Одним из факторов, ограничивающих применение инженерных пластиков (например листового полипропилена, полиэтилена и т.д.) при повышенной температуре, является их тенденция не только к размягчению, но и к разрушению. Термическое разрушение определяет верхнюю границу рабочей температуры материала, однако, в случае если не принять соответствующих мер, значимые степени деградации материала могут наблюдаться и при более низких температурах.

Термическое разрушение полимерных материалов определяют как старение или изнашивание молекулярной структуры при перегреве. При высоких температурах компоненты молекулярной цепочки начинают разделяться (молекулярное расщепление) и воздействуют друг на друга меняя свойства материала. Этот процесс является одним из механизмов деградации полимеров, вызывающихся различными факторами, в частности:

• Тепло (термическая деградация и термическая окислительная деградация при наличии кислорода)
• Свет (фотодеградация)
• Кислород (окислительная деградация)
• Климат (в основном УФ – деградация)

В целом, способность конкретного термопласта сопротивляться данным процессам называют стабильностью термопласта. Любое изделие из термопластов подвергается воздействию одного или нескольких вышеуказанных факторов, приводящих к ухудшению свойств материала. Фактически процесс деградации материала неизбежен и со временем он только ускоряется, если данный процесс не прерван каким-либо способом. Меняться может лишь время, через которое деградация становится очевидной, т.е. пользователь начинает замечать изменение свойств материала.


Последствия термической деградации

Химические реакции, определяющие процесс термической деградации приводят к изменению физических и оптических свойств материала по сравнению с начальными параметрами. Термическая деградация, в основном, приводит к изменению молекулярной массы полимера, что в свою очередь приводит к следующим изменениям свойств

• Снижение пластичности и увеличение хрупкости
• Появление «меловых пятен»
• Изменение цвета
• Растрескивание
• Общее ухудшение большинства механических свойств

Преобладающий механизм деградации и степень сопротивления материала этому процессу определяются конкретными условиями эксплуатации и видом материала:

Полипропилен (ПП) в значительной степени подвержен термической деградации, даже при нормальных температурах, и в связи с этим этот материал требует соответствующей защиты. Термическая деградация вызывает расщепление молекулярных цепочек данного материала, что приводит к уменьшению его молекулярной массы. В результате снижается пластичность и увеличивается хрупкость, что может приводить к разрушению материала под нагрузкой.

Полиэтилен (ПЭ) также сильно подвержен термической деградации, в результате чего происходит разветвление молекулярных цепочек материала, приводящее к росту хрупкости, уменьшению показателя индекса текучести расплава и изменениям цвета.

Поливинилхлорид (ПВХ) также подвержен термической деградации, особенно в процессе производства (при отсутствии соответствующих стабилизаторов), в результате чего его свойства значительно ухудшаются.

В то же время фторопласты, такие как PTFE, FEP, PVDF, ECTFE и др. обладают великолепным естественным сопротивлением термической деградации, в связи с наличием в их молекулярной структуре чрезвычайно сильных связей C-F, и не требует дополнительной защиты.

Великолепной стойкостью к термической деградации обладает также PEEK.


Механизм термической деградации

В процессе термической деградации, равно как и в других типах деградаций полимерных материалов принято выделять следующие стадии:

Начало
Начало процесса деградации характеризуется потерей молекулярными цепочками атомов водорода вследствие воздействия тепловой или световой энергии, с образованием чрезвычайно активных и нестабильных свободных радикалов и атома водорода с непарным электроном.

Распространение
Распространение процесса деградации характеризуется множеством различных реакций, в частности в ходе одной из них свободные радикалы вступают в реакцию с молекулами кислорода, образуя перекисные радикалы, которые в дальнейшем отрывают атомы водорода у других молекулярных цепочек с образованием гидропероксидов, порождающие новые свободные радикалы. Таким образом, процесс идет с постоянным ускорением.

Прекращение
Прекращение процесса деградации характеризуется очисткой от свободных радикалов. Это происходит либо при объединении свободных радикалов, либо после введения в состав материала соответствующих стабилизаторов.