摘要：运动场上的座椅突然断了，我们很多人首先想到的是“用得太久了”、“质量不过关”、“受到了外力破坏”。但在很多实际场景中，我们发现塑料件的性能衰退并非仅仅源于这些表面原因，而是隐藏在材料、环境与时间之间的复杂相互作用。这就是今天我们要来谈论的问题：塑料老化

运动场上的座椅突然断了，我们很多人首先想到的是“用得太久了”、“质量不过关”、“受到了外力破坏”。但在很多实际场景中，我们发现塑料件的性能衰退并非仅仅源于这些表面原因，而是隐藏在材料、环境与时间之间的复杂相互作用。这就是今天我们要来谈论的问题：塑料老化

老化是一种典型的“材料-环境-时间协同失效模式”，其微观结构老化失效路径如下：

1.材料内部的分子链在光照、温度等环境因素作用下，化学键开始断裂；

化学键断裂是开端

图1 常见化学键的键能及不同波长的光线能量

2.环境中的氧气、水分等小分子趁机渗入，与分子链发生反应；

小分子的参与加速了老化

图2：聚合物老化机理

3.分子链发生断裂或交联，导致材料性能下降;

性能变化是表现，如变脆、变硬、变软以及黄变

4.在力的作用下，材料的裂纹或变形逐渐显现，使产品最终无法使用。

失效是结果，与材料结构和应力大小相关

以上四个步骤揭示了完整的产品老化过程，每个环节都相互影响，协同导致塑料的老化。产品出现老化失效时，解决问题要考虑“每个环节”。

树脂老化与树脂材料、环境因素及应力状况的相互作用密切相关。

1.从树脂材料来看，“先天结构”是关键

(1)分子链中含有易被氧化的基团（如双键、羟基）的树脂，在热和氧的作用下容易断链、交联，导致材料发黄变脆；

(2)分子量分布也很重要，分子量分布宽的树脂，因分子链长短差异大，抗老化能力不如分子量分布窄的树脂；

(3)结晶性树脂中，适度的结晶度如同“防护盾”，排列整齐的晶格能在一定程度上延缓老化，但结晶度过高会使材料变脆，反而加速失效。

2.环境因素则是老化的 “催化剂”

(1)紫外线是最强的“破坏者”，能直接断裂分子链，尤其是波长在280-400nm的紫外线危害最大；

(2)高温会加速分子运动，使化学反应速率加快，并且加速分子链的断裂，就像给老化过程“加了油门”；

(3)湿度高的环境会促进水解反应，对于含有酯键、酰胺键等的树脂，简直是“温床”。

3.应力状况则是“加速器”

(1)持续的拉伸应力会使分子链排列更加规整，晶格产生滑移，容易形成晶格缺陷，在环境因素的作用下，加速老化；

(2)交变应力会导致材料内部产生疲劳，使老化裂纹更容易扩展。

以上三个方面相互作用，共同决定了塑料老化的速度和程度，改善和预防材料老化需要我们做综合考量。

误区1：塑料老化就是变脆

很多人认为塑料老化的唯一表现就是变脆，但实际上老化的表现多种多样。有些塑料老化后会变软、发粘，如聚氯乙烯（PVC）在高温下增塑剂迁移，就会出现这种情况；

理论上：

塑料老化是分子链结构发生变化导致的，分子链断裂会使材料变脆，分子链交联则可能使材料变硬、变脆，也可能因交联程度不同而出现其他性能变化。

但实际上：

不同种类的塑料，老化表现差异很大。如天然橡胶老化后会变硬、开裂，而某些聚氨酯材料老化后会变软、失去弹性。

老化的表现取决于材料的分子结构和老化机理，不能简单认为就是变脆。

误区 2：只要添加抗氧剂就能防止老化

很多人觉得添加抗氧剂是解决老化问题的万能方法，但这只是应对老化的措施之一。

事实是：

抗氧剂只能延缓氧化老化，对于紫外线、水解等引起的老化作用有限；而且抗氧剂在使用过程中会逐渐消耗，当消耗完后，老化仍会继续。

误区 3：室内的塑料不会老化

很多人认为塑料在室内不会受到阳光直射，就不会老化，但这是错误的。

事实是：

室内的灯光、温度变化、湿度等因素都会导致塑料老化，只是老化速度比户外慢一些；

特别是一些长期处于高温环境的室内塑料件，如LED灯外壳，老化速度并不慢。

误区 4：新料比再生料抗老化能力强

这是一种常见的偏见。

实际上：

判断抗老化能力的核心在于：基础树脂的分子链损伤程度、抗老化助剂的种类与含量、加工过程是否导致分子链断裂。再生料将这些因素考虑在内的话，抗老化能力不比新料差。

误区5：温度越低塑料越不容易老化

很多人以为低温能完全阻止塑料老化

实际上：

低温确实会减慢分子运动速度，降低老化反应速率；但在低温下，有些塑料会发生脆化，在应力作用下更容易出现裂纹，间接加速老化；而且某些化学介质在低温下仍能与塑料发生反应，导致老化。

