衰减全反射红外光谱法的高密度聚乙烯自然老化特性研究

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------衰减全反射红外光谱法的高密度聚乙烯自然老化特性研究第３５卷，第６期光谱学与光谱分析２０１５年６月SpectroscopyandSpectralAnalysisVol.３５，No.６，pp１５２０‐１５２４June，２０１５郭骏骏，晏华*，包河彬，王雪梅，胡志德，杨健健中国人民解放军后勤工程学院化学与材料工程系，重庆４０１３３１摘要采用衰减全反射红外

2、光谱技术（ATR‐FTIR）研究物资储备中广泛使用的滚塑包装箱专用高密度聚乙烯（HDPE），在特定湿热海洋环境的海南万宁实验站１年期内自然老化特性。定性分析老化前后化学结构变化，从断链、支化以及氧化角度区分不同阶段的老化特性，根据特征峰峰强和峰面积变化，定量分析羰基指数和相对结晶度的变化规律，探索老化前后羰基指数、相对结晶度变化与力学性能变化的相关性。结果表明：老化行为三个月内以断裂、支化为主，３～６个月氧化逐渐产生，６个月后氧化和支化占主导地位，９个月后氧化程度逐渐饱和，且老化进程与温度和辐照正相关。１２个月后，羰基指数增长１１２倍，

3、结晶度上升约１０％，力学性能中材料拉伸／弯曲模量较拉伸／弯曲强度下降更快。老化前后羰基指数与拉伸模量变化相关系数为０.９７，基于７２０～７３０cm－１特征谱带计算的相对结晶度变化与拉伸强度变化相关系数为０.９６。结果表明采用——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------ATR‐FTIR可以在快速无损检测的前提下，从老化

4、前后化学结构的变化推测力学性能的变化。关键词衰减全反射红外光谱；自然老化；化学结构；相关性中图分类号：O６３２.１文献标识码：ADOI：１０.３９６４／j.issn.１０００‐０５９３（２０１５）０６‐１５２０‐０５引言聚乙烯老化导致长链断裂生成新的侧基以及链构型、构象的变化都可以在红外光谱中反映出来［１］，红外光谱不仅可以定性分析老化前后化学结构及官能团的变化，也可以定量分析羰基指数、结晶度及支化度等变化［２，３］。衰减全反射红外光谱技术（ATR‐FTIR）通过接收样品表面的红外反射信号确定有机成分的结构信息，大大简化了样品制作过程实

5、现了快速无损检测，极大地扩展了红外光谱的应用范围［４‐６］。有学者利用ATR‐FTIR研究HDPE寒冷低温环境与强紫外辐射下的老化行为，也进一步区分了氧化过程的阶段产物［７‐９］。但采用ATR‐FTIR研究滚塑包装箱专用HDPE在特定湿热海洋环境的自然老化特性的还未见报道。选取物资储备中广泛使用的滚塑包装箱专用HDPE，在代表湿热海洋环境的海南万宁实验站开展一年期户外老化研究，采用ATR‐FTIR从定性和定量两个角度分析老化前后化学结构、羰基指数和相对结晶度的变化，探索老化前后羰基指数及相对结晶度变化与力学性能变化的相关性。１实验部分1

6、.1原料与试样——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------HDPE，形态为墨绿色粉末，平均粒径８０目。依据GB／T原料为河北金后盾塑胶有限公司滚塑包装箱专用１０４０，９３４１热塑加工为拉伸Ⅰ型和弯曲试样。1.2试样老化条件实验样品固定于万宁实验站实验架上，实验架与地面夹角４５°南北朝向固定，测试时间２０１３年８月至２

7、０１４年７月。间隔３个月取样，平行样１０个。1.3仪器及数据处理用衰减全反射红外光谱仪（美国Nicolet６７００及ATR附件）对样品曝光面进行化学结构检测，反射晶体ZnSe，入射角４５°，扫描次数３２，扫描范围７００～４０００cm－１，分辨率４cm－１。依据GB／T１０３９，１０４０，９３４１采用万能力学试验机（Instron３３６５）对样品拉伸弯曲性能进行测试。ab１＋（Ia／Ib）根据Zerbi［１０］方程，HDPE结晶度用１－Xc＝×１００％计算，其中Ia和Ib分别是７３０／１４７４和７２０／１４６４cm－１处特征峰强度，氧化程

8、度用——————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------