关于氯化聚乙烯防水材料老化性能的初步研究

摘要：文章对氯化聚乙烯防水材料进行不同光照强度下的氙灯耐候老化、不同温度下的热空气老化的拉伸性能变化进行初步的研究，以了解环境对材料及产品的影响程度、影响机理，可对其影响提出防护措施，以便在研发新材料、新产品时对其生产运输过程进行质量控制。

关键词：高分子；氯化聚乙烯防水材料；老化性能；老化机理；建筑防水施工 文献标识码：A

中图分类号：TU761 文章编号：1009-2374（2017）04-0070-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.036

氯化聚乙烯防水卷材是建筑防水施工的重要材料，具有拉伸强度高、断裂延伸率大、耐高低温性能好、耐腐蚀、耐老化、对基层伸缩或开裂变形的适应性强等特点。其老化性能对建筑工程质量有着极其重大的影响。而日光辐射（光能）、温度和水（湿度）被认为是引起材料老化的三大主要因素。

1 老化机理

老化是指在使用、储存过程，由于受到光、热、氧、水、微生物等外部因素作用，引起材料化学组成和结构的变化，使用性能下降的现象，如发硬、发粘、变脆、变色、强度降低等。氯化聚乙烯防水材料应用过程中受外部因素的影响，很容易使内部结构发生转变，造成部分主链氢原子被氯原子取代，使其抗热性、抗氧化性、抗油性大打折扣，发生老化，在一定程度上影响了氯化聚乙烯防水材料的应用效益。对氯化聚乙烯防水材料老化机理进行分析，深入把握各项老化要素已经成为新时期研究的关键。

2 材料要求

本文采用寿光市宏昌防水材料有限公司生产的氯化聚乙烯（PVC）防水材料进行试验。该产品規格为1.5mm*2.05m*20m，为0.3MPa 60min不透水，断裂伸长率达到300（%）%，抗压强度和抗弯强度均为优等，拉伸强度达到90N，撕裂强度为60N，符合GB 12953-2003中规定的L类防水卷材中Ⅰ型的要求。

3 老化试验

3.1 氙灯耐候老化试验

氙灯耐候老化是用人工的方法模拟自然环境中的光照、降雨等过程，该试验开展时由氙灯耐候试验箱模拟灯光、雨水等自然环境，创建针对性试验条件，对试验材料性能进行检验。上述试验开展过程中需要对氙灯功率、辐射强度等进行全面把握，这样才能够保证试验结果的准确性、科学性和有效性。

本次试验过程中主要选择平板式氙灯耐候试验箱，试验光源波长270～800nm的照射光，将试样放置在不同的光照强度下（300W/m2、400W/m2、500W/m2、600W/m2、700W/m2），在氙灯耐候试验机中进行老化加速试验。试验箱黑板温度63℃，湿度50%，降水时间18min，干燥时间102min，2个小时一循环，试验时间为250h，老化后试样拉伸结果见表1与图1：

聚合物受光的照射，是否引起分子链的断裂，取决于光能与离解能的相对大小及高分子化学结构对光波的敏感性，该试验采用的同种光波不同强度的照射。从试验结果中可以看出，在光照度大于600W/m2后，试样的拉伸性能产生了巨大的变化，这是由于光照导致高分子化学键的断裂而引起的性能劣化，若吸收的辐射能超过了聚合分子结构的能量，集合物的分子健就会发生变化，导致降解。高分子材料的老化过程大多是光物理和光化学共同的协同作用，光，尤其是紫外光是导致高分子材料老化的主要原因，这种损害包括材料的表面失光、褪色、黄变、开裂、脱皮、脆化、强度降低及分层等现象。所以在研究材料的老化过程中，根据地理位置纬度和气候影响辐照量及季节的变化和持续日照时间选择合适的光源辐射条件、黑暗周期以及能让材料吸收相应的能量并激发产生能级跃迁才会使材料出现老化现象。因此，在氯化聚乙烯防水材料防老化处理过程中需要对光照进行严格控制，通过相关的措施降低直接光照对材料性能的影响，尤其是紫外线，从而提升氯化聚乙烯防水材料质量。

