高(gāo)分(fēn)子材料老化表征方法彙總

01 、引言

衆所周知，高(gāo)分(fēn)子材料在使用(yòng)過程中由于受到(dào)溫度、光(guāng)照(zhào)、雨水(shuǐ)等環境因素的(de)影響，會(huì)發生一定程度的(de)老化，其外觀、力學性能(néng)、微觀結構等都(dōu)會(huì)發生一定程度的(de)變化，從而影響其使用(yòng)性能(néng)。那麽高(gāo)分(fēn)子材料究竟老化到(dào)了哪種程度，就需要我們采用(yòng)适當的(de)表征方法，對高(gāo)分(fēn)子材料的(de)老化程度進行(xíng)表征。同樣，在我們進行(xíng)高(gāo)分(fēn)子材料老化試驗的(de)過程中，高(gāo)分(fēn)子材料的(de)老化表征也(yě)至關重要，選擇恰當的(de)表征手段與方法，對于老化試驗的(de)成敗起著(zhe)關鍵的(de)作用(yòng)。高(gāo)分(fēn)子材料的(de)表征方法有(yǒu)很多，如(rú)外觀表征，微觀表征，力學性能(néng)表征，熱(rè)分(fēn)析技術(shù)表征以及電化學表征等等。

02 、外觀變化表征

高(gāo)分(fēn)子材料在老化過程中，其外觀會(huì)發生某些明(míng)顯的(de)變化，諸如(rú)顔色的(de)變化、光(guāng)澤度變化、發黏、脆化、變硬、粉化、起皮、褶皺、開(kāi)裂、出現銀紋、污漬、斑點等，這些外觀的(de)變化均可(kě)以作爲評價高(gāo)分(fēn)子材料老化程度的(de)方法之一。當然，對于不同的(de)高(gāo)分(fēn)子材料，這些外觀的(de)變化也(yě)不盡相(xiàng)同。

1 、顔色的(de)變化

對于高(gāo)分(fēn)子塑料而言，顔色的(de)變化是其發生老化的(de)最爲直接的(de)依據。高(gāo)分(fēn)子塑料在使用(yòng)過程中，由于受環境因素的(de)影響，其表面會(huì)變黃(huáng)，黃(huáng)變程度可(kě)以用(yòng)色差和(hé)黃(huáng)色指數來表征，所以色差和(hé)黃(huáng)色指數是表征高(gāo)分(fēn)子塑料老化程度的(de)有(yǒu)效方法之一，如(rú)聚苯乙烯塑料，聚乙烯塑料、聚氨酯等等。其中色差和(hé)黃(huáng)色指數可(kě)以通過色差儀進行(xíng)測量。

2 、脆化、變硬

對于硫化橡膠而言，當其受熱(rè)而發生熱(rè)老化現象後，其硬度會(huì)增加，對于某些高(gāo)分(fēn)子橡膠，當其長期在低溫、極寒或者是高(gāo)低溫交變的(de)環境下長期使用(yòng)，其脆性會(huì)增加，變得極易斷裂，所以硬度和(hé)脆性是表征這些橡膠老化程度的(de)有(yǒu)效方法。其中硬度可(kě)以通過硬度計(jì)來測量。

3 、粉化和(hé)光(guāng)澤度

對于高(gāo)分(fēn)子有(yǒu)機塗層而言，當其受到(dào)老化破壞以後，其表面的(de)光(guāng)澤度會(huì)逐漸下降，表面變得粗糙而失光(guāng)，塗層中的(de)某些基料便會(huì)出現粉化現象。

03 、微觀表征

高(gāo)分(fēn)子材料在老化的(de)過程中，其微觀結構，微觀形貌等都(dōu)會(huì)發生一系列的(de)變化，這些微觀的(de)變化都(dōu)可(kě)以作爲高(gāo)分(fēn)子材料老化表征的(de)有(yǒu)力手段。微觀表征主要有(yǒu)紅外光(guāng)譜、紫外光(guāng)譜、拉曼光(guāng)譜、熒光(guāng)光(guāng)譜等光(guāng)譜表征，核磁共振、電子順磁共振等波譜表征，凝膠色譜、氣相(xiàng)色譜等色譜表征以及掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡等微觀形貌分(fēn)析等表征方法。

