席麗琰 冷玥 張玉杰 楊珊 劉震

（1.中家院（北京）檢測認證有限公司，北京 100176；2.中國家用電器研究院，北京 100176）

隨著家用電器行業(yè)的快速發(fā)展，非金屬材料需求在不斷增大，已成為家用電器行業(yè)的第二大原材料，僅僅次于鋼材。無論是大家電還是小家電，都離不開非金屬材料的應用，比如使用聚氯乙烯PVC 的護套、聚碳酸酯PC 的顯示板、ABS 的塑料外殼、聚酰胺PA 的接線端子等等[1]。

不同材質的非金屬材料，其燃燒性能、機械強度都不相同，價格差異也很大，若隨意更改配方和工藝，混亂使用材料，會致使材料質量與性能不穩(wěn)定。為保證產(chǎn)品設計與生產(chǎn)過程中的材料使用一致，需要加強質量控制，定期進行材質鑒別檢測非常必要。家電企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)前，會進行產(chǎn)品的非金屬材料檢測實驗，確保使用符合國家標準要求的材料，在后期產(chǎn)品生產(chǎn)后，也需定期對使用材料進行檢測，監(jiān)督生產(chǎn)中的材質是否一致，避免產(chǎn)生偷工減料的情況，從而達到質量控制的目的。

材質檢測最常運用的實驗是紅外光譜FTIR 檢測，此方法快速、靈敏度高、樣品用量少，是非金屬材料鑒別的重要手段。

1 紅外光譜檢測

紅外光譜檢測能精確地對材料的化學組成進行分析。非金屬材料多由高分子材料組成，不同的高分子材料含有不同的化學基團，當樣品受到紅外光照射時，分子中含有相同振動頻率的鍵會被其振動吸收，沒有被吸收的光會到達檢測器，被吸收部分的透射光強會減弱形成吸收峰。根據(jù)被檢測樣品吸收峰的強度與波長對應出相應的化學基團，判斷樣品的材質[2]。

非金屬材料鑒定的重要區(qū)域是中紅外區(qū)，即波數(shù)4 000 cm-1～400 cm-1。如圖1 所示，波數(shù)4 000 cm-1～1 300 cm-1為特征區(qū)，此區(qū)域的吸收峰特征性強，較為稀疏，容易辨認，在該區(qū)域出現(xiàn)的吸收峰一般用于鑒定官能團的存在。波數(shù)1 300 cm-1～400 cm-1的低頻區(qū)，譜帶特別密集，對結構變化很敏感，結構上微小的變化往往導致光譜上的顯著不同，如同人的指紋一樣，此區(qū)域稱為指紋區(qū)，一些同系物或結構相近的化合物，在這一區(qū)域往往會有一定差別。

圖1 FTIR 的典型圖譜

2 實驗

2.1 主要儀器及制樣方法

紅外光譜儀，Nicolet 6700。波數(shù)范圍：4 000 cm-1～400 cm-1，樣品掃描次數(shù)：32，背景掃描次數(shù)：32，分辨率：4.0，動鏡速度：0.474 7，光闌：34.00，檢測器：DTGS KBr，分束器：KBr。

制樣方法選擇最常使用的溴化鉀壓片法。將研細的樣品與溴化鉀粉末混研均勻，放入模具中，壓制成透明薄片。因溴化鉀在中紅外區(qū)沒有吸收，不會對樣品吸收峰產(chǎn)生干擾，因此選用此制樣方法進行紅外檢測。

2.2 實驗樣品

樣品均來自日常檢測工作中企業(yè)的送樣，本次實驗選取家用電器產(chǎn)品中常見的非金屬材料進行，實驗用樣品具體如表1所示。

表1 實驗用樣品

3 結果與討論

3.1 聚苯乙烯PS

如圖2 所示，在3 080 cm-1、3 059 cm-1、3 025 cm-1位置出現(xiàn)3 個吸收峰，屬于苯乙烯中苯環(huán)的伸縮振動和彎曲振動；2 922 cm-1、2 849 cm-1對應的是亞甲基的不對稱與對稱伸縮振動；1 600 cm-1、1 492 cm-1是由于苯環(huán)的環(huán)振動所出的吸收峰；苯環(huán)上氫原子的面外彎曲振動在907 cm-1、754 cm-1、698 cm-1位置吸收，且698 cm-1的吸收峰強度高于754 cm-1，因此可以推斷此樣品為聚苯乙烯材質[3]。

圖2 PS 紅外光譜圖

3.2 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS

ABS 是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，其紅外光譜圖如圖3 所示，相比3.1 小節(jié)中聚苯乙烯PS 的紅外特征峰外，多了丙烯腈單體，丙烯腈特有峰在2 237 cm-1的-CH 的反對稱振動，丁二烯單體呈現(xiàn)在966 cm-1的特征峰中。通過此特征峰可以推斷此樣品是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯材質。

圖3 ABS 紅外光譜圖

3.3 聚乙烯PE

聚乙烯紅外光譜圖如圖4 所示，在2 920 cm-1、2 850 cm-1特征峰由于CH2不對稱與對稱伸縮振動導致出現(xiàn)吸收峰；CH2彎曲振動會使1 468 cm-1出現(xiàn)吸收峰；在720 cm-1處為無定型聚乙烯CH2面內搖擺振動的吸收峰。根據(jù)特征峰推斷此樣品為聚乙烯材質[4]。

