一種恢復物理老化高聚物力學性能的小分子處理方法
2023-12-10 05:15:56 1
一種恢復物理老化高聚物力學性能的小分子處理方法
【專利摘要】本發明涉及一種恢復物理老化高聚物力學性能的小分子處理方法。通過雙切線法，由動態吸附等溫線確定小分子作用下高聚物發生玻璃化轉變時的臨界濃度；將發生深度物理老化的高聚物置於玻璃化轉變濃度以上的小分子介質中，並施加彈性應力梯度場，使其力學性能復新；據短期蠕變試驗曲線，獲得移位因子隨物理老化時間的定量表達式，預測復新後高聚物再次服役的長期行為。本發明在常溫條件下即可快速恢復發生物理老化高聚物的物理力學性能，且復新的持久性能更為良好。
【專利說明】一種恢復物理老化高聚物力學性能的小分子處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種恢復物理老化高聚物力學性能的小分子處理方法，屬高分子物理試驗領域。
【背景技術】
[0002]高分子聚合物及其複合材料因具有比強度和比剛度高、可設計和易加工成型等獨特優點，正被越來越廣泛地應用於機械、化工、建築乃至航空航天等重要工程領域。由於無定形及部分結晶高聚物的成型工藝(熱熔塑造與溶劑的溶解鑄型)將使材料內部的熱力學狀態處於高度的非平衡，其中比容、焓和熵等過剩熱力學參量會使玻璃態高聚物發生化學結構穩定而物理力學性能下降的變化(即物理老化)。物理老化的特徵之一為可逆性，即通過增加聚合物內部的自由體積能夠使老化後材料的物理力學性能重新恢復。高溫熱處理和機械應力誘導是目前玻璃態聚合物復新的兩種方法。但前者涉及加熱至7；以上的熱處理，能耗較大、工藝繁瑣且成本較高；而後者是將物理老化後的材料經大於屈服強度的應力作用，以增加自由體積。其老化進程雖獲得逆轉，但復新的持續時間非常有限。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於針對已有技術存在的不足，提供一種恢復物理老化高聚物力學性能的小分子處理方法。是一種基於小分子吸附與應力梯度耦合作用下玻璃態聚合物的復新(rejuvenation)及其長期性能的預測方法,主要用於迅速恢復發生深度物理老化的無定形及部分結晶高聚物的物理力學性能。
[0004]為達到上述目的，本發明的構思為:①小分子介質(如溼氣、氮氣和二氧化碳等)的遷入，高聚物內自由體積增加，鏈段運動空間增加、運動能力相應增大，材料的物理力學性能可恢復到未老化前的水平；而彈性應力梯度的作用則可促進小分子介質在高聚物中的擴散，加速其復新進程；②由於玻璃化轉變會使得高聚物吸附等溫曲線產生明顯轉折，因此基於動態吸附法，可獲得常溫時小分子作用下高聚物發生玻璃化轉變時的臨界濃度；③採用時間-老化時間-介質濃度疊加原理預測復新後高聚物再次服役的長期性能。
[0005]根據上述發明構思，本發明採用下述技術方案:
一種恢復物理老化高聚物力學性能的小分子處理方法，包括如下步驟:
a.將無定形或部分結晶高聚物樣品放入動態吸附分析儀中，在溫度為25?40°C、相對溼度為0±1%的環境中乾燥至質量恆定；
b.在常溫條件(25?40°C)下，進行小分子濃度掃描測量，並記錄介質含量隨濃度的變化，即動態吸附等溫線；
c.通過雙切線法，即取兩段吸附等溫線的雙切線交點的橫坐標，分別確定高聚物發生玻璃化轉變的介質濃度；由此獲得常溫時，高聚物在小分子作用下發生玻璃化轉變時的臨
界濃度；d.確定小分子介質作用濃度G其中,在配置環境箱的通用力學試驗機上對高聚物進行單軸拉伸測試，獲得濃度為C的小分子介質環境中高聚物的屈服應力A ;
e.將發生物理老化的高聚物置於玻璃化轉變臨界濃度G以上的小分子介質中，並在其上施加大小為0.1~0.9 0.的應力梯度耦合作用10~60分鐘；
f.經上述小分子介質和應力梯度稱合處理的高聚物，根據Struik短期螺變試驗曲線和時間-老化時間-溼度疊加原理，由手動移位方法獲得主曲線，並獲得移位因子—隨物理老化時間?的三段線性變化規律:
【權利要求】
1.一種恢復物理老化高聚物力學性能的小分子處理方法，其特徵在於，包括如下步驟: a.將無定形或部分結晶態高聚物樣品放入動態吸附分析儀中，在溫度為25~40°C、相對溼度為0±1%的環境中乾燥至質量恆定； b.在常溫條件下，進行小分子濃度或壓力掃描測量，並記錄介質含量隨濃度或壓力的變化，即動態吸附等溫線；c.通過雙切線法，即取兩段吸附等溫線的雙切線交點橫坐標，分別確定高聚物發生玻璃化轉變的介質濃度；由此獲得常溫時，高聚物在小分子作用下發生玻璃化轉變時的臨界濃度C ； d.確定小分子介質作用濃度C，其中c>cr ，在配置環境箱的通用力學試驗機上對高聚物進行單軸拉伸測試，獲得濃度為C的小分子介質環境中高聚物的屈服應力(Tse.將發生物理老化的高聚物置於玻璃化轉變臨界濃度G以上的小分子介質中，並
r在其上施加大小為0.1~0.5 CTj的應力梯度耦合作用10~60分鐘； f.經上述小分子介質和應力梯度稱合處理的高聚物，根據Struik短期螺變試驗曲線和時間-老化時間-溼度疊加原理，由手動移位方法獲得主曲線，並獲得移位因子《CO隨物理老化時間?的三段線性變化規律:
2.根據權利要求1所述的恢復物理老化高聚物力學性能的小分子處理方法，其特徵在於，所述步驟b中的常溫條件的溫度為25~40°C。
【文檔編號】G01N3/08GK103868797SQ201410051596
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月14日 優先權日:2014年2月14日
【發明者】胡宏玖, 張曉龍, 劉昌 , 郭滿霞, 黃大衛 申請人:上海大學