純紫外線的降解能力強。這是因為熱、潮濕(還包括氧)能使塑料及其添加劑發生變化，從而使塑料及其中的添加劑對紫外線的吸收移向能夠發生光化學降解的波長位置。
3) 溫度升高，降解加速。溫度提高10℃，降解速度將提高一倍。交替改變塑料的受熱狀態，則塑料由于過度的膨脹和收縮，會使表面出現裂紋。如果材料在成型加工后殘存內應力，裂紋更加顯著。
4) 在正常的環境溫度下，塑料和氧也會有反應，但很緩慢。而高溫，潮濕和紫外線的協同效應，會使反應降解嚴重得多。
5) 水對塑料的耐候性有重要作用。它既能提髙又可以降低塑料的耐侯性。當塑料產生了溶于水的降解產物，而這些降解產物的存在會進一步偶化塑料分解時，水可以洗掉這些降解產物，這對它是有利的。但在更多情況下，它是有害的，因為它能夠脫除象可溶性穩定劑和抗氧劑這些對塑料來說不可缺少的添加劑。而且由于某些塑料氧化生成水解的基因，對水的降解作用更為敏感。
6) 濕度和溫度驟然變化的綜合作用后果特別嚴重。環境中凝結的水，比直接出雨水等潤濕更具有侵蝕性，使得表面缺陷的產生與發展更快。
7) 微生物的直接侵蝕作用或由微生物的排泄物引起的間接腐蝕作用是很嚴重的。當然，微生物的侵蝕通常限于埋在地下、浸入水中或暴露在熱帶氣候下的材料。
8) 灰塵、工業廢氣、鹽以及攜帶細紗的海風等，也引起塑料降解，這不僅有化學侵蝕作用，也有物理磨蝕作用。當然，摩擦中產生的磨屑也有這類作用。
9) 最后，應力的作用也十分重要。必須考慮到初始分子結構承受應力場變化的能力。上述各種因素作用的結果最重要的變化是鏈的斷裂，使分子結構局部變弱，并使在一般應力場作用下產生亞微觀空隙的可能性進一步增加。事實上，大多數破壞性的氣候性老化缺陷，是由于應力作用與塑料降解這兩者造成的。雖然一般認為紫外線和水對溶解起主要作用，但只有全部作用因素的總和，才能決定塑料是否適于某種應用。在討論的摩擦工況中，顯然紫外線與水并非決定性因素(露天裝置與水潤滑、在水介質中工作除外)，而應力的作用非常突出。
塑料老化本身使得摩擦表面及表層原有的優良性能下降，形貌變化，材料損失，而且還促使疲勞過程加速進行，引發內部缺陷的影響，使得其它類型的磨損易于發生。
在宏觀上，塑料在使用過程中會發坐溶脹、溶解、增塑、變色、脫層、龜裂、燒焦、重量變化及機械強度下降等外觀及性能上的變化，都是老化的特征。這些特征在使用初期不明顯，隨后逐漸顯著。
塑料由于自身老化機制引起表層性能變化，并在摩擦工況下，導致表面形貌的破壞與材料的損失就是老化磨損。老化是一個復雜的過程，本質上是大分子因光、熱、氧、高能射線、機械變形、水、微生物等長期作用，引起化學變化，導致大分子的交聯與大分子的裂解，即發生化學作用；或是大分子間的作用力被破壞，即發生物理作用。
作為摩擦件的塑料，其表面一般都在較髙溫度下工作，又難以避免光、氧、水等環境因素的影響。特別是，它總處于反復受力與反復變形狀態，處于微振動的作用下，所有這些因素都會使其加速老化。
在老化初期，表現為變色，對性能沒有影響，但即使在初期，因熱的作用與氧化的影響，表面大分子裂解，在表面上出現低分子物，易于在應力作用下脫離基體成為磨損產物。在老化后期時，大分子失去了柔韌性，不但表面，有時整體都會發粘，變得僵硬，發脆、起層、龜裂、強度下降。剛出現這種現象時，如在摩擦熱與摩擦應力作用下，表面材料磨損速率加大。
老化磨損與腐蝕磨損是有區別的。腐蝕磨損是一些腐蝕性物質與摩擦表面發生化學反應，導致反應及反應物與基體結合不牢，從而脫落，這只有在特定環境中才會發生。老化磨損是在正常環境中就不斷發生的自然現象，是無法完全避免的。
顯然，老化磨損與疲勞磨損在機理上、破壞方式與表現上也都是不同的，我們探討塑料老化導致磨損的機理與提出老化磨損這一概念，希望有志者在試驗的基礎上，對機理等方面有更深入、更全面的解釋，并提出定量的關系式。
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