有机材料的耐久性和寿命的预测

发布时间：87年02月26日

大沢善次郎编译张东峰

今天可以说迎来了第二次产业革命。因而，有机高分子材料起的作用也就愈来愈大。人们对通用高分子直到工程塑料以及高功能分子的期望也就愈大。

有机材料已在宇宙，航空，电子、信息，医疗，生物工程等尖端产业领域被广泛使用。这充分说明其使用的环境愈来愈恶劣，对有机材料要求的条件也愈来愈高。

有机材料只有在日光，风雨，雪，高温，严寒，高能放射线等恶劣环境下耐用，其安全性得到证实后，才有可能取得用户的信赖。

材料劣化的要因

许多有机材料在各种环境里长期被使用的过程中，就受到物理和化学方面的作用及影响其物理参数也就随着时间的推移而下降。这就是劣化现象，以致最后将失去其全部实用价值。

有机材料在自然环境下，由于受到上述等各种原因的直接或交叉影响，因而，要分析清楚受到的是那些影响而引起，劣化是困难的。

然而，只有对有机材料的寿命作出准确的预测，才能向用户保证该产品的有效使用期限及其安全性问题。

曰航巨型喷气机和美国航天飞机的失事

继去年日航巨型喷气机坠落之后，最近，美国航天飞机又出了爆炸事故。这两件重大事故是可悲的，夺走了许多人的生命，而且使人们对宇宙和空中的旅行失去了信心。

据说，日航飞机发生事故的原因是由于飞机后部的压力隔板的金属材料疲劳而被破坏引起的。美国航天飞机是由于用在固体火箭外侧的接缝橡皮密封腐蚀而引起的。

这两件可悲事故都是由于材料缺乏耐久性能而引起的。这说明了提高材料的耐久性和对材料寿命的预测是何等重要的研究工作啊！

然而，人们研究的对象往往只集中于人们平常所关心的一些领域，而对于诸如材料的耐久性，劣化，寿命预测这类研究工作就往往被忽视了。这两件重大事故不能不说给人们及时地敲起了警钟。

人们一旦对材料的可靠性失去了信心后，要恢复其信赖感就非常困难了。对于这些领域的研究是非常枯燥无味的艰难工作，然而它对人的生命却关系重大。

提高材料耐久性的技术

提高有机材料耐久性的技术始终随着高分子科学的进步而进步，与它的发展而发展。图2是说明提高有机材料耐久性的技术概要。

众所周知，通用高分子之所以能像今天这样被大量使用，与氧化防止剂、紫外线吸收剂，金属惰性化剂等的出现有很大关系。而且，这些安定剂的开发研究工作仍在积极进行。

与此同时，聚合技术和加工技术的进步以及复合化技术取得的进展，都对提高有机材料的技术起了很大的推动作用。

然而，仅靠这些药品要提高有机材料的耐久性技术还是有一定限度的。例如聚烯烃要提高其耐热性是不可能的。于是，就开发了具有先天耐久性化学结构的工程塑料或各种耐热性高分子。它们都被认为是尖端产业的得力助手。并继续在研究开发这类高分子。

人们还想利用这些高分子在改进加工技术以及在提高聚合化和耐久性方面能发挥作用。在新技术展览会上展出的绝大多数产品都是用这种材料制成的。

功能性材料的耐久性

人们对功能性材料的要求愈来愈迫切。为了开发具有高功能的材料，人们正在积极攻关。对于功能性材料而言，即使发现了有非常优异功能，如具有特殊功能的敏感元件，若它没有长期稳定的功能，就不可能有实用价值了。

换句话说，功能的耐久性对材料来说，是非常重要的条件，这是开发新材料的关键。

功能性材料有两大类型：（1）有机材料本身具有特殊功能的。（2）把具有功能的填料与高分子粘合料混合制成的。前一种材料的弱点是高分子本身的特殊功能的耐久性是否靠得住。而后一种材料的弱点是填料和粘合料各自的功能以及两者界面的功能中仍包含着劣化的因素。

有些产品已用功能性材料制成的，但由于有些材料不具有耐久性功能，其中不少商品的使用寿命短，用途狭窄，不受用户欢迎。

若这些材料的耐久性能进一步提高，其产品的用途也就会进一步扩大。在1986年新技术展览会上展出了许多用功能性材料制成的产品。

材料的寿命预测

正确评价材料的耐久性并预测材料的寿命跟开发材料一样非常重要。这正如一辆车子的两个轮子一样。

最可靠的评价方法是在材料被使用着的环境下做现场试验。但人们总不喜欢在现场做如此长时间的试验。

日本电信电话公司曾对本公司开发的地下配线电缆及其连接部分在现场作了长达10年之久的试验。从而确认了其耐久性和地下配线方式的可靠性。做这种试验的目的是想把电线埋在地下去，除去地面电线杆，使城市显得更美。