1 、紅外光(guāng)譜分(fēn)析

紅外光(guāng)譜對于高(gāo)分(fēn)子材料結構的(de)表征具有(yǒu)重要作用(yòng)，是分(fēn)析高(gāo)分(fēn)子微觀結構變化的(de)有(yǒu)力手段。高(gāo)分(fēn)子材料在老化過程中，尤其是氧化降解過程中，其不飽和(hé)基團等易氧化的(de)基團會(huì)發生氧化而轉化爲羰基，羰基指數的(de)變化常常作爲高(gāo)分(fēn)子老化程度的(de)表征方法之一，而羰基指數的(de)變化便是基于紅外光(guāng)譜的(de)變化而得出的(de)結論。紅外光(guāng)譜法是高(gāo)分(fēn)子材料老化表征的(de)常用(yòng)方法之一。

2 、紫外光(guāng)譜分(fēn)析

當高(gāo)分(fēn)子吸收紫外光(guāng)後，其電子能(néng)級會(huì)發生躍遷，從而産生紫外光(guāng)譜，紫外光(guāng)譜對于高(gāo)分(fēn)子共轭結構的(de)分(fēn)析最爲直接有(yǒu)效，借助紫外光(guāng)譜可(kě)以判斷高(gāo)分(fēn)子材料分(fēn)子結構中是否産生共轭結構，也(yě)可(kě)對高(gāo)分(fēn)子的(de)老化程度進行(xíng)表征。

3 、核磁共振和(hé)電子順磁共振波譜分(fēn)析

在外加磁場(chǎng)下，具有(yǒu)磁矩的(de)原子核，吸收射頻的(de)能(néng)量後，核自轉能(néng)級發生躍遷産生核磁共振波普。高(gāo)分(fēn)子材料在老化過程中會(huì)發生降解而産生一些小(xiǎo)分(fēn)子的(de)降解産物(wù)，核磁共振波普分(fēn)析可(kě)以有(yǒu)效的(de)對降解産物(wù)進行(xíng)分(fēn)析和(hé)檢測。而電子順磁共振則是分(fēn)子中未成對電子吸收射頻能(néng)量後而産生電子自旋能(néng)級躍遷，對于未成對電子結構的(de)研究具有(yǒu)重要意義，是研究自由基引發的(de)老化降解的(de)有(yǒu)效手段。

4 、凝膠色譜分(fēn)析

高(gāo)分(fēn)子材料在發生老化的(de)過程中，會(huì)發生降解或交聯，其分(fēn)子量及其分(fēn)子量分(fēn)布會(huì)發生一定的(de)變化，采用(yòng)凝膠色譜技術(shù)可(kě)以有(yǒu)效的(de)對其分(fēn)子量及分(fēn)布進行(xíng)表征，也(yě)是評價高(gāo)分(fēn)子材料老化程度的(de)有(yǒu)效方法之一。

5 、微觀形貌分(fēn)析

高(gāo)分(fēn)子材料在發生老化的(de)過程中，其表面會(huì)發生一系列的(de)變化，如(rú)起泡、褶皺、出現裂紋，變得粗糙等微小(xiǎo)的(de)變化，這些用(yòng)肉眼看不出來的(de)變化，便可(kě)以借助掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡等微觀形貌分(fēn)析技術(shù)進行(xíng)表征，微觀形貌分(fēn)析是表征高(gāo)分(fēn)子材料老化的(de)重要方法。

04 、力學性能(néng)表征

高(gāo)分(fēn)子材料在使用(yòng)過程中，由于受到(dào)各種環境因素的(de)影響而發生老化，其力學性能(néng)也(yě)會(huì)發生一定的(de)變化，如(rú)抗張強度、抗拉強度、彎曲強度、剪切強度、斷裂伸長率、沖擊強度、壓縮強度、定伸變形、可(kě)塑性能(néng)、伸長率、應力松弛、蠕變性能(néng)等。當然，對于不同的(de)高(gāo)分(fēn)子材料，這些力學性能(néng)的(de)變化也(yě)不盡相(xiàng)同，表征其老化程度所使用(yòng)的(de)參數也(yě)有(yǒu)所不同。比如(rú)，對于高(gāo)分(fēn)子膠黏劑而言，剪切強度常常作爲其表征量，而對于高(gāo)分(fēn)子塑料則常常采用(yòng)抗拉強度、彎曲強度、斷裂伸長率等來表征其老化程度。使用(yòng)力學性能(néng)的(de)變化來表征高(gāo)分(fēn)子材料的(de)老化時，一定要根據材料的(de)性質以及試驗的(de)目的(de)來選擇合适的(de)表征量。

