在我們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，硅膠和TPE(熱塑性彈性體)這兩種材料可謂無處不在。從嬰兒奶嘴、手機(jī)保護(hù)套，到汽車零部件、醫(yī)療器械，它們的身影頻繁出現(xiàn)。硅膠以其優(yōu)異的耐高溫、耐低溫性能，良好的生物相容性和柔軟觸感，深受消費(fèi)者喜愛;TPE則憑借可回收利用、加工性能好、手感舒適等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域嶄露頭角。隨著使用時(shí)間的延長，不少人發(fā)現(xiàn)原本柔軟的硅膠或TPE制品逐漸變硬，性能大打折扣。這究竟是為什么呢?我們將深入剖析硅膠和TPE老化變硬背后的科學(xué)原理。

硅膠老化變硬的原因剖析

化學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

硅膠是一種高活性吸附材料，屬非晶態(tài)物質(zhì)，其化學(xué)分子式為mSiO?·nH?O。它由硅氧鍵（Si – O – Si）構(gòu)成主鏈骨架，硅原子上還連接著各種有機(jī)基團(tuán)，如甲基、乙烯基等。這種獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予了硅膠諸多優(yōu)良性能，但同時(shí)也使其在特定環(huán)境下容易發(fā)生老化反應(yīng)。

氧化反應(yīng)

氧化是導(dǎo)致硅膠老化的一個(gè)重要因素。在空氣中，氧氣無處不在，硅膠表面的硅原子容易與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硅氧自由基。這些自由基非常活躍，會(huì)進(jìn)一步引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致硅膠分子鏈斷裂或交聯(lián)。當(dāng)分子鏈斷裂時(shí)，硅膠的分子量降低，原本緊密有序的結(jié)構(gòu)變得松散，物理性能如強(qiáng)度、彈性等隨之下降；而當(dāng)分子鏈過度交聯(lián)時(shí)，硅膠內(nèi)部會(huì)形成更多的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得材料變硬、變脆，失去原有的柔軟性和彈性。長期暴露在空氣中的硅膠密封圈，其邊緣會(huì)逐漸變硬、開裂，就是因?yàn)檠趸磻?yīng)不斷破壞硅膠的分子結(jié)構(gòu)。

熱老化

溫度對(duì)硅膠的老化有著顯著影響。當(dāng)硅膠處于較高溫度環(huán)境中時(shí)，硅氧鍵的振動(dòng)頻率增加，鍵能減弱，更容易發(fā)生斷裂。高溫還會(huì)加速氧化反應(yīng)的進(jìn)行，使硅膠老化的速度大幅加快。硅膠的使用溫度范圍在 -60℃到 250℃之間，但超過這個(gè)范圍，尤其是長時(shí)間處于高溫下，硅膠的性能會(huì)迅速惡化。比如，在一些工業(yè)設(shè)備中，靠近熱源的硅膠墊片，由于長期承受高溫，會(huì)逐漸變硬、失去密封性能，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)泄漏等問題。

紫外線照射

紫外線具有較高的能量，能夠破壞硅膠分子中的化學(xué)鍵。當(dāng)硅膠制品暴露在陽光下時(shí)，紫外線會(huì)引發(fā)硅膠分子鏈的光解反應(yīng)，使分子鏈斷裂，產(chǎn)生自由基。這些自由基會(huì)進(jìn)一步引發(fā)一系列的氧化和交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致硅膠老化變硬。戶外的硅膠燈帶，經(jīng)過一段時(shí)間的陽光照射后，燈帶表面會(huì)變得粗糙、發(fā)硬，甚至出現(xiàn)裂紋，影響其發(fā)光效果和使用壽命。

化學(xué)物質(zhì)侵蝕

某些化學(xué)物質(zhì)，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑等，會(huì)對(duì)硅膠產(chǎn)生侵蝕作用。這些化學(xué)物質(zhì)能夠與硅膠分子中的硅原子或有機(jī)基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞硅膠的分子結(jié)構(gòu)。強(qiáng)酸可以與硅膠中的硅氧鍵發(fā)生反應(yīng)，生成硅酸鹽等物質(zhì)，導(dǎo)致硅膠的物理性能發(fā)生改變；有機(jī)溶劑則可能會(huì)溶解硅膠中的某些成分，使硅膠變軟、變形，隨后在溶劑揮發(fā)后，硅膠又可能因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變而變硬。在一些化工生產(chǎn)環(huán)境中，硅膠管道如果接觸到具有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)，很快就會(huì)出現(xiàn)老化變硬、泄漏等問題。

TPE老化變硬的原因剖析

分子鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

TPE是由硬段和軟段組成的嵌段共聚物。硬段通常是由聚苯乙烯、聚丙烯等剛性鏈段構(gòu)成，軟段則是由聚丁二烯、聚異戊二烯等柔性鏈段組成。這種獨(dú)特的分子鏈結(jié)構(gòu)使得TPE既具有橡膠的高彈性，又具備塑料的加工性能。這種結(jié)構(gòu)也決定了TPE在老化過程中容易受到多種因素的影響。

