高分子材料的拉伸强度是衡量其力学性能的核心指标之一，直接影响制品的使用可靠性。而氧化降解是导致高分子材料拉伸强度下降的主要因素之一，抗氧剂作为抑制氧化降解的关键助剂，其添加方式与类型会显著影响拉伸强度的保持效果。本文结合抗氧剂的作用机制与实际测试数据，系统分析抗氧剂添加对高分子材料拉伸强度的影响规律，为材料配方设计与性能优化提供参考。
抗氧剂在高分子材料中的基础作用机制
高分子材料的氧化降解本质是自由基链式反应过程，分为引发、增长与终止三个阶段。引发阶段，热、光或机械应力会导致高分子链中的弱键断裂，生成烷基自由基（R·）；增长阶段，烷基自由基与氧气结合形成过氧自由基（ROO·），过氧自由基进一步夺取相邻分子链的氢原子，生成氢过氧化物（ROOH）与新的烷基自由基，形成链式循环；终止阶段，两个自由基结合形成稳定分子，反应停止。
抗氧剂的作用是打破这一链式反应：主抗氧剂（如受阻酚类）通过提供活泼氢原子，与烷基自由基或过氧自由基结合，生成稳定的酚氧自由基，终止自由基的传播；辅助抗氧剂（如亚磷酸酯类、硫醚类）则专注于分解氢过氧化物，将其转化为无活性的醇或酯类化合物，避免氢过氧化物分解产生新的自由基。
这种机制直接关联到拉伸强度的保持：氧化降解会导致高分子分子链断裂，分子量下降，分子链间的缠结减少，从而降低材料的抗拉伸能力。抗氧剂通过抑制自由基反应，维持分子链的完整性与分子量分布，进而保护拉伸强度不被过早削弱。
例如，聚丙烯（PP）的分子链中存在叔碳原子，易被氧化生成自由基，未添加抗氧剂的PP在100℃老化48小时后，分子量从30万降至18万，拉伸强度从32MPa降至22MPa；而添加0.2%受阻酚抗氧剂1010后，分子量仅降至25万，拉伸强度保留率达87.5%，充分体现了抗氧剂对分子链的保护作用。
主抗氧剂对拉伸强度的定向保护作用
主抗氧剂以受阻酚类为代表，如1010、1076等，其分子中的受阻酚基团（含3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）具有强自由基捕捉能力，且空间位阻大，不易自身氧化失效。这类抗氧剂的核心优势是“定向终止”自由基，直接阻止分子链断裂。
在结晶性高分子材料（如PP、聚乙烯PE）中，主抗氧剂的效果尤为显著。以PP为例，其结晶区分子链排列紧密，氧化降解主要发生在无定形区——无定形区的分子链运动更自由，易与氧气接触生成自由基。添加0.15%的1010后，PP的无定形区自由基浓度降低60%，分子链断裂数量减少，拉伸强度在120℃老化72小时后仍保持30MPa（初始33MPa），而未添加样品仅剩余21MPa。
主抗氧剂的性能差异也会影响拉伸强度保护效果。例如，1010是四官能团受阻酚，分子量大（1178），相容性好，不易迁移；而1076是单官能团受阻酚（分子量531），迁移速率更快。在PP中添加相同剂量（0.2%）的1010与1076，老化168小时后，1010处理的样品拉伸强度保留率为82%，1076处理的仅为75%，原因是1076的迁移导致有效浓度降低，无法持续捕捉自由基。
需要注意的是，主抗氧剂并非“万能”——对于含有大量不饱和键的高分子（如天然橡胶），其氧化降解以双键加成为主，主抗氧剂的效果有限，需配合其他类型抗氧剂使用，但在聚烯烃等饱和高分子中，主抗氧剂仍是保护拉伸强度的“核心防线”。
辅助抗氧剂的协同增效与拉伸强度优化
辅助抗氧剂（如亚磷酸酯168、硫代二丙酸二月桂酯DLTP）本身不直接捕捉自由基，但能分解氢过氧化物，减少新自由基的生成，与主抗氧剂形成“协同效应”，进一步提升拉伸强度的保持率。
