共聚樹脂的性能測(cè)試與分析方法

一、結(jié)構(gòu)表征：從分子層面解析共聚組成

1. 核磁共振（NMR）分析

通過 ¹H-NMR 和 ¹³C-NMR 譜圖可定量表征共聚單體的摩爾比及序列分布，例如，苯乙烯 - 丙烯酸酯共聚物中，苯環(huán)質(zhì)子（δ=7.0-7.5 ppm）與丙烯酸酯羰基碳（δ=170-180 ppm）的峰面積比可直接反映單體比例；而交替共聚與無規(guī)共聚的特征峰位移差異，能輔助判斷鏈段排列方式。

2. 紅外光譜（FT-IR）與拉曼光譜

FT-IR 可通過特征吸收峰確認(rèn)官能團(tuán)存在：如聚酯類共聚物中1730 cm⁻¹ 處的C=O伸縮振動(dòng)峰，或含氟共聚物在 1200-1300 cm⁻¹ 的C-F鍵吸收；

拉曼光譜對(duì)碳鏈骨架振動(dòng)更敏感，適用于區(qū)分共軛結(jié)構(gòu)（如苯乙烯 - 丁二烯共聚物的雙鍵振動(dòng)峰）。

3. 凝膠滲透色譜（GPC）

通過測(cè)定共聚物的分子量（Mw、Mn）及分子量分布（PDI），評(píng)估聚合均勻性。例如，乙烯 - 醋酸乙烯酯（EVA）共聚物的Mw若超過10⁵g/mol，其熔體強(qiáng)度顯著提升，但 PDI>3 時(shí)易導(dǎo)致加工中熔體破裂。

二、熱性能測(cè)試：揭示溫度響應(yīng)行為

1. 差示掃描量熱法（DSC）

測(cè)定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）：如丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）共聚物中，丁二烯鏈段的Tg約-80℃，而苯乙烯 - 丙烯腈相Tg為100℃，兩者的熱轉(zhuǎn)變峰可反映相分離程度；

熔融焓（ΔHm）與結(jié)晶度計(jì)算：對(duì)于聚乙烯 - 辛烯共聚物，ΔHm越接近純聚乙烯（293J/g），表明結(jié)晶區(qū)占比越高。

2. 熱重分析（TGA）

評(píng)估熱穩(wěn)定性：如聚氯乙烯 - 醋酸乙烯酯（PVC-VAc）共聚物在200℃開始脫HCl，而引入丙烯酸酯單體可使起始分解溫度提升至230℃，TGA 曲線的失重臺(tái)階數(shù)對(duì)應(yīng)不同組分的熱分解行為。

3. 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）

測(cè)定儲(chǔ)能模量（E'）和損耗因子（tanδ）：例如苯乙烯 - 馬來酸酐共聚物在Tg以上，E' 從10⁹ Pa驟降至10⁶ Pa，tanδ出現(xiàn)峰值，可用于判斷加工窗口。

三、力學(xué)性能評(píng)估：從宏觀強(qiáng)度到微觀韌性

1. 拉伸與壓縮測(cè)試

拉伸強(qiáng)度（σb）與斷裂伸長(zhǎng)率（εb）：乙丙橡膠（EPR）共聚物的εb可達(dá)800%，而苯乙烯 - 丙烯腈（SAN）共聚物σb約60MPa但 εb<5%；

彈性模量（E）：通過應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線初始斜率計(jì)算，適用于區(qū)分剛性（如聚苯醚 - 苯乙烯共聚物，E>2GPa）與柔性共聚物（如熱塑性聚氨酯，E<100 MPa）。

2. 沖擊試驗(yàn)

簡(jiǎn)支梁/懸臂梁沖擊強(qiáng)度：ABS 共聚物因丁二烯橡膠相的增韌作用，缺口沖擊強(qiáng)度可達(dá)20 kJ/m²，是純PS的10倍；

落錘沖擊測(cè)試：模擬實(shí)際受力場(chǎng)景，如聚碳酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（PC-ABS）共聚物在-20℃時(shí)的抗沖擊性能仍能保持室溫的 70%。

3. 硬度測(cè)試

邵氏硬度（Shore A/D）：適用于彈性體共聚物（如苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，Shore A60-80），而熱固性共聚物（如環(huán)氧樹脂 - 胺共聚物）常用洛氏硬度（HR）表征。