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以下是常见老化敏感材料的结构特征：

1.含易反应基团的材料

含不饱和键（碳碳双键、三键）：如天然橡胶（聚异戊二烯）、丁二烯橡胶等，双键易受氧、臭氧攻击发生氧化断裂，导致材料龟裂、硬化；顺丁橡胶因分子链中双键密度高，在光照下更易发生光氧化老化。

含极性活性基团（羟基、醛基、氨基）：聚乙烯醇（含大量羟基）易吸湿后发生水解，导致力学性能下降；聚酰胺（含氨基和酰氨基）在高温高湿环境中，氨基易与水发生水解反应，使分子链断裂。

含酯键、醚键等易水解基团：聚酯（如PET）在酸性或碱性条件下，酯键易水解断裂，表现为材料变脆、强度降低；聚甲醛（含醚键）在高温下易发生解聚反应，释放甲醛气体。

2.非结晶性材料

非结晶材料分子链排列无序，分子间作用力较弱，分子链运动空间大，易受外界因素（如热、光）影响而发生老化。例如：

聚氯乙烯（PVC）是非结晶聚合物，分子链中含氯原子，在光照和高温下易脱除 HCl，形成共轭双键，导致材料变色、发脆。

聚苯乙烯（PS）为非晶结构，分子链刚性强，玻璃化转变温度较低，在紫外光照射下易发生链断裂，表面出现粉化现象。

丙烯酸树脂（非结晶型）分子链中含酯基和双键，在湿热环境下易发生水解和氧化，导致涂层失光、剥落。

3.低稳定性材料

分子链含弱键（过氧键、糖苷键等）：聚醚型聚氨酯中因合成过程可能残留过氧键，在高温下易分解产生自由基，引发链降解；纤维素（含糖苷键）在微生物作用下，糖苷键易被酶解断裂，导致材料腐烂。

残留催化剂或杂质：某些聚合物（如聚烯烃）合成过程中残留的催化剂（如金属离子）会加速材料的氧化老化，例如聚丙烯（PP）中残留的钛系催化剂，会促进其在高温下的降解。

选用原则：

(1)户外制品需复合使用紫外线吸收剂+ HALS（比例 2:1）；

(2)高温环境优先选择耐高温抗氧剂（如1098）；

(3)接触食品的制品需符合FDA认证（如抗氧剂 1076）；

QUV 测试核心指标：

辐照度：0.7-1.5W/m²@340nm（模拟不同地区紫外线强度）

循环条件：UV阶段（60-80℃）+ 冷凝阶段（40-50℃）

评价指标：色差ΔE＞3.0 即判定为显著老化

热氧老化测试：

温度选择：高于实际使用温度20-30℃（加速测试）

检测频率：定期测试拉伸强度保持率（下降至50% 为失效点）

水解老化测试：

条件：85℃/85% RH 或沸腾水浸泡

适用材料：PA、PBT 等含酯键 / 酰胺键的聚合物

²ASTM G154（非金属材料（塑料、涂料、橡胶）的荧光紫外老化测试）

²ISO 4892-2:2021（塑料实验室光源暴露试验方法）

²Q UVA老化测试（模拟紫外光和冷凝的循环试验）

设计选材建议：

材料结构需具备：稳定分子结构（如含氟、芳香环）+适度结晶+抗老化基团；

配方可加入：抗氧剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、吸酸剂；

设计需注意：降低应力集中及减少与腐蚀性介质的接触；

塑料老化不是靠“随便换材料” 或 “盲目加助剂” 能解决的，它来自材料化学、环境科学和结构力学的综合知识的结合。

真正的预防材料老化，应当深入理解：

分子结构与化学稳定性；

材料在不同环境下的反应机理；

应力对老化过程的促进作用；

各种助剂的作用原理和适用范围。

防止老化，不是逃避问题，而是认清本质。

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2、POM材料刚性很好，但韧性不足，注塑件有时易脆断的问题；

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来源：霸气的科技国王