高分子材料老化研究中的在線監(jiān)測技術(shù)

　　高分子材料是武器系統(tǒng)中大量使用而又最容易老化的材料之一，貯存環(huán)境下高分子材料的老化是緩慢的化學(xué)和物理過程。這種過程相對于材料本體信息而言是細(xì)微而難以覺察的，往往不同試樣之間的差異或是同一樣品不同部分之間的差異足以掩蓋老化本身引起的變化。已有研究表明，在線檢測技術(shù)是監(jiān)測這種變化、研究高分子材料老化機(jī)理的有效工具之一。本研究總結(jié)了應(yīng)用于高分子材料老化研究中的在線監(jiān)測技術(shù)，這些監(jiān)測技術(shù)主要包括在線紅外光譜、在線氣體質(zhì)譜和原位AFM、原位XPS。

　　相關(guān)論文投稿期刊：《高分子材料科學(xué)與工程》(月刊)1985年創(chuàng)刊，本刊系經(jīng)國家科委批準(zhǔn)，公開發(fā)行的專業(yè)性學(xué)術(shù)刊物，登載與高子分子材料科學(xué)與工程領(lǐng)域有關(guān)的高分子化學(xué)，高分子物理和物化，反應(yīng)工程，結(jié)構(gòu)與性能，成型加工理論與技術(shù)。材料應(yīng)用與技術(shù)開發(fā)，研究方法及測試技術(shù)等方面的研究成果，來稿應(yīng)有明確的論點，可靠的數(shù)據(jù),邏輯嚴(yán)密。

　　1在線氣體質(zhì)譜檢測技術(shù)

　　該方法將老化樣品罐通過金屬管路直接接入氣體質(zhì)譜儀的毛細(xì)管進(jìn)樣系統(tǒng)，避免了離線取樣導(dǎo)致的氣體泄漏和過程污染。利用氣體在線質(zhì)譜儀對75℃不同老化時間的高分子材料老化氣體組分進(jìn)行在線檢測，追蹤測試了特征氣體N2，O2，CO2，CH4，H2和Ar的離子流強(qiáng)度隨老化時間的變化，初步實現(xiàn)了部分氣體(coz)的定量檢測。

　　2在線紅外光譜監(jiān)測技術(shù)

　　設(shè)計制作了高分子材料熱老化在線紅外光譜分析裝置，利用現(xiàn)有紅外光譜儀，進(jìn)行高分子材料在不同氣氛、溫度和不同時問老化的紅外光譜原位在線監(jiān)測，避免了非原位試驗導(dǎo)致的峰強(qiáng)度差異和基團(tuán)特征峰變化難以比較的缺點。利用該裝置獲得了聚氨酯膠粘劑、LS1墊層和壓敏膠的熱分解動力學(xué)參數(shù)，相對于TGA等熱分析技術(shù)檢測靈敏度更高，可以用于更低溫度下的老化過程監(jiān)測。

　　3原位AFM分析

　　聚合物材料的力學(xué)性能受溫度的影響較大，尤其是在玻璃化溫度附近聚合物的形態(tài)變化顯著，材料的力學(xué)性能會發(fā)生突變。聚氨酯材料中存在剛性結(jié)構(gòu)單元(硬段)和柔性結(jié)構(gòu)單元(軟段)，軟段和硬段有著不同的玻璃化溫度。當(dāng)溫度不同時，聚氨酯材料中軟硬鏈段中的晶態(tài)和非晶態(tài)的含量各不相同，因而導(dǎo)致材料的微觀結(jié)構(gòu)迥異。為了研究聚氨酯膠黏劑在不同溫度條件下的形態(tài)變化，我們采用AFM分析了膠黏劑在一60～100℃溫度范圍的微相結(jié)構(gòu)變化。

　　4原位XPS分析技術(shù)

　　XPS分析可以用于研究固體材料表面元素變化和價態(tài)變化。已有文獻(xiàn)研究表明，較長時間的低能X光(xPs儀器光源)照射能夠引起有機(jī)材料的降解反應(yīng)。因此，可以利用XPS的單色器光源來進(jìn)行高分子材料光老化效應(yīng)的原位研究。聚氨酯膠黏劑薄膜在x射線作用下的元素含量變化，可以發(fā)現(xiàn)隨照射時間的增加，C元素含量逐漸升高，0元素含量逐漸降低，N元素含量變化不明顯。表明聚氨酯的X光降解反應(yīng)發(fā)生在與O原子有關(guān)的氨基甲酸酯基團(tuán)上，為高分子材料老化機(jī)理研究提供了有力證據(jù)。

　　利用現(xiàn)有檢測技術(shù)，設(shè)計適用于高分子材料老化研究的在線檢測裝置，建立在線(原位)監(jiān)測技術(shù)有利于捕捉高分子材料老化過程中的微結(jié)構(gòu)變化和化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，能夠為高分子材料及有機(jī)材料的老化機(jī)理研究提供有力的實驗證據(jù)。在線(原位)監(jiān)測技術(shù)的建立可以為其他庫存老化預(yù)研課題及工程可靠性項目的研究提供實驗依據(jù)和技術(shù)支持;同時，也為其他類型的高分子材料老化機(jī)理的研究提供研究思路、試驗裝置和分析檢測方法。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]楊秀蘭，鐘發(fā)春，姜燕，等.聚氨酯膠粘劑熱老化產(chǎn)物的氣體在線質(zhì)譜研究[J].質(zhì)譜學(xué)報，2010，31：266—268.

　　[2]鄭敏俠，鐘發(fā)春，王藺，等.聚氨酯膠粘劑降解產(chǎn)物行為的在線紅外表征[J1.化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2009，7(6)：64—66.

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