现代材料研究方法课程设计 高分子材料的运用越来越广泛，其剖析技术已随之迅速发展。在生产中，分析人员须进行控制分析监视生产过程，对原料和产品进行剖析，对使用过程中的产品进行跟踪分析，对废弃产品进行分析等。在日常生活中，人们往往关注食品袋是否安全无毒，想知道植物是什么纤维，甚至于想了解所使用的塑料制品其组成，这些都要依靠高分子材料的剖析技术。而无论在企业、高校或科研单位，聚合过程研究、高分子设计、老品种改性和新产品开发等更离不开它。通过对此课程的学习，我们能掌握高分子材料的结构剖析和鉴定的方法，了解高分子材料的组成及结构的分析方法并掌握相关仪器的操作方法。 聚氯乙烯（PVC）是三大通用塑料品种之一，以其优异的性能被广泛应用于工农业生产、日用品消费和建筑行业等各个领域。如薄膜（农业薄膜、包装用薄片）；人造革（鞋、皮包、沙发等）；电器（电线绝缘漆、绝缘胶带）；化工（防腐蚀管道、槽等）；日用品（瓶、唱片、鞋、玩具、封条、书的涂层、容器、管等）；建材（地板、壁纸、管道、屋顶防水涂层等）；纤维（织物）。硬质PVC作为化学建材使用，如塑料门窗异型材、供排水管材、管件、板材等制品，有其它材料无法替代的性能和优势。 聚乙烯（PE）对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。采用不同的生产方法可得不同密度(0.91～0.96g／cm3）的产物。聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法加工。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。随着石油化工的发展，聚乙烯生产得到迅速发展，产量约占塑料总产量的1/4。 近年来在核物理,天体物理,反应堆运行中运用聚乙烯作为漫化剂来测量中子.对核物理的研究做出了自己的贡献.聚乙烯(PE)塑料一种,我们常常提的方便袋就是聚乙烯(PE).聚乙烯是结构最简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的–CH2–单元连接而成的。聚乙烯(PE)是通过乙烯（CH2=CH2 ）的加成聚合而成的。 聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压)有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190–210C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE)，它是支化结构的 x，但实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，其中，丙烯腈占15%~35%，丁二烯占5%~30%，苯乙烯占40%~60%，最常见的比例是A:B:S=20:30:50。ABS塑料的成型温度为180-250℃，但是最好不要超过240℃，此时树脂会有分解。 随着三种成分比例的调整，树脂的物理性能会有一定的变化： 1,3-丁二烯为ABS树脂提供低温延展性和抗冲击性，但是过多的丁二烯会降低树脂的硬度、光泽及流动性； 丙烯腈为ABS树脂提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀的性质； 苯乙烯为ABS树脂提供硬度、加工的流动性及产品表面的光洁度。 性质 ABS树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为1.04~1.06 g/cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。 ABS树脂可以在-25℃~60℃的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。因此它可以被用于家电外壳、玩具等日常用品。常见的乐高积木就是ABS制品。 ABS树脂可与多种树脂配混成共混物，如PC/ABS、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，产生新性能和新的应用领域，如：将ABS树脂和PMMA混合，可制造出透明ABS树脂。 第一章 基本理论 一、化学分析 化学分析是材料分析中的重要手段。要剖析一个未知高分子试样，首先，我们可以通过观察外观、触摸手感初步判断材料是属于哪一类，尽可能的了解其来源。 根据外观我们可以大致区分出来三种物质，但是这种方法有一定的局限性不能让人完全信服，我们还需要进一步分析。因此我们可以通过燃烧实验来进行进一步的鉴定分析，高分子材料受热后燃烧的情况、气味以及火焰的颜色都因材料的不同而不同，我们可以用两种试验方法来测试，一种是燃烧试

为每辆车“体检”，在线控制车内VOC

在汽车变速器、安全气囊、轮胎等质量问题被频频投诉后，近年来，车内异味的投诉数量以加速度成为令车企最为焦虑的难题。去年，国家有关部门发布了《乘用车内空气质量评价指南》（征求意见稿），欲对汽车厂新生产下线的M1类车车内空气质量（即苯、甲苯、二甲苯、 乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等八种物质），进行更为严格的把控。

目前，国内车企对下线新车的车内空气质量检测基本采用离线的实验室分析方法，以抽检的方式进行检测。这套实验室方法准确度虽高，却不得不以“牺牲”其他特性为代价，比如操作过程复杂，检测时间过长，因抽检可能造成的“漏网之鱼”等等问题。

尤其在当下，各个汽车厂对生产效率有着比以往更高的要求，以及国家对车内空气质量更为严苛的控制政策，仅凭实验室方法很难满足市场发展的新要求。

“为什么不能对每辆下线新车的车内空气做一次严格的‘体检’？”这是帕莫瑞科技团队启动车内VOC在线快检技术研发项目的最初设想。

近期，帕莫瑞科技在彼牧车内环境论坛上发表演讲：《应用于实验室研究领域以及生产线QA / QC的芳烃及醛类VOC实时在线VIAQ监测解决方案》，首次发布了离子分子反应质谱仪在车内空气质量在线检测的重要实验数据。

