x射线光电子能谱法表征氟橡胶结构

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1、X射线光电子能谱法表征氟橡胶结构刘晓媛王超吴爱芹刘爱芹思通检测技术有限公司摘要：釆用XPS对氟橡胶结构进行了鉴定，针对不同单体结构碳元素所呈现的化学态的差异，通过c元素高分辨窄谱分峰分析，并根据不同碳元素对疲的特征结合能，得到氟橡胶的结构单元。结果表明，该方法快速、简便，准确度高。关键词：氟橡胶;XPS;化学态;高分辨窄谱;结合能;作者简介：刘晓媛(1986-),女，山东烟台人，硕士，工程师，主要从事材料的能谱研究工作。收稿曰期:2017-06-30Received：2017-06-30氟橡胶是指主链或侧链碳原子上存在氟原子的一种

2、合成高分子弹性体，其具有其他橡胶不可比拟的耐高温、耐化学介质及耐老化性能，广泛应用于航天航空、军工、国防、汽车、石汕化工等诸多领域［1-2］。氟橡胶生胶所含元素比较简单,主要有C、0和F元素，不同牌号氟橡胶的氟含量有所差异，通常氟橡胶所含单体主要包括六氟丙烯、四氟乙烯和偏氟乙烯［3-4］，有时也掺杂聚乙烯片段，其中牌号不同所含单体种类也不同，其性能也有很大区别。因此，准确鉴定出氟橡胶的结构单元对于研究结构与性能的关系，优化配方，开发新产品具有重要意义。对于橡胶产品的结构鉴定，目前大都通过红外、核磁、质谱3种分析方法。但对于氟橡胶而

3、言，由于其聚合单元结构相近，在光谱和质谱中的谱峰位置都很接近，无法准确地进行结构鉴定。X射线光电子能谱(XPS)在分析氟橡胶结构方面具有独特的优势。由于氟橡胶中各结构单元及与其相接的单元所含电负性的差异，在谱图中表现出结合能的偏移及所含单体的差异，其C元素会呈现不同的化学态。本工作采用XPS对不同种类的氟橡胶进行了测试，通过对C元素高分辨窄谱的分峰分析，得到其不同的元素存在状态，从而对各个谱峰进行结构单元的指认，确定出氟橡胶的结构单元。1实验1.1主要原材料市售氟橡胶产品：美国杜邦公司GF200S、GE600S,円本大金公司G37

4、3、G671,円木旭硝子AflaslOOS,中国晨光公司FPM2602、FPM2462、FPM504P,国产某密封元件PTFE;其他材料均为橡胶工业市售品。1.2主要仪器及测试条件X射线光电子能谱仪，ESCALAB250Xi型，美国Thermo公司，测试条件:激发源为单色化AlKa(I486.6eV),激发功率150W，分析室真空3.6XlOmbar;全扫描范围-l(fl350eV，分析器通过能50eV,采用固定通能模式。1.3样品测试将样品剪裁成5mmX5mmX2mm大小，双面胶粘在样品台上。采用随机选取测试点的方式进行扫描测定

5、。以污染碳Cis峰(Eb=284.8eV)做样品荷电校正。数据采集和处理使用Avantage软件。2结果与讨论2.1材料全元素分析阁1是9种氟橡胶的XPS全谱阁，其结果基本一致，主要含有C、0和F3种元素，谱图竹景较平，说明样品表面清洁。从全谱图中无法看出这儿种氟橡胶的明显差别。2.2C元素窄谱分析以G373为例，对其进行谱图及结构分析，其C元素窄谱图见图2。图19种氟橡胶的XPS全谱图下载原图阁2G373样品的C元素高分辨窄谱阁下载原阁对G373的C元素高分辨窄谱图进行分峰拟合，结果得到了5个峰，拟合效果很好，5个峰分别对应不同

6、的结合能（BE）值，利用结合能与结构对应的关系，可以表征出这5个谱峰所对应的结构单元，结果见表1。表1G373样品C元素各谱峰下载原表偏氟乙烯中的CH2由于相连CF2的影响，导致012中（：周围的电子云密度增加，BE值较普通碳增高，同理类推其余C元素的BE值，而CF、的Cis位置通常在293.8eV左右，分析表1结果可知，G373的单元结构为：2.3氟橡胶结构鉴定不同牌号的氟橡胶含有一种或几种不同的结构单体，其C元素的高分辨窄谱图也会有所差异，比如不同比例的C-C、C-CF、CF、CF2、CF3［5-8］，利用2.2中的方法对其余

7、8种氟橡胶进行分峰拟合处理，即可得到各自相应的结构单元，儿种不同氟橡胶的窄谱图见图3~5。从C元素窄谱图可看出，几种不同氟橡胶的谱图是有差异的，对其进行分峰拟合处理，将所有C元素进行归属。元素的结合能受其所处的化学、物理环境的影响而有一定的偏移，常见有机碳元素（C-C/C-H）的结合能值在284.8eV，如果碳元素周围存在0或F等电负性强的元素，就会影响其原子外层电子云密度的分布，在光电子能谱图中就会导致其结合能值产生变化，以此对氟橡胶中的C元素进行分峰拟合分析。氟橡胶屮的碳元素有C-11相连和C-F相连2种类型，由于氟元素的电负

8、性最强，因此使与其相连的C元素的结合能值增大，故C-C/C-H（相邻碳不含氟元素）