共聚樹脂的性能測試與分析方法

共聚樹脂的性能測試與分析方法

一、結構表征：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，苯環質子（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官能團存在：如聚酯類共聚物中1730 cm⁻¹ 處的C=O伸縮振動峰，或含氟共聚物在 1200-1300 cm⁻¹ 的C-F鍵吸收；

拉曼光譜對碳鏈骨架振動更敏感，適用于區分共軛結構（如苯乙烯 - 丁二烯共聚物的雙鍵振動峰）。

3. 凝膠滲透色譜（GPC）

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

二、熱性能測試：揭示溫度響應行為

1. 差示掃描量熱法（DSC）

測定玻璃化轉變溫度（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℃，兩者的熱轉變峰可反映相分離程度；

熔融焓（ΔHm）與結晶度計算：對于聚乙烯 - 辛烯共聚物，ΔHm越接近純聚乙烯（293J/g），表明結晶區占比越高。

2. 熱重分析（TGA）

評估熱穩定性：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 曲線的失重臺階數對應不同組分的熱分解行為。

3. 動態熱機械分析（DMA）

測定儲能模量（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出現峰值，可用于判斷加工窗口。

三、力學性能評估：從宏觀強度到微觀韌性

1. 拉伸與壓縮測試

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

彈性模量（E）：通過應力 - 應變曲線初始斜率計算，適用于區分剛性（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

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

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

3. 硬度測試

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（如環氧樹脂 - 胺共聚物）常用洛氏硬度（HR）表征。

四、加工性能測試：指導成型工藝優化

1. 熔體流動速率（MFR）測定

在標準溫度和負荷下，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，表明其流動性適合注塑成型，而 MFR<5 g/10 min 更適合擠出管材。

2. 流變學分析

旋轉流變儀：測定剪切黏度（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 η<1000 Pa・s，呈現假塑性流體特征；

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

五、環境與耐候性測試：評估實際應用穩定性

1. 耐化學介質性能

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

2. 耐老化測試

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（添加光穩定劑）在 1000 小時照射后，色差 ΔE<3，而未改性樣品 ΔE>8；

濕熱老化：85℃/85% RH 環境下，尼龍 - 6/66 共聚物的拉伸強度下降速率比純尼龍 - 6 慢 20%，歸因于共聚結構降低了吸濕性。

六、功能性測試：針對特殊應用場景

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. 生物相容性測試

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

七、分析方法的聯用與前沿技術

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）：觀察納米級相分離結構，如苯乙烯 - 丁二烯嵌段共聚物（SBC）的微相分離形態（球形、層狀）直接影響其彈性回復性能；

計算機模擬（分子動力學 MD）：預測共聚單體配比與性能的關系，如通過 MD 模擬優化聚醚 - 聚酯嵌段共聚物的鏈段長度，使彈性模量誤差控制在 5% 以內。

通過多維度的性能測試與分析，可系統揭示共聚樹脂的結構 - 性能關聯，為分子設計、工藝優化及應用場景拓展提供數據支撐，例如，在航空材料領域，通過調控聚酰亞胺 - 聯苯共聚物的亞胺化程度，結合DSC、DMA 及熱氧老化測試，可精準控制其在 200℃高溫下的力學保持率，滿足發動機部件的使用要求。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://www.cheng114.com/