3.2 热空气老化试验

热空气老化试验主要通过热空气老化试验箱完成。该试验方法主要运用于非金属材料的耐热性试验，操作过程中需要全面控制试验箱的温度、换气量、换气时间等。在热空气老化检验时可以依照具体的试验状况合理选择自然换气或人工换气。自然换气直接通过箱体中的气孔即可实现，人工换气处理过程中可以通过风机通风，借助调节流量计实现换气。

本次试验过程中热空气老化试验箱选择强行换气，流速设置为0.5～1.5m/s，且保证试验箱的尺寸超过试验箱有效容积的10%。样本放置后悬挂试样间距控制在10mm以上，开始对温度进行设定。本试验将产品置于60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃等不同的试验温度下，放置168h后，进行拉伸试验，对氯化聚乙烯（PVC）防水材料老化状况进行分析。本次试验结果见表2与图2：

从研究结果中可以发现温度会对氯化聚乙烯防水材料性能产生一定的影响，在温度发生巨大变化的过程中会加速材料的老化。文献资料显示：热老化主要是由于热氯化降解过程中高聚物分子性能发生转变导致。温度上升后高聚物分子会产生链断裂出现自由基，形成自由链式反应，导致聚合物降解和交联，性能劣化。暴露于自然环境中材料的温度主要取决于空气中的温度、太阳光中红外辐射、空气运动、材料本身的性质包括颜色系数、温度系数、表面光泽度、粗糙度等因素。在耐候老化研究中，温度影响材料性能是因为温度影响会加快材料的光化学反应和化学降解反应速度。根据阿伦尼乌斯的经验公式模型可以简单的推算为每升温10℃，光化学反应的速度就会加倍，同时影响材料的二次反应速率。为此，在氯化聚乙烯防水材料应用的过程中需要做好温度的控制，借助各项温度调控装置对氯化聚乙烯防水材料性能进行保障，这样才能够从根本上提升材料质量，延缓氯化聚乙烯防水材料的老化。

在对研究资料进行整理后可以发现：当温度升高时，光的破坏作用也将随之增大。尽管温度不影响主要的光致反应，但却影响次要的化学反应。因此，在氯化聚乙烯防水材料老化测试的过程中必须提供精确的温度控制，通常还通过升温的方法来加速老化过程。温度的变化引起材料表面的变化，导致材料收缩和膨胀，因而加速了开裂和裂纹的形成。而水的吸附和脱附除了要吸收和释放热量外还会进一步加剧材料的变化，所以综合在研究材料老化过程中除了要考虑温度、湿度和光照各自的作用外还要考虑它们之间的协同作用，从其协同作用效果出发分析材料的老化致因。

4 结语

氯化聚乙烯防水材料是现今建筑防水中的常用材料，其使用性能关乎施工建筑质量及安全，在使用过程中需全面把握其性能指标，分析材料老化状况。通过试验手段对其老化过程进行研究可以发现光照、温度等均会对氯化聚乙烯防水材料老化加速，需要采取适当防老化措施，延缓老化的速率，对建筑施工安全及质量提供保证。

参考文献

[1] 建筑防水材料老化试验方法（GB 18244-2000）[S].北京：中国标准出版社，2004.

[2] 氯化聚乙烯防水卷材（GB 12953-2003）[S].北京：中国标准出版社，2003.

[3] 谭晓倩，史鸣军.高分子材料的老化性能研究[J].山西建筑，2006，（1）.

[4] 刘景军，李效玉.高分子材料的环境行为与老化机理研究进展[J].高分子通报，2005，（3）.

作者简介：李丽英（1981-），女，福建漳平人，通标标准技术服务有限公司厦门分公司路桥工程师，研究方向：建筑工程材料（检测）。

（责任编辑：蒋建华）