四、加工性能測(cè)試：指導(dǎo)成型工藝優(yōu)化

1. 熔體流動(dòng)速率（MFR）測(cè)定

在標(biāo)準(zhǔn)溫度和負(fù)荷下，如聚丙烯-乙烯共聚物（PP-E）在 230℃/2.16 kg 條件下的 MFR 若為 20 g/10min，表明其流動(dòng)性適合注塑成型，而 MFR<5 g/10 min 更適合擠出管材。

2. 流變學(xué)分析

旋轉(zhuǎn)流變儀：測(cè)定剪切黏度（η）隨剪切速率（γ̇）的變化，如聚甲基丙烯酸甲酯 - 丁二烯 - 苯乙烯（MBS）共聚物在 γ̇=100 s⁻¹ 時(shí) η<1000 Pa・s，呈現(xiàn)假塑性流體特征；

毛細(xì)管流變儀：模擬擠出過程，通過壓力降計(jì)算熔體破裂臨界剪切速率，避免加工中出現(xiàn)表面粗糙。

五、環(huán)境與耐候性測(cè)試：評(píng)估實(shí)際應(yīng)用穩(wěn)定性

1. 耐化學(xué)介質(zhì)性能

浸泡試驗(yàn)：如氟橡膠 - 四丙氟共聚物在 150℃濃硫酸中浸泡 72 小時(shí)，重量變化率 <1%，拉伸強(qiáng)度保持率> 80%，而普通丁腈橡膠在此條件下會(huì)溶脹失效。

2. 耐老化測(cè)試

紫外（UV）老化：氙燈老化箱模擬太陽光，聚烯烴 - 苯并三唑共聚物（添加光穩(wěn)定劑）在 1000 小時(shí)照射后，色差 ΔE<3，而未改性樣品 ΔE>8；

濕熱老化：85℃/85% RH 環(huán)境下，尼龍 - 6/66 共聚物的拉伸強(qiáng)度下降速率比純尼龍 - 6 慢 20%，歸因于共聚結(jié)構(gòu)降低了吸濕性。

六、功能性測(cè)試：針對(duì)特殊應(yīng)用場(chǎng)景

1. 阻隔性能

氣體透過率（OTR）：乙烯 - 乙烯醇（EVOH）共聚物的氧氣透過率 <0.1 cm³/(m²・day・atm)，適用于食品包裝，而低密度聚乙烯（LDPE）的 OTR 約為 500 cm³/(m²・day・atm)；

水蒸氣透過率（WVTR）：聚偏二氯乙烯 - 氯乙烯（PVDC-CPVC）共聚物的 WVTR<0.5 g/(m²・day)，可用于防潮包裝。

2. 生物相容性測(cè)試

細(xì)胞毒性試驗(yàn)（MTT 法）：如聚乳酸 - 羥基乙酸（PLGA）共聚物的降解產(chǎn)物若使細(xì)胞存活率 > 90%，表明適合醫(yī)用植入材料；溶血試驗(yàn)則用于評(píng)估血液接觸材料的安全性。

七、分析方法的聯(lián)用與前沿技術(shù)

X 射線光電子能譜（XPS）：深度剖析共聚物表面元素組成，如聚乙烯 - 丙烯酸共聚物經(jīng)電暈處理后，表面 O/C 原子比從 0.05 提升至 0.2，改善印刷適性；

原子力顯微鏡（AFM）：觀察納米級(jí)相分離結(jié)構(gòu)，如苯乙烯 - 丁二烯嵌段共聚物（SBC）的微相分離形態(tài)（球形、層狀）直接影響其彈性回復(fù)性能；

計(jì)算機(jī)模擬（分子動(dòng)力學(xué) MD）：預(yù)測(cè)共聚單體配比與性能的關(guān)系，如通過 MD 模擬優(yōu)化聚醚 - 聚酯嵌段共聚物的鏈段長(zhǎng)度，使彈性模量誤差控制在 5% 以內(nèi)。

通過多維度的性能測(cè)試與分析，可系統(tǒng)揭示共聚樹脂的結(jié)構(gòu) - 性能關(guān)聯(lián)，為分子設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化及應(yīng)用場(chǎng)景拓展提供數(shù)據(jù)支撐，例如，在航空材料領(lǐng)域，通過調(diào)控聚酰亞胺 - 聯(lián)苯共聚物的亞胺化程度，結(jié)合DSC、DMA 及熱氧老化測(cè)試，可精準(zhǔn)控制其在 200℃高溫下的力學(xué)保持率，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)部件的使用要求。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://hljjc.com/