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导致土工合成材料老化的原因有哪些

更新时间  2021年04月19日 10:18:42 关键词   土工材料产品 土工材料老化
土工合成材料系由聚合物高分子原材料经加工制成。 它们在储运、 施工和在长期工作期间会因各种原因引起质变, 使性能恶化, 此类现象称为老化。 材料老化有多种表现: 外观变色、 表面龟裂、 脆化、 丧失光泽、 分子量下降等, 其中最具重要意义的是其力学性能衰变, 如材料的抗拉强度和破坏应变均明显降低, 不同程度地影响到工程的正常运行。高分子材料的老化或衰变是物理老化和化学老化的组合效应。 物理老化是材料力图从制造时的非平衡状态恢复到平衡状态所导致, 它们不会造成分子价键的破坏。 相反, 化学老化却会引起大分子主键、 分子间交联被剪断和侧基的化学反应, 造成材料的力学性能变坏, 终至破坏。 为此, 在工程应用中要特别注意化学老化的负面影响。 高分子材料的衰变受多种因素的作用, 包括吸水膨胀、 析出破坏、 生物破坏, 更重要的是紫外线照射和氧化降解。吸水使材料体积增大, 这种破坏在一定程度上是可逆过程。 析出破坏是指材料长期处于化学剂或液体之中, 部分掺入其中的添加剂会跑了出来, 其后果是使材料逐渐变脆。 当稳定剂和抗氧化剂被析出, 让材料经受继后的氧化, 析出效应便显得重要。 生物破坏是材料受生物侵袭和受小动物啮咬破坏造成。
导致土工合成材料老化的原因有哪些
 
紫外线照射造成的光衰变和氧化衰变是土工合成材料老化的最重要元凶。 太阳辐射到地球大气层的光是连续光谱, 由于大气过滤, 达到地表的实际是波长为 290 N450∏扮的紫外光, 它会引起材料的光氧老化, 加上温度造成的热氧老化, 它们的总能量明显高于土工材料一些化学键的键能。 高分子材料具有一定的分子结构, 其中某些部分只有弱键,这些弱键就成为化学反应的突破口。 以此为起点, 引发系列效应, 致使材料的分子发生变化, 相对分子量下降或引起交联, 材料性能变坏, 以致无法发挥其预期功能。防止老化在于采取有效措施, 阻止或减缓导致老化的内因, 使其结构稳定化。 严格来说, 老化必不可免, 所有措施无非是滞后其发展进程。 防止老化措施应从两方面着手: 一是加强材料本身的抗老化能力; 二是在使用过程中给予保护。 材料抗老化最简单有效的方法是往其中掺入添加剂。 例如纯净的聚丙烯因其碳原子上存在易于移动的氢原子, 不能用于室外。 但若在其中掺入水杨酸苯酯和碳黑, 借其吸收紫外线和遮蔽作用以及它们具有许多自由电子, 就可以阻止高分子材料的降解而使其结构稳定。 常州塑料编织总厂早在1986 年即与有关研究单位联合攻关, 于 1989 年将聚丙烯防老化织物正式投产。 针对不同的抗氧化剂、 光稳定剂、 紫外线吸收剂和光屏蔽剂等进行优化组合, 找到一种添加剂间即相互协同, 又没有相互阻抗的合理配方, 按此制造出的产品的老化寿命超过了普通聚丙烯寿命的20 倍。 目前抗老化技术已普遍用于土工合成材料制造工艺。

在使用过程中, 土工合成材料对周围环境影响很敏感。 材料的衰变破坏需要的能量,日光、 热和氧会给予提供, 其中以日光为最。 高温时比低温时衰变快。 材料外露, 氧供应量高, 日光照射强, 比隐蔽时的衰变快。 为此, 无论是在储运、 施工和长期运营中, 都要注意对材料的保护。 最一般的要求, 是材料铺设后, 要尽快在其上覆盖土料, 厚度不小于约30c扮; 材料在水下, 由于供养仅是暴露于大气的约1/8, 故材料为水覆盖, 氧化衰变亦较慢。 不在土中或水中的土工合成材料, 例如设在混凝土坝和砌石坝上游面的防渗层土工膜, 也要以适当的防老化涂料保护, 如用水泥砂浆或薄层混凝土。


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