一项技术研发的关键意义在于，是否能为客户创造必须的且重要的价值。那么，我们应该从哪些角度去评估芳烃及醛类VOC实时在线VIAQ监测解决方案是否具有价值？来自汽车业的专家们给出了这样的解释：

首先，VOC快速检测技术所得数据必须与实验室数据有良好的关联性。精准的数据，无论从与国家标准方法所得检测数据相一致的角度，还是从为客户研发提供有参考价值的数据来看，都至关重要；

其次，快速检测，直接检测，使检测过程自动化、智能化；

最后，有助于汽车车内工艺的改进。通过监测气体组分的挥发趋势，探究气味的来源，更深入地了解原材料的特性。从而选择更安全环保的材质，进一步提升消费者的体验感。

奥地利V＆F是全球高灵敏度在线质谱仪的研发机构，最早服务于德国宝马、大众等车企的发动机研发，此后又在欧美环境空气等众多领域得到广泛应用，V&F技术研发总监同时也担任总经理的Dr. Siegfried Praun （以下简称“Praun”）认为，中国汽车厂在车内空气质量的控制方面，所投入的精力与研究，已经是世界领先水平。

您认为，中国车企在车内空气质量控制方面的研究成果如何？

Praun：中国车企在探究车内空气质量控制的研究水平非常高，而且大家还极其关注车内气味的识别技术与评级方法，这要比欧美车企做的研究更加深入。

我认为，由于近几年中国车企及其工程师们在数学计算能力、快速检测设备的研发与应用，以及其他研究手段等方面都取得了突破性的进展，才促使他们在车内空气质量控制上取得显著的研究成果，此外，中国的工程师们十分关注车内气味到底来自哪里，以及如何快速辨识气味等级。

中国车企在车内空气质量的研究存在哪些困难？

Praun：第一，中国车企对车内空气质量的研究非常深入，而欧美车企并没有将此作为投入的重点，这也就意味着，中国汽车厂没有太多的经验可以借鉴，要完全靠自己去自主研究；

第二，找到适合自己的研发设备，要非常清楚自己真正需要的技术；

第三，汽车厂是否有耐心，是否有强烈的意愿和精力去做更深入的研究，是否愿意去将车内空气质量控制，以及气味溯源等问题研究透彻。

V&F研发的离子分子反应质谱，主要满足哪些市场需求？

Praun：主要针对在线、快速检测，以及对数据的准确度有严格要求的客户。目前，离子分子反应质谱在欧美市场主要用于环境空气的在线监测、香水气味识别、烟草气味识别、发动机的研发以及氢燃料的开发等等。

Airsense离子分子反应质谱仪在车内VOC在线快速检测的应用，是帕莫瑞科技首创，非常惊喜。

是否可以简单介绍一下，离子分子反应质谱的技术原理？

Praun：V&F离子分子反应质谱仪是一种软电离的技术。通过汞、氙、氪三种离散能级的离子与样品气体分子发生反应，使其丢失一个电子，这种技术不会造成分子碎片化。

常规的质谱仪由于是用70eV电子电离，从而会产生分子碎片，形成质谱图，然后再进行检测。但这会产生一些问题，比如某一些分子的峰会重叠，像苯和甲苯的峰就会在某一个质量数上重叠，这样从质谱图上就没有办法区分。

因此，常规质谱仪需要一个GC的前处理过程，把不同气体组分进行分离，再进行检测，也就是对离子碎片进行检测，这就使检测速度变得非常慢。

而离子分子反应质谱仪，选用更高能级的离子作为离子源，比如氪，把同分异构体的气体组分打成碎片，它们各自的碎片会不一样，这也就可以根据不同碎片进行区分，起到了分离的作用。

此外，该技术采用分子母离子，因为没有离子碎片化，所以检测速度会更快，这也是离子分子反应质谱仪可以用作在线快速检测的先决条件。

离子分子反应质谱仪可以实现毫秒级响应速度，这对车企的价值是什么？

Praun：毫秒，意味着你会获得大量的数据。而数据越多，也就意味着越接近实际测量值，减小了测量的误差。

不同气体组分的散发速率不同，浓度不同，那么对车内气味的影响就会不同。数据点越多，散发趋势就会体现得越完整，这是绝对优势，帮助工程师从中找到关联性，促进研发。

以车内香水的挥发为例，由于其挥发速率很快，毫秒级的质谱仪，能更准确地还原散发过程，让工程师得到更加真实的数据。

在欧洲市场，汽车车内环境检测的通用技术是什么？

Praun：事实上，欧洲汽车厂对原材料供应商管控非常严格，要求零部件供应商提供检测报告，比如不同原材料大概的挥发范围，根据这个报告，车企再评估一下，把零部件整合起来后，车内排放大概是在什么水平。所以，欧洲车企并没有用中国的方法去控制车内空气质量。

因为欧洲市场零部件本身生产质量较高，因此基本没有收到关于气味大的投诉，也没有涉及车内挥发性组分超标等问题。另外，在汽车技术性能方面，欧美客户更关注功能性的需求，中国客户则更关注体验性的需求。