高分子材料的耐热和耐热老化_【严说一点】

耐热性能是高分子材料的一项重要指标，也是选择高分子材料的使用场合的重要依据，这里我们就说说高分子材料的耐热性能。说到高分子材料的耐热，我们要谈谈其耐热和耐热老化，其实很多时候人们分不清是这两种概念。...

高分子材料真是好东西，它在我们日常生活、工业生产的各个场合几乎都可以看到！当然有一点比不上金属材料，俗话说：真金不怕火炼。金属材料很多可以耐几百、上千度，而高分子材料就耐不了那么多温度了。不过高分子材料也绝不气馁，因为它相信人类不是生活在“水深火热”之中，所以机会很多。而且一般的温度，如1、2百度甚至再高些，高分子有很多的兄弟姐妹可以挺身而出的。

耐热性能是高分子材料的一项重要指标，也是选择高分子材料的使用场合的重要依据，这里我们就说说高分子材料的耐热性能。

说到高分子材料的耐热，我们要谈谈其耐热和耐热老化，其实很多时候人们分不清是这两种概念。为了更好的说明这个问题，我们以聚丙烯（PP）为例。PP是目前几乎是用作微波炉内容器的首选材料，所以其耐热性是蛮好的。但如果把一个PP盒子放在100℃烘箱里，几天之后拿出来，这个盒子就会变脆，手一瓣就会碎掉。这就是聚丙烯（PP）材料身上的悖论：耐热性蛮好，耐热老化性能较差？为毛这样？要分析这个问题得从一个比较学术的角度来阐述，看官不要扔鸡蛋，说得好可以给点红包。

聚丙烯（PP）是利用丙烯聚合得到的高分子材料，其化学反应式如下：

右边那个家伙就是聚丙烯，和聚乙烯的分子链很相似，就是上边多了一个小尾巴，我们叫它甲基（-CH3），根据甲基的位置不同又分为无规、间规、等规聚丙烯....撤远了越来越复杂了，打住，这个问题以后再说。大多数情况下人家都是守规矩的，所以聚丙烯的结构比较规整，排的整整齐齐的，达到了“军事化的程度”。大家看分子里横竖排的整齐的是什么？对了，就是结晶！军事化程度高，部队就有战斗力。高分子材料也类似，聚丙烯的结晶程度高，所以熔点也高，所以耐热性能较好。但为什么耐热老化不好呢？这就要再回到那个“拖油瓶”的甲基。因为这个甲基的存在，这样和它相连的那个碳原子三面都和碳原子相连，这个碳就叫叔碳，和它相连的那个氢原子容易脱去。从学术上来讲，叔碳上的电荷可以分散到周边原子上形成“亚稳态”...又有点远了，回来。换个说法，这个叔碳原子其他三个相连的元素都是碳原子，而另一个是氢原子，好像大家不是一伙的哎，所以这个氢难免不合群，会跑掉。特别是受热了，做了热身运动，更会跑！跑了肿么办呢？空气无处不在，空气中有富含活跃分子“氧”，一有机会，氧就占据这个位置，这就发生氧化反应了。大家都知道高分子材料一发生氧化，那么慢慢的就会完蛋！（这一点我会在以后介绍高分子材料抗氧化或抗老化时详谈）。

前面啰啰嗦嗦一大堆，不知看官们明白了没有。那么如何判断高分子材料的耐热或是耐老化性能？

一、高分子材料的耐热性能和耐老化性能的判断

1、如何判断耐热性能

如果您学过化学，那好，直接看材料的分子式，看看高分子链上的基团。如果高分子链特别是主链上含有苯环结构、极性基团，其耐热性将会有较大提高。以聚酯类产品为例：脂肪族聚酯耐热较差，一般作为涂料使用，很少作为结构性材料使用；而PET、PBT属于半芳香族聚酯，可以耐100℃或以上较高温度，他们是性能优越的工程塑料；而对于全芳香族聚酯，那就是高分子材料中的贵族了，即热致性液晶高分子（TLCP），性能非常优越，可耐300-400℃（TLCP材料以后将做详细介绍）。而对于俗称尼龙的聚酰胺，因为含有酰胺基这个极性基团，分子内容易形成氢键，所以尼龙也具有良好的耐热性能，而且在尼龙系列中，酰胺基含量越高，其耐热性越好。

另外材料的结晶性能也会影响其耐热性，最典型的就是聚乙烯，其结构相似，LLDPE、LDPE、HDPE随着结晶程度的提高，其耐热性能也相应提高。

上述是对材料的微观结构进行分析，有点比较复杂，如果我们拿到产品说明书，看说明书上几个指标也可以判断材料耐热性，熔点、玻璃化温度、维卡软化点。如果这几个指标比较高，那么其耐热性较好（三个不同时显示，因为有点高分子有熔点，有的没有）。

2、如何判断耐热老化性能

前面我们讲述了聚丙烯为何耐热老化不好的原因，是因为高分子链上有叔碳氢元素这一不稳定因素。推而广之，当高分子链上含有不稳定基团，如含双键的聚异戊二烯、含苄氢元素的聚苯乙烯等，耐热老化较差。

（其实，前面讲的种种是卖弄点专业，提高逼格用的，这里偷偷告诉一简单的判断高分子材料的耐热性能和耐老化性能的方法。耐热性能的判断可以取一点材料放在铁片上，下面用打火机烧，根据火机离铁片的距离，判断是否容易熔化或变软。耐老化性能可以举一个材料放在太阳下暴晒十天半个月，看是否发脆。专业一点放在烘箱里设定一个稳定，烘个十天半个月，看是否发脆。）

二、如何提高高分子材料的耐热性能和耐热老化性能

1、如何提高高分子材料的耐热性能

说到这，人们会想换一个耐热性能好的材料不就得了？可是要知道一般情况耐热性能好也就意味着价格高。而且很多时候是在原有材料基础上开发，很多其他性能已经验证过，都OK了，难道抛弃原有经验，另起炉灶？而且很多时候，只需要提高三、五十度，看起来没那么难。所以更多时候人们想到通过改性来提高材料的耐热性能。那么有哪些改性方法呢？

交联，可以很好的提高高分子材料的方法。一个偶然的机会，发现在天然橡胶中加入硫，可以把麦芽糖一样的天然橡胶变成弹性体，耐热性大大提高，使其具有更好、更广泛的用途，这也几乎是高分子材料的发端。参考橡胶的交联，在塑料材料中发展了化学交联、硅烷交联、辐照交联几种方法。交联后可以使材料的耐热性能提高数十度。

填充改性，这一点在聚丙烯（PP）上面体现的非常明显，聚丙烯综合性能不错，本身的耐热性较好，价格又便宜，如果能够再提高个几十度，可以代替好多价格高一些的材料。填充改性又分为矿物填充和玻纤填充。玻纤填充的耐热性能更好些，但成本高。矿物填充虽然耐热略差些，但价格便宜，可以增加其他的性能，而且选择的余地多，如滑石粉、高岭土、硅微石...（需要具体的矿物填充材料，可以咨询填料专家——阿凡提新材料有限公司，蒋德刚蒋总可以提供多种矿物填充材料,以及整体解决方案）

2、如何提高高分子材料的耐热老化性能

如何提高高分子材料的耐热老化性能？最常用的方法就是在材料中加入耐热老化的助剂。最常用的就是加入抗氧剂，而且也是目前最有效的方法。（这一点我将在抗氧剂在聚合物的应用的详细介绍）