协同效应的原理是：主抗氧剂终止现有自由基，辅助抗氧剂消除氢过氧化物（自由基的“源头”），两者结合后，自由基的生成与传播被同时抑制，效果远强于单独使用其中一种。例如，在PE中单独添加0.2%的1010，100℃老化72小时后拉伸强度下降18%；单独添加0.2%的168，下降22%；而两者复配（0.1%1010+0.1%168）后，下降率仅为9%，协同效应系数达1.5（协同效应系数=复配效果/(单剂效果之和)）。
辅助抗氧剂的选择需匹配主抗氧剂与高分子类型。亚磷酸酯类（如168）适用于聚烯烃，因其与聚烯烃相容性好，且分解氢过氧化物的效率高；硫醚类（如DLTP）则更适合高温环境（如150℃以上），因为硫醚的分解温度更高，能在加工过程中保持活性。
以PP的注塑加工为例，加工温度约200℃，此时氢过氧化物的生成速率加快，单独使用1010会因加工过程中消耗过快，导致后期老化时效果下降；而添加168后，加工过程中168分解了大量氢过氧化物，减少了1010的消耗，使得老化阶段1010仍能有效捕捉自由基——最终，复配样品的拉伸强度在加工后保留率达95%，老化后保留率达83%，远优于单剂使用。
抗氧剂添加量的“剂量-效果”临界关系
抗氧剂的添加量并非越多越好，存在“临界效应”：低于临界量时，抗氧化能力不足，拉伸强度无法有效保护；超过临界量时，可能因“塑化效应”或迁移加剧，导致拉伸强度反而下降。
临界量的确定与高分子材料的氧化敏感性、抗氧剂的活性有关。例如，PP的氧化敏感性高，受阻酚抗氧剂1010的临界添加量约为0.1%~0.3%：添加0.1%时，拉伸强度保留率为78%；0.2%时达87%；0.3%时为89%；但当添加量增至0.5%时，拉伸强度保留率降至85%，原因是过量的1010分子插入PP的分子链之间，破坏了分子链的堆砌规整性，导致结晶度从35%降至30%，结晶区的增强作用减弱。
对于辅助抗氧剂，临界量更易受主抗氧剂影响。例如，168与1010复配时，168的最佳添加量通常为主抗氧剂的0.5~1倍：若1010添加0.2%，168添加0.1%~0.2%时协同效果最佳；若168添加量超过0.3%，会因亚磷酸酯的水解（生成磷酸酯）导致材料酸性增加，反而加速PP的降解，拉伸强度下降率从9%升至15%。
另外，抗氧剂的分散性也会影响剂量效果。若抗氧剂分散不均，局部浓度过高会导致塑化，局部浓度过低则无法抗氧化。例如，PP中添加0.2%的1010，若分散粒径从1μm增至5μm，拉伸强度保留率从87%降至75%，因为大粒径的抗氧剂无法有效覆盖分子链，局部区域仍发生氧化降解。
不同高分子材料中抗氧剂的效果差异
高分子材料的分子结构、极性与结晶性不同，抗氧剂的作用效果也存在显著差异，需针对性选择抗氧剂类型。
1、聚烯烃（PP、PE）：非极性结晶性高分子，主抗氧剂+辅助抗氧剂复配效果最佳。PP的叔碳原子易氧化，需高活性主抗氧剂（如1010）；PE的分子链更长，氢过氧化物的生成量更大，需更多辅助抗氧剂（如168）。例如，PE中添加0.15%1010+0.15%168，120℃老化72小时后拉伸强度保留率达85%，而单独用1010仅为76%。
2、聚氯乙烯（PVC）：极性非结晶性高分子，降解以脱HCl为主（HCl催化进一步降解），抗氧剂需同时具备抗自由基与中和HCl的能力。常用配方为“受阻酚抗氧剂+环氧类助剂”（如1010+环氧大豆油）：环氧基团中和HCl，受阻酚捕捉自由基，协同作用下，PVC的拉伸强度在80℃老化72小时后保留率达82%，远优于单独使用1010的65%。
