高分子材料老化研究中的在线监测技术

　　高分子材料是武器系统中大量使用而又最容易老化的材料之一，贮存环境下高分子材料的老化是缓慢的化学和物理过程。这种过程相对于材料本体信息而言是细微而难以觉察的，往往不同试样之间的差异或是同一样品不同部分之间的差异足以掩盖老化本身引起的变化。已有研究表明，在线检测技术是监测这种变化、研究高分子材料老化机理的有效工具之一。本研究总结了应用于高分子材料老化研究中的在线监测技术，这些监测技术主要包括在线红外光谱、在线气体质谱和原位AFM、原位XPS。

　　相关论文投稿期刊：《高分子材料科学与工程》(月刊)1985年创刊，本刊系经国家科委批准，公开发行的专业性学术刊物，登载与高子分子材料科学与工程领域有关的高分子化学，高分子物理和物化，反应工程，结构与性能，成型加工理论与技术。材料应用与技术开发，研究方法及测试技术等方面的研究成果，来稿应有明确的论点，可靠的数据,逻辑严密。

　　1在线气体质谱检测技术

　　该方法将老化样品罐通过金属管路直接接入气体质谱仪的毛细管进样系统，避免了离线取样导致的气体泄漏和过程污染。利用气体在线质谱仪对75℃不同老化时间的高分子材料老化气体组分进行在线检测，追踪测试了特征气体N2，O2，CO2，CH4，H2和Ar的离子流强度随老化时间的变化，初步实现了部分气体(coz)的定量检测。

　　2在线红外光谱监测技术

　　设计制作了高分子材料热老化在线红外光谱分析装置，利用现有红外光谱仪，进行高分子材料在不同气氛、温度和不同时问老化的红外光谱原位在线监测，避免了非原位试验导致的峰强度差异和基团特征峰变化难以比较的缺点。利用该装置获得了聚氨酯胶粘剂、LS1垫层和压敏胶的热分解动力学参数，相对于TGA等热分析技术检测灵敏度更高，可以用于更低温度下的老化过程监测。

　　3原位AFM分析

　　聚合物材料的力学性能受温度的影响较大，尤其是在玻璃化温度附近聚合物的形态变化显著，材料的力学性能会发生突变。聚氨酯材料中存在刚性结构单元(硬段)和柔性结构单元(软段)，软段和硬段有着不同的玻璃化温度。当温度不同时，聚氨酯材料中软硬链段中的晶态和非晶态的含量各不相同，因而导致材料的微观结构迥异。为了研究聚氨酯胶黏剂在不同温度条件下的形态变化，我们采用AFM分析了胶黏剂在一60～100℃温度范围的微相结构变化。

　　4原位XPS分析技术

　　XPS分析可以用于研究固体材料表面元素变化和价态变化。已有文献研究表明，较长时间的低能X光(xPs仪器光源)照射能够引起有机材料的降解反应。因此，可以利用XPS的单色器光源来进行高分子材料光老化效应的原位研究。聚氨酯胶黏剂薄膜在x射线作用下的元素含量变化，可以发现随照射时间的增加，C元素含量逐渐升高，0元素含量逐渐降低，N元素含量变化不明显。表明聚氨酯的X光降解反应发生在与O原子有关的氨基甲酸酯基团上，为高分子材料老化机理研究提供了有力证据。

　　利用现有检测技术，设计适用于高分子材料老化研究的在线检测装置，建立在线(原位)监测技术有利于捕捉高分子材料老化过程中的微结构变化和化学结构变化，能够为高分子材料及有机材料的老化机理研究提供有力的实验证据。在线(原位)监测技术的建立可以为其他库存老化预研课题及工程可靠性项目的研究提供实验依据和技术支持;同时，也为其他类型的高分子材料老化机理的研究提供研究思路、试验装置和分析检测方法。

　　参考文献

　　[1]杨秀兰，钟发春，姜燕，等.聚氨酯胶粘剂热老化产物的气体在线质谱研究[J].质谱学报，2010，31：266—268.

　　[2]郑敏侠，钟发春，王蔺，等.聚氨酯胶粘剂降解产物行为的在线红外表征[J1.化学推进剂与高分子材料，2009，7(6)：64—66.

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