黃 巍 袁宏達

（中航工業(yè)哈爾濱東安發(fā)動機（集團）有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

由于橡膠無可比擬的獨特高彈性能，是航空工業(yè)產(chǎn)品尤其是飛行器中無法缺少、難以替代的功能材料。橡膠材料自身種類和牌號也相對繁多龐雜，主要用于生產(chǎn)墊片、導管、O型圈、油封和皮碗等防震防漏密封耐油零部件。不同種類的橡膠材料還可以兼顧耐高低溫性能、耐介質性能、耐老化性能、耐高壓性能、耐磨性能等不同用途的性能。因此隨著橡膠材料使用的頻繁和廣泛，其材質分析方法和技術，尤其是在航空工業(yè)科研和生產(chǎn)應用中的重要地位和必要性就越發(fā)凸顯出來。在航空工業(yè)中，橡膠材料材質成分分析主要應用于航天器各機型中橡膠制品零部件的測繪和失效分析，以及日常生產(chǎn)中橡膠原材料與成品件、半成品件質量監(jiān)控。

正如前面所提到的，橡膠材料種類繁多，每大類下涵蓋的牌號也是少則幾種，多則數(shù)十種，而且新種類、新牌號的研發(fā)和使用也日新月異。由于在航空工業(yè)上使用的都是相對較為成熟的種類和技術，因此可以將航空橡膠制品分為以下幾大類：異戊二烯橡膠；丁腈橡膠；氯丁橡膠；乙丙橡膠；氯磺化聚乙烯橡膠；聚氨酯橡膠；硅橡膠；氟橡膠。在有機高聚物材質成分分析手段上，綜合考慮試驗操作難易程度、成本和周期、準確性以及精確程度等多方面因素后，目前在國內外測定橡膠材料種類的鑒定方法普遍采用紅外光譜法。

1 紅外光譜技術

紅外光譜技術是光譜測量技術、化學計量技術與基礎測試技術有機結合，將紅外光譜所反映的物態(tài)信息通過化學計量技術建立校正模型，然后使用測定未知樣品的光譜來快速預測其組成或性質的分析技術。根據(jù)實驗所測繪的紅外光譜圖的吸收峰位置、強度和形狀，利用基團振動頻率與分子結構的關系，來確定吸收帶的歸屬，確認分子中所含的基團或鍵，并推斷分子的結構。紅外光譜測定法使用的儀器主要有紅外分光光度計、非分散紅外光度計和傅立葉變換中紅外光譜儀等，其中尤以傅立葉變換中紅外光譜儀的應用最為廣泛。

傅立葉變換中紅外光譜法所檢測的化學組分可直接產(chǎn)生對應的特征吸收峰，在原理上屬于透明操作體系，所以無需計量法推算技術可直接測量。因此其化學組分測定結果的精確度和可靠性都很高，ASTM（美國材料試驗協(xié)會）接受其為標準測試方法。同時正是由于紅外光譜法不是基于統(tǒng)計的意義上所建立的分析模型，所以對于大量混合的復雜的高分子聚合物樣品，全譜傅立葉中紅外檢測技術適用性好，是今后橡膠材料材質成分分析的最主要檢測分析方法。而且傅立葉變換中紅外光譜檢測技術除了具備以上優(yōu)良的特點外，其還具有不需要光纖傳輸（光導纖維是易受損傷的和易衰減的）、系統(tǒng)更為牢固更可靠、可以布置到不同場所、儀器可以自我標定、自我監(jiān)測等優(yōu)點。

2 應用標準分析

2.1 GB/T 7764–2001《橡膠鑒定 紅外光譜法》

2.1.1 標準介紹

GB/T 7764–2001規(guī)定了用紅外光譜法鑒定橡膠聚合物的試驗方法及步驟，并給出試樣制備及譜圖解析的概要。GB/T 7764–2001用于橡膠類別的生膠、混煉膠、硫化膠單一或并用膠料（但并用膠中的小比例聚合物質量比含量一般不應低于20%）的鑒定。GB/T 7764–2001不適用于定量分析。

GB/T 7764–2001較為詳細的描述橡膠材料紅外光譜測定法中的原理，適用范圍，設備和試劑，試樣制備，裂解、熱解及光譜測定步驟，溶解制膜及光譜測定步驟，光譜解析以及部分種類橡膠材料的光譜特征吸收表和參比光譜圖等各個方面。在實際應用過程中，按照GB/T 7764–2001試驗方法能夠得到準確有效的橡膠材料材質成分紅外光譜譜圖，同時結合紅外光譜分析技術和GB/T 7764–2001的解析依據(jù)，可以基本鑒定出適用范圍內橡膠材料的類別和材質成分。