3、聚苯乙烯（PS）：非极性无定形高分子，分子链中的苯环阻碍自由基传播，氧化敏感性较低，抗氧剂的添加量可适当减少（如0.05%~0.1%的1076）。添加0.08%的1076后，PS的拉伸强度在100℃老化48小时后保留率达90%，未添加的为78%。
4、工程塑料（如PA6、PC）：极性结晶性高分子，加工温度高（如PA6的加工温度230℃），需耐高温抗氧剂（如受阻酚1098，熔点240℃）。PA6中添加0.3%的1098，加工后拉伸强度保留率达98%，老化后保留率达85%，而使用1010（熔点110℃）的样品因加工过程中1010熔化迁移，保留率仅为78%。
测试环境对含抗氧剂样品拉伸强度的干扰
拉伸强度测试的环境条件（温度、湿度、氧气浓度）会显著影响抗氧剂的活性，进而改变测试结果的准确性与代表性。
1、温度的影响：抗氧剂的活性随温度升高而增强，但超过其熔点后，会因迁移或分解导致活性下降。例如，受阻酚1010的熔点为110℃，在80℃测试环境中，1010的活性较高，能有效捕捉自由基，拉伸强度保留率达88%；而在120℃测试环境中，1010开始熔化迁移，有效浓度降低，保留率降至75%。
2、湿度的影响：辅助抗氧剂（如亚磷酸酯168）易水解生成磷酸酯，失去分解氢过氧化物的能力。在湿热环境（60℃/90%RH）中，168的水解率达40%，导致协同效应消失——复配样品（1010+168）的拉伸强度下降率从干燥环境的9%增至20%，与单独使用1010的效果相近。
3、氧气浓度的影响：高氧浓度会加速自由基生成，抗氧剂的消耗速率加快。例如，在纯氧环境（氧气浓度100%）中，PP样品的抗氧剂1010在24小时内消耗80%，拉伸强度下降率达35%；而在空气环境（氧气浓度21%）中，1010仅消耗30%，下降率为15%。
因此，拉伸强度测试需明确环境条件：若测试目的是模拟高温使用场景，应选择耐高温抗氧剂；若模拟湿热环境，需避免使用易水解的辅助抗氧剂；若模拟高氧环境，需增加抗氧剂的添加量。
抗氧剂迁移行为对长期拉伸强度的影响
抗氧剂的迁移是指其从高分子材料内部向表面或接触介质（如空气、水）转移的过程，会导致内部有效浓度降低，长期拉伸强度下降。
迁移的驱动力是浓度差与分子运动：抗氧剂的分子量越小、与高分子的相容性越差，迁移速率越快。例如，1076（分子量531）的迁移速率是1010（分子量1178）的3倍，在PP中添加0.2%的1076，6个月后表面迁移量达40%，内部有效浓度降至0.12%，拉伸强度从33MPa降至25MPa；而1010的迁移量仅15%，内部浓度仍有0.17%，拉伸强度降至28MPa。
迁移对拉伸强度的影响具有“滞后性”：短期（1~3个月）内，抗氧剂的迁移量小，拉伸强度保持良好；长期（6个月以上），迁移量累积，有效浓度低于临界值，氧化降解加速，拉伸强度骤降。例如，PP户外制品（暴露在阳光下）中，1010的迁移量随时间增长：1个月迁移5%，拉伸强度下降3%；3个月迁移12%，下降8%；6个月迁移20%，下降15%；12个月迁移35%，下降25%。
减少迁移的方法包括：选择高分子量抗氧剂（如1010、1098）、添加相容剂（如PP-g-MAH）或采用微胶囊包覆抗氧剂。例如，用PP-g-MAH包覆1010后，迁移速率降低50%，6个月后内部有效浓度仍有0.18%，拉伸强度下降率仅为10%，远优于未包覆的25%。