引言

    眾所周知，高分子材料在使用過程中由于受到溫度、光照、雨水等環境因素的影響，會發生一定程度的老化，其外觀、力學性能、微觀結構等都會發生一定程度的變化，從而影響其使用性能。那么高分子材料究竟老化到了哪種程度，就需要我們采用適當的表征方法，對高分子材料的老化程度進行表征。同樣，在我們進行高分子材料老化試驗的過程中，高分子材料的老化表征也至關重要，選擇恰當的表征手段與方法，對于老化試驗的成敗起著關鍵的作用。高分子材料的表征方法有很多，如外觀表征，微觀表征，力學性能表征，熱分析技術表征以及電化學表征等等。

    外觀變化表征

    高分子材料在老化過程中，其外觀會發生某些明顯的變化，諸如顏色的變化、光澤度變化、發黏、脆化、變硬、粉化、起皮、褶皺、開裂、出現銀紋、污漬、斑點等，這些外觀的變化均可以作為評價高分子材料老化程度的方法之一。當然，對于不同的高分子材料，這些外觀的變化也不盡相同。

    1 顏色的變化

    對于高分子塑料而言，顏色的變化是其發生老化的最為直接的依據。高分子塑料在使用過程中，由于受環境因素的影響，其表面會變黃，黃變程度可以用色差和黃色指數來表征，所以色差和黃色指數是表征高分子塑料老化程度的有效方法之一，如聚苯乙烯塑料，聚乙烯塑料、聚氨酯等等。其中色差和黃色指數可以通過色差儀進行測量。

    2 脆化、變硬

    對于硫化橡膠而言，當其受熱而發生熱老化現象后，其硬度會增加，對于某些高分子橡膠，當其長期在低溫、極寒或者是高低溫交變的環境下長期使用，其脆性會增加，變得極易斷裂，所以硬度和脆性是表征這些橡膠老化程度的有效方法。其中硬度可以通過硬度計來測量。

    3 粉化和光澤度

    對于高分子有機涂層而言，當其受到老化破壞以后，其表面的光澤度會逐漸下降，表面變得粗糙而失光，涂層中的某些基料便會出現粉化現象。

   微觀表征

    高分子材料在老化的過程中，其微觀結構，微觀形貌等都會發生一系列的變化，這些微觀的變化都可以作為高分子材料老化表征的有力手段。微觀表征主要有紅外光譜、紫外光譜、拉曼光譜、熒光光譜等光譜表征，核磁共振、電子順磁共振等波譜表征，凝膠色譜、氣相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析等表征方法。

    1 紅外光譜分析

    紅外光譜對于高分子材料結構的表征具有重要作用，是分析高分子微觀結構變化的有力手段。高分子材料在老化過程中，尤其是氧化降解過程中，其不飽和基團等易氧化的基團會發生氧化而轉化為羰基，羰基指數的變化常常作為高分子老化程度的表征方法之一，而羰基指數的變化便是基于紅外光譜的變化而得出的結論。紅外光譜法是高分子材料老化表征的常用方法之一。

    2 紫外光譜分析

    當高分子吸收紫外光后，其電子能級會發生躍遷，從而產生紫外光譜，紫外光譜對于高分子共軛結構的分析最為直接有效，借助紫外光譜可以判斷高分子材料分子結構中是否產生共軛結構，也可對高分子的老化程度進行表征。

    3 核磁共振和電子順磁共振波譜分析

    在外加磁場下，具有磁矩的原子核，吸收射頻的能量后，核自轉能級發生躍遷產生核磁共振波普。高分子材料在老化過程中會發生降解而產生一些小分子的降解產物，核磁共振波普分析可以有效的對降解產物進行分析和檢測。而電子順磁共振則是分子中未成對電子吸收射頻能量后而產生電子自旋能級躍遷，對于未成對電子結構的研究具有重要意義，是研究自由基引發的老化降解的有效手段。