2.1.2 標準應用分析

GB/T 7764–2001內容全面數(shù)據(jù)準確，方法適用范圍相對廣泛，試驗操作記述條理清晰、步驟明確。但由于GB/T 7764–2001等效的ISO國際標準——ISO 4650–1984《橡膠鑒定 紅外光譜法》，其版本非常陳舊，而且在2001年重新修訂過程中只是單一擴大適用范圍，即增加氯醚橡膠、丁腈酯橡膠、硅橡膠及氟橡膠等4種膠型，而沒有相應依照目前國際國內儀器升級優(yōu)化情況，與時俱進的改進檢測方法及更新譜庫，依然沿襲以往相對落后簡單的檢測方法，而這種簡單的檢測方法已經(jīng)難以應對目前廣泛使用先進新型號儀器進行檢測的形勢。因此建議GB/T 7764–2001及時、全面、細致地更新檢測方法和儀器操作過程，例如增加目前日益普及的衰減全反射（ATR）光譜檢測相關的應用方法，以及先進的橡膠熱裂解自動儀和其參數(shù)要求等。

此外GB/T 7764–2001所記錄的紅外光譜譜圖相對分辨率較低，規(guī)格種類也相互不一致，并被分格線遮擋譜線，導致辨識度降低。基于以上原因，建議應當使用功能先進的新型號傅立葉變換中紅外光譜儀，按照國際標準試驗方法重新制作繪制譜圖，并相應統(tǒng)一明確標注特征峰，對官能團的解析也應該準確全面細致，以便于為使用GB/T 7764–2001進行試驗操作及判定的檢測人員提供更加準確有效的鑒定依據(jù)。

2.2 HB 5416–1988《航空非金屬材料紅外光譜 檢驗方法》

2.2.1 標準介紹

HB 5416–1988適用于航空非金屬材料的化學組分檢驗，也可適用于其他非金屬材料的檢驗。用樣品所測定的紅外光譜譜圖和標準標樣的譜圖進行對照分析，達到鑒別樣品種類及牌號的目的。

HB 5416–1988給出紅外光譜法鑒定航空非金屬材料的原理，適用范圍，儀器和試劑，取樣、樣品預處理，試樣制備，紅外光譜譜圖繪制，化學組分對比檢驗等步驟。其中概要講解取樣方法和要求；樣品預處理方法和種類—溶解法、熱裂解法和灰化法；試樣制備方法種類和要求—KBr壓片法、鑄膜法、液膜法、涂片法以及液體池法。

HB 5416–1988試驗方法應用范圍廣泛，涵蓋內容較多，特別是航空非金屬材料針對性強，適合在開展航空非金屬材料材質鑒定工作初期作為指向引導性的依據(jù)。

2.2.2 標準應用分析

HB 5416–1988使用范圍相對較廣，所記述的檢測方法種類相對全面，但方法記述簡捷可執(zhí)行性差、缺乏詳盡操作儀器和細節(jié)，光按照HB 5416 –1988記述難以完成試驗所需步驟和要求，因此建議詳細記述試驗所需要的步驟過程和要求等內容，而且應按照國際比較通用的先進試驗方法和步驟進行更新。

此外HB 5416–1988也存在版本過于陳舊的問題，現(xiàn)行有效的最新版本實施年代為1989年，因此也存在檢測方法種類落后，缺乏技術成熟的先進檢測方法和多功能儀器操作說明。同時如可能，應該對航空非金屬材料進行分門別類的闡述，例如分為石油產(chǎn)品、橡膠、膠粘劑、涂料和塑料等種類，這樣技能保持同類材料檢測和鑒定方法的一致性，又可以對不同種類的材料執(zhí)行更有針對性的檢測技術和鑒定方法。

2.3 HB 5490–1991《航空非金屬材料商品紅外光譜 標準圖譜集》

2.3.1 標準介紹

HB 5490–1991規(guī)定航空非金屬材料商品紅外光譜標準譜圖的術語、代號、技術要求、應用方法及收錄涵蓋范圍內材料的紅外光譜譜圖集。HB 5490 –1991適用于圖譜集涵蓋的各種類相關牌號的航空非金屬商品材料，對其主要化學成分的進行紅外光譜檢測。