圖4 PE 紅外光譜圖

3.4 聚丙烯PP

如圖5 所示，CH2彎曲振動導致1 457 cm-1出現(xiàn)吸收峰；1 377 cm-1處呈現(xiàn)的CH2彎曲振動譜帶；在973 cm-1、1 255 cm-1為CH3面內搖擺振動的特征峰；最有特點的吸收峰是出現(xiàn)在2 956 cm-1、2 921 cm-1、2 871 cm-1、2 841 cm-1位置的四重峰，這是由于CH2和CH3伸縮振動疊加所致，因此可以推斷此樣品為聚丙烯材質。

圖5 PP 紅外光譜圖

在指紋區(qū)中841 cm-1、998 cm-1和1 301 cm-1出現(xiàn)的吸收峰可知，此為全同聚丙烯。

3.5 聚碳酸酯PC

如圖6 所示，吸收峰最強的位置是1 775 cm-1是羰基伸縮振動所出的峰；最有特點的是1 225 cm-1、1 191 cm-1、1 160 cm-1三個連續(xù)的吸收峰是由于C-O-C 伸縮振動；苯環(huán)彎曲振動使1 599 cm-1、1 505 cm-1、1 466 cm-1出現(xiàn)吸收峰；1 079 cm-1、1 012 cm-1是對位取代苯環(huán)C-H 面內變形；830 cm-1是對位取代苯環(huán)C-H 面外變形，因此判斷此樣品是聚碳酸酯材質[5]。

圖6 PC 紅外光譜圖

3.6 聚對苯二甲酸乙二醇酯PBT

如圖7 所示，2 959 cm-1是C-H 不對稱伸縮振動所出的吸收峰；由于羰基伸縮振動致使1 715 cm-1出現(xiàn)吸收峰；1 269 cm-1吸收峰是由于C-O-C 伸縮振動，證明了酯類的存在；729 cm-1是由于對位雙取代苯環(huán)面外彎曲振動吸收，是對苯二甲酸基團的特征峰，因此可以推斷此樣品為聚對苯二甲酸乙二醇酯材質。

圖7 PBT 紅外光譜圖

3.7 聚酰胺PA

如圖8 所示，3 308 cm-1為酰胺基NH 收縮振動吸收；2 930 cm-1、2 858 cm-1是CH2不對稱、對稱伸縮振動的吸收峰；酰胺基團有三個特征吸收峰：1 641 cm-1是羰基伸縮振動，稱為酰胺I 譜帶；1 536 cm-1是酰胺基彎曲伸縮振動的組合吸收，稱為酰胺II 譜帶；1 272 cm-1也是酰胺基組合吸收所出現(xiàn)的吸收峰，稱為酰胺III 譜帶，因此推斷此樣品為聚酰胺材質。

圖8 PA 紅外光譜圖

3.8 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA

在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的分子鏈中，乙烯單體和醋酸乙烯酯單體是無規(guī)則排列的。如圖9 所示，有兩個波峰最強的尖銳吸收峰2 921 cm-1和2 851 cm-1，這是CH2不對稱、對稱伸縮振動所致；1 740 cm-1是羰基伸縮振動的吸收峰，1 241 cm-1是酯基不對稱伸縮振動的吸收峰、1 021 cm-1是酯基對稱伸縮振動的吸收峰，這三個峰可以證實樣品中的酯類；720 cm-1屬于CH2面內搖擺振動的吸收峰。因此可以推斷此樣品是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物材質。

圖9 EVA 紅外光譜圖

4 結論

家用電器產(chǎn)品中非金屬材料的運用越來越廣泛，為確保生產(chǎn)過程中非金屬材料使用與產(chǎn)品設計材料一致，需定期進行產(chǎn)品的材質檢測，紅外光譜檢測操作簡單，譜圖的特征性強，可以對非金屬材料進行快速且準確的鑒別，是非金屬材料鑒別領域中的首選方法。通過吸收峰的位置、強度可以區(qū)分不同的材料，家用電器產(chǎn)品中常見的非金屬材料運用溴化鉀壓片法的紅外光譜特征峰如下：

（1）PS 的特征峰：3 080 cm-1、3 059 cm-1、3 025 cm-1、1 600 cm-1、1 492 cm-1、907 cm-1、754 cm-1、698 cm-1；

（2）ABS 的特征峰：2 237 cm-1、966 cm-1；

（3）PE 的特征峰：2 920 cm-1、2 850 cm-1、1 468 cm-1、720 cm-1；

（4）PP 的特征峰：2 956 cm-1、2 921 cm-1、2 871 cm-1、2 841 cm-1、1 457 cm-1、1 377 cm-1、973 cm-1；

（5）PC 的特征峰：1 775 cm-1、1 505 cm-1、1 225 cm-1、1 191 cm-1、1 160 cm-1、1 012 cm-1、830 cm-1；

（6）PBT 的特征峰：2 959 cm-1、1 715 cm-1、1 269 cm-1、729 cm-1；

（7）PA 的特征峰：3 308 cm-1、2 930 cm-1、2 858 cm-1、1 641 cm-1、1 536 cm-1、1 272 cm-1；

（8）EVA 的特征峰：2 921 cm-1、2 851 cm-1、1 740 cm-1、1 241 cm-1、720 cm-1。