    4 凝膠色譜分析

    高分子材料在發生老化的過程中，會發生降解或交聯，其分子量及其分子量分布會發生一定的變化，采用凝膠色譜技術可以有效的對其分子量及分布進行表征，也是評價高分子材料老化程度的有效方法之一。

    5 微觀形貌分析

    高分子材料在發生老化的過程中，其表面會發生一系列的變化，如起泡、褶皺、出現裂紋，變得粗糙等微小的變化，這些用肉眼看不出來的變化，便可以借助掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡等微觀形貌分析技術進行表征，微觀形貌分析是表征高分子材料老化的重要方法。

    力學性能表征

    高分子材料在使用過程中，由于受到各種環境因素的影響而發生老化，其力學性能也會發生一定的變化，如抗張強度、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、可塑性能、伸長率、應力松弛、蠕變性能等。當然，對于不同的高分子材料，這些力學性能的變化也不盡相同，表征其老化程度所使用的參數也有所不同。比如，對于高分子膠黏劑而言，剪切強度常常作為其表征量，而對于高分子塑料則常常采用抗拉強度、彎曲強度、斷裂伸長率等來表征其老化程度。使用力學性能的變化來表征高分子材料的老化時，一定要根據材料的性質以及試驗的目的來選擇合適的表征量。

    熱分析技術表征

    表征高分子材料老化程度的熱分析技術主要有，熱重分析（TG）、示差掃描量熱法（DSC）、動態熱機械分析（DMA）等，熱分析技術已經成為高分子材料老化表征常用方法之一。

    1 熱重分析法

    熱重分析法是在程序控溫下測量樣品的質量隨時間或溫度變化的一種測試方法，對于高分子材料的失重溫度以及揮發性產物的測試具有一定的幫助。通過測試高分子材料老化前后樣品的熱重曲線，可以通過高分子的熱失重情況來判斷高分子材料的耐老化性能。通常熱重曲線的測量均是在氮氣等惰性氣體保護下進行的，以防空氣對測量結果有所干擾。

    2 示差量熱掃描法

    示差掃描量熱法是在同一控溫環境下，保持樣品與參比物溫差為零時所需能量隨環境溫度或時間的變化，對于高分子材料熱轉變溫度以及各種熱效應具有一定的幫助。如胡昕將熱重分析法與示差掃描量熱法聯合使用，表征了氯化聚乙烯防水卷材的熱老化行為，取得了很好的效果。

    3 動態熱機械分析

    動態熱機械分析是在程序控溫條件下，對在振動負荷下的測量樣品的動態模量和力學損耗與溫度之間的關系的一種測試方法。其測量方式有很多，可以進行拉伸試驗、壓縮試驗、剪切試驗、扭轉實驗以及彎曲試驗等等。動態熱機械分析也是表征高分子材料老化行為的方法之一。

    電化學表征

    電化學表征技術主要用于高分子涂層的老化性能的表征，主要有電化學交流阻抗技術（EIS）、電化學噪聲技術（ENM）以及掃描開爾文探頭技術等，這些電化學表征技術都是對高分子涂層老化性能進行表征的有效手段。其中EIS技術是通過對涂層體系阻抗的變化來評價涂層性能的一種方法；ENM技術是通過對涂層電化學狀態的隨機非平衡波動狀態的研究來評價涂層性能的有效方法；掃描開爾文探頭技術則克服了傳統電化學表征技術的缺陷，在涂層老化降解以及失效機理等方面的研究表現出了優異的性能。電化學技術已經成為了對有機涂層老化性能進行表征的有力手段[3]。

    結束語

    隨著現代測量技術的不斷發展，新的技術不斷涌現，不斷研究并將新的技術用于高分子材料老化的表征，以獲得最為有效的老化信息，對高分子材料的老化行為進行準確有效的檢測是高分子材料老化表征技術應該不斷發展和探索的方向。

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責任編輯：王元

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