05、 熱(rè)分(fēn)析技術(shù)表征

表征高(gāo)分(fēn)子材料老化程度的(de)熱(rè)分(fēn)析技術(shù)主要有(yǒu)，熱(rè)重分(fēn)析（TG）、示差掃描量熱(rè)法(DSC)、動态熱(rè)機械分(fēn)析(DMA)等，熱(rè)分(fēn)析技術(shù)已經成爲高(gāo)分(fēn)子材料老化表征常用(yòng)方法之一。

1、 熱(rè)重分(fēn)析法

熱(rè)重分(fēn)析法是在程序控溫下測量樣品的(de)質量随時間或溫度變化的(de)一種測試方法，對于高(gāo)分(fēn)子材料的(de)失重溫度以及揮發性産物(wù)的(de)測試具有(yǒu)一定的(de)幫助。通過測試高(gāo)分(fēn)子材料老化前後樣品的(de)熱(rè)重曲線，可(kě)以通過高(gāo)分(fēn)子的(de)熱(rè)失重情況來判斷高(gāo)分(fēn)子材料的(de)耐老化性能(néng)。通常熱(rè)重曲線的(de)測量均是在氮氣等惰性氣體保護下進行(xíng)的(de)，以防空氣對測量結果有(yǒu)所幹擾。

2 、示差量熱(rè)掃描法

示差掃描量熱(rè)法是在同一控溫環境下，保持樣品與參比物(wù)溫差爲零時所需能(néng)量随環境溫度或時間的(de)變化，對于高(gāo)分(fēn)子材料熱(rè)轉變溫度以及各種熱(rè)效應具有(yǒu)一定的(de)幫助。如(rú)胡昕将熱(rè)重分(fēn)析法與示差掃描量熱(rè)法聯合使用(yòng)，表征了氯化聚乙烯防水(shuǐ)卷材的(de)熱(rè)老化行(xíng)爲，取得了很好的(de)效果。

3、 動态熱(rè)機械分(fēn)析

動态熱(rè)機械分(fēn)析是在程序控溫條件(jiàn)下，對在振動負荷下的(de)測量樣品的(de)動态模量和(hé)力學損耗與溫度之間的(de)關系的(de)一種測試方法。其測量方式有(yǒu)很多，可(kě)以進行(xíng)拉伸試驗、壓縮試驗、剪切試驗、扭轉實驗以及彎曲試驗等等。動态熱(rè)機械分(fēn)析也(yě)是表征高(gāo)分(fēn)子材料老化行(xíng)爲的(de)方法之一。

06、 電化學表征

電化學表征技術(shù)主要用(yòng)于高(gāo)分(fēn)子塗層的(de)老化性能(néng)的(de)表征，主要有(yǒu)電化學交流阻抗技術(shù)（EIS）、電化學噪聲技術(shù)（ENM）以及掃描開(kāi)爾文(wén)探頭技術(shù)等，這些電化學表征技術(shù)都(dōu)是對高(gāo)分(fēn)子塗層老化性能(néng)進行(xíng)表征的(de)有(yǒu)效手段。其中EIS技術(shù)是通過對塗層體系阻抗的(de)變化來評價塗層性能(néng)的(de)一種方法；ENM技術(shù)是通過對塗層電化學狀态的(de)随機非平衡波動狀态的(de)研究來評價塗層性能(néng)的(de)有(yǒu)效方法；掃描開(kāi)爾文(wén)探頭技術(shù)則克服了傳統電化學表征技術(shù)的(de)缺陷，在塗層老化降解以及失效機理(lǐ)等方面的(de)研究表現出了優異的(de)性能(néng)。電化學技術(shù)已經成爲了對有(yǒu)機塗層老化性能(néng)進行(xíng)表征的(de)有(yǒu)力手段。

07 、結束語

随著(zhe)現代測量技術(shù)的(de)不斷發展，新的(de)技術(shù)不斷湧現，不斷研究并将新的(de)技術(shù)用(yòng)于高(gāo)分(fēn)子材料老化的(de)表征，以獲得最爲有(yǒu)效的(de)老化信息，對高(gāo)分(fēn)子材料的(de)老化行(xíng)爲進行(xíng)準确有(yǒu)效的(de)檢測是高(gāo)分(fēn)子材料老化表征技術(shù)應該不斷發展和(hé)探索的(de)方向。