HB 5490–1991描述測定所記錄光譜圖集的要求：圖譜所用樣品為通過技術鑒定、定型和批量生產(chǎn)的航空非金屬材料的成品、半成品和原材料以及航空產(chǎn)品上試用的新材料；譜圖波數(shù)范圍在4000～400cm–1，最強吸收譜帶的透過率在5%左右，譜圖基線在95%左右；譜圖準確表征所測材料的主要化學成分的特征吸收譜帶的位置、形狀與相對強度，并無樣品以外和易揮發(fā)溶劑的吸收譜帶。

HB 5490–1991提供大量詳細準確的紅外光譜譜圖，用于航空非金屬材料的成品件、半成品件和原材料的常規(guī)質量監(jiān)控，以及航空產(chǎn)品中測繪新材料的材質成分分析。

2.3.2 標準應用分析

HB 5490–1991在使用過程中涵蓋范圍非常廣，包含航空產(chǎn)品中11大種類相當一部分常用的非金屬材料，并且紅外光譜檢測方法統(tǒng)一，譜圖有效性和準確性要求一致，具有較強的可比性。

但是HB 5490–1991同樣存在版本過于陳舊的問題，現(xiàn)行有效的最新版本實施年代為1992年，因此不足在于制樣方法相對單一落后，新興材料以及從國外引進的材料譜圖更新不及時。建議增加多樣化先進成熟的制樣手段以及檢測方法，并能夠定期及時更新材料譜圖。此外HB 5490–1991所記錄的紅外光譜譜圖相對分辨率較低，為紙制筆記錄式，并被分格線遮擋譜線，導致辨識度降低?；谝陨显?，建議應當使用功能先進的新型號傅立葉變換中紅外光譜儀，按照國際標準試驗方法重新制作繪制譜圖，并相應統(tǒng)一明確標注特征峰，對官能團的解析也應該準確全面細致，以便于為使用HB 5490–1991進行試驗操作及判定的檢測人員提供更加準確有效的鑒定依據(jù)。

2.4 GJB 277–1987《特種橡膠鑒定——紅外分光光度法》

2.4.1 標準介紹

GJB 277–1987是為鑒定特種橡膠而制訂的方法，應用紅外光譜鑒定技術對橡膠裂解物和橡膠薄膜進行鑒定，記錄典型光譜。GJB 277–1987不包括定量分析。

GJB 277–1987適用于單一的生膠、硫化橡膠和混煉膠中的橡膠材料材質種類鑒定。GJB 277 –1987包含試驗所要求的儀器與試劑、樣品制備、生膠制膜、硫化橡膠制膜、裂解、降解、譜圖解析以及特征吸收峰和有關官能團等內容。

GJB 277–1987在日常檢驗中起輔助作用，用于作為航空軍品橡膠材料的檢測方法依據(jù)。

2.4.2 標準應用分析

GJB 277–1987現(xiàn)已廢止，被GB/T 7764–2001《橡膠鑒定 紅外光譜法》代替，但問題在于應該增加軍用橡膠材料特別檢測及鑒定分析標準，采用高針對性和保密性，以顯著提高軍品橡膠原材料、半成品件和成品件的質量控制，以及加強航空產(chǎn)品上測繪新材料的材質成分分析能力。

3 結論

經(jīng)過以上論述，可以看出國家標準、航空標準及軍用標準中均有或曾經(jīng)有過橡膠材料材質成分分析的具體標準或譜圖集，此類標準應用范圍廣泛、使用可靠、數(shù)據(jù)準確。但這些標準也都存在版本實施年代過久，樣品制備和檢測方法相對落后單一，標準譜圖相對分辨率低、并未采用日益普及的先進檢測手段等不足，從某個層次上可以說明這些標準未能做到與時俱進，難以應對目前航空工業(yè)科研和生產(chǎn)水平不斷提高的現(xiàn)狀和要求，尤其是在航空器橡膠材料零部件新品測繪分析、失效故障分析以及材料性能質量監(jiān)控等方面，此類矛盾更是越發(fā)凸顯出來。因此建議應當在各類標準中采取針對性高、兼容性好、覆蓋范圍廣、使用先進的樣品制備手段和新興普及的檢測方法，制作全面細致準確的紅外光譜譜圖，以滿足日益提高的需求。

[1]翁詩甫.傅立葉變換紅外光譜分析［M］. 北京：化學工業(yè)出版社，2010.