熱氧老化

熱氧老化是TPE老化的主要形式之一。在高溫和有氧的環(huán)境下，TPE分子鏈中的不飽和鍵（如雙鍵）容易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成過氧化物。這些過氧化物會(huì)進(jìn)一步分解，產(chǎn)生自由基，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致分子鏈斷裂或交聯(lián)。與硅膠類似，分子鏈斷裂會(huì)使TPE的分子量降低，性能下降；而分子鏈過度交聯(lián)則會(huì)使TPE變硬、變脆。在一些需要高溫加工的TPE制品生產(chǎn)過程中，如果加工溫度控制不當(dāng)，或者加工時(shí)間過長，TPE材料就容易發(fā)生熱氧老化，導(dǎo)致制品變硬，影響其使用性能。

光老化

紫外線對(duì)TPE的老化作用也不容忽視。紫外線能夠使TPE分子鏈中的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，產(chǎn)生自由基。這些自由基會(huì)引發(fā)一系列的光氧化反應(yīng)，導(dǎo)致TPE的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。紫外線還可能會(huì)使TPE中的添加劑（如抗氧化劑、光穩(wěn)定劑等）發(fā)生分解或失效，進(jìn)一步加速TPE的老化過程。比如，戶外的TPE玩具，經(jīng)過一段時(shí)間的陽光照射后，表面會(huì)變得發(fā)硬、褪色，失去原有的柔軟性和光澤。

機(jī)械應(yīng)力作用

在長期的使用過程中，TPE制品會(huì)受到各種機(jī)械應(yīng)力的作用，如拉伸、壓縮、彎曲等。這些機(jī)械應(yīng)力會(huì)使TPE分子鏈發(fā)生取向和變形，當(dāng)應(yīng)力超過一定限度時(shí)，分子鏈可能會(huì)發(fā)生斷裂。機(jī)械應(yīng)力還會(huì)加速TPE分子鏈與氧氣之間的反應(yīng)，促進(jìn)熱氧老化和光老化過程的進(jìn)行。汽車上使用的TPE減震墊，在車輛行駛過程中不斷受到振動(dòng)和擠壓，長期下來，減震墊會(huì)逐漸變硬，減震效果變差。

添加劑的影響

為了改善TPE的性能，通常會(huì)向其中添加各種添加劑，如抗氧化劑、光穩(wěn)定劑、增塑劑等。這些添加劑在長期使用過程中可能會(huì)發(fā)生揮發(fā)、遷移或分解，導(dǎo)致TPE的性能發(fā)生變化。增塑劑能夠增加TPE的柔軟性和彈性，但如果增塑劑揮發(fā)或遷移到制品表面，TPE的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)變得緊密，硬度增加。一些添加劑可能會(huì)與TPE分子鏈發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞其分子結(jié)構(gòu)，加速TPE的老化變硬過程。

預(yù)防硅膠和TPE老化變硬的措施

材料選擇與配方優(yōu)化

在生產(chǎn)硅膠和TPE制品時(shí)，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的使用環(huán)境和要求，選擇合適的材料和配方。對(duì)于需要長期暴露在戶外或高溫環(huán)境下的制品，應(yīng)選擇具有良好耐候性和耐熱性的硅膠或TPE材料，并在配方中添加適量的抗氧化劑、光穩(wěn)定劑等，以提高材料的抗老化能力。優(yōu)化材料的分子結(jié)構(gòu)和添加劑的種類與用量，可以在一定程度上延緩材料的老化速度。

加工工藝控制

在加工過程中，嚴(yán)格控制加工溫度、時(shí)間和壓力等參數(shù)，避免材料因過熱或加工時(shí)間過長而發(fā)生老化。在硅膠的硫化過程中，應(yīng)選擇合適的硫化溫度和時(shí)間，確保硅膠充分硫化，同時(shí)避免過度硫化導(dǎo)致材料變硬。對(duì)于TPE制品，在注塑、擠出等加工過程中，要合理調(diào)整加工參數(shù)，減少機(jī)械應(yīng)力對(duì)材料的影響，防止材料在加工過程中發(fā)生老化。

使用環(huán)境管理

盡量減少硅膠和TPE制品在惡劣環(huán)境下的使用時(shí)間。如果制品需要在戶外使用，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，如添加防曬涂層、使用遮陽罩等，以減少紫外線對(duì)材料的照射。避免制品與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑等化學(xué)物質(zhì)接觸，防止化學(xué)物質(zhì)對(duì)材料的侵蝕。對(duì)于一些高溫設(shè)備中的硅膠或TPE部件，應(yīng)采取有效的散熱措施，降低部件的工作溫度，延緩材料的老化。

定期維護(hù)與更換

對(duì)于已經(jīng)投入使用的硅膠和TPE制品，應(yīng)定期進(jìn)行檢查和維護(hù)。一旦發(fā)現(xiàn)制品出現(xiàn)老化變硬、開裂等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換，以確保產(chǎn)品的正常使用和安全性。汽車上的硅膠密封件和TPE減震墊，應(yīng)定期進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換，避免因密封不良或減震失效而導(dǎo)致車輛出現(xiàn)故障。

硅膠和TPE老化變硬是由多種因素共同作用的結(jié)果。了解這些老化原因，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，不僅可以延長硅膠和TPE制品的使用壽命，降低使用成本，還能確保產(chǎn)品的性能和安全性。隨著科技的不斷進(jìn)步，相信未來會(huì)有更多更有效的抗老化技術(shù)和材料出現(xiàn)，為硅膠和TPE在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供更可靠的保障。