评价在户外用的材料耐久性（耐候性）的方法有户外暴露试验和促进试验两种。目前在美国的亚利桑那州和佛罗里达州以及日本北海道的铫子等处都设有户外暴露试验场。

据说暴露式试验法虽时间长，但可靠性高。而且这两种试验法之间的连带关系以及所用的机器和有关仪器也已得到进一步改善了。

促进试验法仍需要长时间。有人主张用短期内进行评价，以提高评价效率。

据说美国斯加沃尔扎林财团为了用促进试验法评价各种产品的耐久性，最近研制成功了大型耐候性测定机。该机装在降雪耐候试验室。在该室，每六天就能出现一年中的太阳光，雨、风，温湿度等各种变化。这大大缩短了试验时间。

最近，日本海洋科学技术中心对正在开发中的六千米级潜水调查船（世界第三号）做了高压破坏试验。据说该船在水深约一万四千米处也能经受得住水的压力。当然世界上是没有这样深的海。

人的寿命和材料的寿命

日本人的寿命已大大延伸了。据统计平均寿命约为80岁。泉重千代还活到120岁，她是世界上的最长寿者。120年对有机材料是够长的了。

日本人之所以寿命如此之长，在很大程度上与医学和医疗技术的进步、新药品的开发，生活环境的改善等有关。

人的头脑及肌肉跟其他的器官一样，若使用得恰如其分，反而能得到进一步强化。也可以给人体打预防针，身体不舒服或患了病时，可请医生看看，接受适当治疗。另一方面，材料的情况究竟如何呢？材料无论在怎样恶劣环境下被曝晒，材料本身无法发出怨言，只能忍受下去，直到无法忍受为止。对于材料来说，它的耐久性随着时间的推移而下降，而绝不可能得到加强。

由于材料不能说话，为此，人们应对它被用的环境及发生劣化的原因进行预测，或者用合适药品进行预防，或者从根本上改变它的化学结构。一句话，人们有必要开发早期就能发现材料劣化的新技术。

可以预料，在不很远的将来人们将会开发出具有像人一样优异功能的有机材料。为此，当开发新材料时，必须站在材料的立场进行设计，处处为材料着想。

材料的研究动向

欧美各先进国家都把材料列为一项极为重要的研究开发对象。英国橡胶制造业的研究员们为了使容易老化的天然橡胶重新获得实用化曾作出了贡献。这研究成果大大推动了对材料的深入研究工作。参与该项科研的许多人仍在积极投入于科研工作。他们已出版了有关材料的专业性学术杂志。

日本对材料领域的研究工作的重要性认识不足。目前虽有一些研究小组在继续开展这方面的研究活动，但其中大多数研究小组的研究是属于初级的。其中，高分子学会于1970年成立了“高分子的崩溃与安定化研究会”。纤维学会于1984年成立了“材料老化研究会”。

另外，工业技术院所属的研究机构也早就有计划地开展了研究活动。在1972 ~ 1979年间开展了“关于高分子材料的耐久性研究”，并从1981年起先后出版了两本有关研究成果的书刊。

日本“老化测试中心”受工业技术院委托调查及测试了该院的研究成果。并从1976年起出版了书刊，公布了工业技术院研制产品的耐久性及耐候性标准化的调查报告。

日本承办于今年11月25日由斯加沃尔扎林主办的关于“材料老化专题国际会议”。

1986年新技术展览会上的展出品

纤维学会在今年5月14日和15日在东京“虎之门”的国立教育会馆举办了“1986年新技术展览会”。有20多家企业的产品参加了展览。这是一次新技术和新产品交流的盛会。其主要展品如下：

（1）耐久性产品：沥青系碳纤维（神户钢厂）。高强力“阿拉米德”纤维HM - 50（帝国人造丝公司）。磷肌酸（Phosphagen）关联制品，纤维难烧剂(P=N)_n结合特殊弹性体（新日本苏打化学工业公司）。以沥青系碳纤维为基体的土木及建筑用材料等。（吴羽化学公司）

（2）功能性产品：用有机高分子系湿度敏感元件制成的温湿度计（日清纺织公司）。大型农用筛选机（三菱人造丝公司）。可导电纤维“桑达纶”SS-N（日本蚕毛染色公司）等。