共聚树脂的性能测试与分析方法

共聚树脂的性能测试与分析方法

一、结构表征：从分子层面解析共聚组成

1. 核磁共振（NMR）分析

通过 ¹H-NMR 和 ¹³C-NMR 谱图可定量表征共聚单体的摩尔比及序列分布，例如，苯乙烯 - 丙烯酸酯共聚物中，苯环质子（δ=7.0-7.5 ppm）与丙烯酸酯羰基碳（δ=170-180 ppm）的峰面积比可直接反映单体比例；而交替共聚与无规共聚的特征峰位移差异，能辅助判断链段排列方式。

2. 红外光谱（FT-IR）与拉曼光谱

FT-IR 可通过特征吸收峰确认官能团存在：如聚酯类共聚物中1730 cm⁻¹ 处的C=O伸缩振动峰，或含氟共聚物在 1200-1300 cm⁻¹ 的C-F键吸收；

拉曼光谱对碳链骨架振动更敏感，适用于区分共轭结构（如苯乙烯 - 丁二烯共聚物的双键振动峰）。

3. 凝胶渗透色谱（GPC）

通过测定共聚物的分子量（Mw、Mn）及分子量分布（PDI），评估聚合均匀性。例如，乙烯 - 醋酸乙烯酯（EVA）共聚物的Mw若超过10⁵g/mol，其熔体强度显著提升，但 PDI>3 时易导致加工中熔体破裂。

二、热性能测试：揭示温度响应行为

1. 差示扫描量热法（DSC）

测定玻璃化转变温度（Tg）：如丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）共聚物中，丁二烯链段的Tg约-80℃，而苯乙烯 - 丙烯腈相Tg为100℃，两者的热转变峰可反映相分离程度；

熔融焓（ΔHm）与结晶度计算：对于聚乙烯 - 辛烯共聚物，ΔHm越接近纯聚乙烯（293J/g），表明结晶区占比越高。

2. 热重分析（TGA）

评估热稳定性：如聚氯乙烯 - 醋酸乙烯酯（PVC-VAc）共聚物在200℃开始脱HCl，而引入丙烯酸酯单体可使起始分解温度提升至230℃，TGA 曲线的失重台阶数对应不同组分的热分解行为。

3. 动态热机械分析（DMA）

测定储能模量（E'）和损耗因子（tanδ）：例如苯乙烯 - 马来酸酐共聚物在Tg以上，E' 从10⁹ Pa骤降至10⁶ Pa，tanδ出现峰值，可用于判断加工窗口。

三、力学性能评估：从宏观强度到微观韧性

1. 拉伸与压缩测试

拉伸强度（σb）与断裂伸长率（εb）：乙丙橡胶（EPR）共聚物的εb可达800%，而苯乙烯 - 丙烯腈（SAN）共聚物σb约60MPa但 εb<5%；

弹性模量（E）：通过应力 - 应变曲线初始斜率计算，适用于区分刚性（如聚苯醚 - 苯乙烯共聚物，E>2GPa）与柔性共聚物（如热塑性聚氨酯，E<100 MPa）。

2. 冲击试验

简支梁/悬臂梁冲击强度：ABS 共聚物因丁二烯橡胶相的增韧作用，缺口冲击强度可达20 kJ/m²，是纯PS的10倍；

落锤冲击测试：模拟实际受力场景，如聚碳酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（PC-ABS）共聚物在-20℃时的抗冲击性能仍能保持室温的 70%。

3. 硬度测试

邵氏硬度（Shore A/D）：适用于弹性体共聚物（如苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，Shore A60-80），而热固性共聚物（如环氧树脂 - 胺共聚物）常用洛氏硬度（HR）表征。

四、加工性能测试：指导成型工艺优化

1. 熔体流动速率（MFR）测定

在标准温度和负荷下，如聚丙烯-乙烯共聚物（PP-E）在 230℃/2.16 kg 条件下的 MFR 若为 20 g/10min，表明其流动性适合注塑成型，而 MFR<5 g/10 min 更适合挤出管材。

2. 流变学分析

旋转流变仪：测定剪切黏度（η）随剪切速率（γ̇）的变化，如聚甲基丙烯酸甲酯 - 丁二烯 - 苯乙烯（MBS）共聚物在 γ̇=100 s⁻¹ 时 η<1000 Pa・s，呈现假塑性流体特征；

毛细管流变仪：模拟挤出过程，通过压力降计算熔体破裂临界剪切速率，避免加工中出现表面粗糙。

五、环境与耐候性测试：评估实际应用稳定性

1. 耐化学介质性能

浸泡试验：如氟橡胶 - 四丙氟共聚物在 150℃浓硫酸中浸泡 72 小时，重量变化率 <1%，拉伸强度保持率> 80%，而普通丁腈橡胶在此条件下会溶胀失效。

2. 耐老化测试

紫外（UV）老化：氙灯老化箱模拟太阳光，聚烯烃 - 苯并三唑共聚物（添加光稳定剂）在 1000 小时照射后，色差 ΔE<3，而未改性样品 ΔE>8；

湿热老化：85℃/85% RH 环境下，尼龙 - 6/66 共聚物的拉伸强度下降速率比纯尼龙 - 6 慢 20%，归因于共聚结构降低了吸湿性。

六、功能性测试：针对特殊应用场景

1. 阻隔性能

气体透过率（OTR）：乙烯 - 乙烯醇（EVOH）共聚物的氧气透过率 <0.1 cm³/(m²・day・atm)，适用于食品包装，而低密度聚乙烯（LDPE）的 OTR 约为 500 cm³/(m²・day・atm)；

水蒸气透过率（WVTR）：聚偏二氯乙烯 - 氯乙烯（PVDC-CPVC）共聚物的 WVTR<0.5 g/(m²・day)，可用于防潮包装。

2. 生物相容性测试

细胞毒性试验（MTT 法）：如聚乳酸 - 羟基乙酸（PLGA）共聚物的降解产物若使细胞存活率 > 90%，表明适合医用植入材料；溶血试验则用于评估血液接触材料的安全性。

七、分析方法的联用与前沿技术

X 射线光电子能谱（XPS）：深度剖析共聚物表面元素组成，如聚乙烯 - 丙烯酸共聚物经电晕处理后，表面 O/C 原子比从 0.05 提升至 0.2，改善印刷适性；

原子力显微镜（AFM）：观察纳米级相分离结构，如苯乙烯 - 丁二烯嵌段共聚物（SBC）的微相分离形态（球形、层状）直接影响其弹性回复性能；

计算机模拟（分子动力学 MD）：预测共聚单体配比与性能的关系，如通过 MD 模拟优化聚醚 - 聚酯嵌段共聚物的链段长度，使弹性模量误差控制在 5% 以内。

通过多维度的性能测试与分析，可系统揭示共聚树脂的结构 - 性能关联，为分子设计、工艺优化及应用场景拓展提供数据支撑，例如，在航空材料领域，通过调控聚酰亚胺 - 联苯共聚物的亚胺化程度，结合DSC、DMA 及热氧老化测试，可精准控制其在 200℃高温下的力学保持率，满足发动机部件的使用要求。

本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.szbangjun.com/