CN208568584U - 检测高分子材料老化的装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种检测高分子材料老化的装置，其特征在于，所述装置包括原位反应模块(1)和红外光谱检测模块(37)，原位反应模块(1)包括：红外入射端(3)和红外出射端(6)，红外光谱检测模块(37)包括：发光端(38)，检测端(39)以及检测区域(42)。

Description

检测高分子材料老化的装置

技术领域

本实用新型涉及高分子检测技术领域，特别是一种高分子材料老化的检测方法、检测装置及检测系统。

背景技术

红外吸收光谱技术主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析，是检测高分子材料老化的重要技术。它的基本原理是红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率对波数或波长的曲线，即红外光谱。红外吸收光谱可以对气态进行红外光谱测定，气体样品是在气体池中进行测定的，先把气体池中的空气抽掉，然后注入被测气体进行测谱。

由于对气体样品的反应条件控制以及生成的气体样品容易受到影响、气密性问题、背景干扰以及测量精度等诸如因素使得其无法得到准确的检测数据。

专利文献1公开了一种在线红外原位反应系统包括加热反应器、与所述加热反应器连接的反应池、冷却装置以及抽真空装置；所述加热反应器包括一横向放置的透明反应管以及滑动套装在所述透明反应管上的加热筒，所述透明反应管内设有通过磁力装置连接可旋转的透明样品放置杆，所述加热筒通过至少一个支撑杆可滑动地安装在底座上，从而可在所述透明反应管上直线移动进行加热，所述透明反应管的末端开口并密封连接所述反应池，所述反应池上设有连接吡啶定量进样器的吡啶进样接头、抽真空接口以及色谱仪连接口，所述色谱仪连接口内设有红外窗片，所述抽真空接口通过气管连接所述冷却装置，所述冷却装置通过抽真空管连接所述抽真空装置。该专利可在连接红外表征控制系统以及色谱检测装置后进行原位红外反应表征研究，但该专利无法控制气体样品的反应条件、气密性差、背景干扰严重以及红外色谱仪和反应池之间的测量精度差，无法得到足够准确的样品随时间变化的检测数据。

专利文献2公开了一种基于泵浦探测的红外原位反应测试装置，包括原位反应池、气体缓冲混合池、底座及样品装置，底座用于支撑原位反应池；其中，原位反应池包括反应池壳体(11)，反应池壳体(11)的两端设置探测窗片(13)；反应池壳体(11)侧面设置壳体分支(121)，壳体分支(121)的末端设置泵浦窗片(12)；反应池壳体(11)上还设置样品口接头(14)和抽气口接头 (15)；气体缓冲混合池包括混合池壳体(21)，混合池壳体(21)上设置卡口接头(22)、两个针阀(23)、真空装置球阀接头(24)和抽气口球阀接头(25)；其中，卡口接头(22)接堵头备用，真空装置球阀接头(24)连接真空装置球阀后与真空装置连接，抽气口球阀接头(25)连接抽气口球阀后连接三通，三通另外两个接口中的一个接口连接真空规探头，另一个接口通过波纹管与抽气口接头(15)连接；样品装置包括样品托(42)及与样品托(42)相连的顶盖(41)，顶盖(41)与样品口接头(14)可拆卸地连接，样品托(42)用于承载样品(5)，能够使样品(5)处于通过探测窗片(13)的光路与通过泵浦窗片(12)的光路的交汇处。该专利可以在真空条件、特定气体条件以及特定气体的特定压力下进行测试，有效地控制进入混合池壳体的气体的流量，但该专利无法避免反应池生成气体样品的不良影响、气密性差、背景干扰严重以及红外色谱仪和反应池之间的测量精度差，无法得到足够准确的样品随时间变化的检测数据。

专利文献3公开了一种原位红外光谱样品池，池体包括热电偶、电热器、窗片和样品压片，设有气体进出口，通过密封圈、压紧螺母等紧固与密封，池体内设有环形预热室，流体分配器，环形预热室与物料进口管连接；另在池体外层设池外罩，池外罩由上、下法兰盘外罩组成；流体分配器上设有进气口、导气沟、出气口和中央隔板。该专利能够在样品池内模拟真实的化学反应，但该专利生成的气体样品容易受到影响、气密性差、背景干扰严重以及红外色谱仪和反应池之间的测量精度差，无法得到足够准确的样品随时间变化的检测数据。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本实用新型背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：中国专利公开CN204666492U号

专利文献2：中国专利公开CN106959283 A号

专利文献3：中国专利公开CN1069806 A号

实用新型内容

实用新型要解决的问题

如上所述，本实用新型需要提供一种高分子材料老化的检测方法、检测装置及检测系统，其能够对气体样品的多种反应条件进行精确控制，避免生成的气体产物受到装置的不良影响、显著提高了装置的气密性、大幅降低了背景干扰程度以及通过红外测量模块和反应模块之间的布置提高测量精度，本实用新型能够检测0.1-1ppm级的气态产物浓度，得到准确的气态产物的浓度变化数据，显著提高了检测的老化速率的精度。

解决问题的方案

本实用新型的发明人等为了达成上述目的而进行了深入研究，具体而言，本实用新型提供一种高分子材料老化的检测方法包括下述步骤：

高分子材料样品水平放置在原位反应模块中，所述原位反应模块放入红外光谱检测模块的检测区域，其中，原位反应模块的红外入射窗片和红外出射窗片形成的第一光路与所述红外光谱检测模块的发光端和检测端形成的第二光路同轴，且红外入射窗片和所述发光端形成密封的红外入射区域，以及所述红外出射窗片与检测端形成密封的红外出射区域；

对所述红外入射区域和红外出射区域分别充入吹扫气体进行吹扫，其中，充入的吹扫气体的流速可调节，当吹扫后所述红外入射区域和红外出射区域中背景气体含量持续小于第一预定浓度时，即可开始测量；所述背景气体指的是吹扫之前，红外入射区域和红外出射区域中的原有的气体。所述背景气体在检测时造成的干扰称为背景噪音。

吹扫的同时，打开第一电磁阀，所述原位反应模块充入用于与高分子材料反应的反应气体，打开第二电磁阀，抽吸所述原位反应模块内的气体，其中，充入和抽吸反应气体的流速分别可调节，当原位反应模块中反应气体含量达到不小于第二预定浓度时，关闭第一和第二电磁阀；

光照模块发出第一预定强度的预定光经由光纤从原位反应模块的上端照射所述高分子材料样品第一预定时间，和/或，加热模块对上述高分子材料样品以预定温度加热第二预定时间，高分子材料样品生成气态产物；

预定时间间隔连续检测和采集气态产物的红外光谱信号，其中，红外光谱检测模块的发光端发出第二预定强度的红外光沿着第二光路通过红外入射区域进入原位反应模块使得红外光按照第一光路穿过所述气态产物，穿过所述气态产物的红外光经由红外出射区域进入所述检测端，所述检测端检测所述气态产物的红外光谱信号；

处理模块将预定时间间隔连续采集的红外光谱信号形成基于时间的谱图组，对比谱图组中预定波长区间内峰强度随时间的变化以确定气态产物随时间的浓度变化数据，基于气态产物的浓度变化数据得出高分子材料的老化速率。

在所述的高分子材料老化的检测方法中，光照模块发出第一预定强度的预定光经由光纤从原位反应模块的上端照射所述高分子材料样品第一预定时间，加热模块对上述高分子材料样品以预定温度加热第二预定时间，湿度模块施加预定湿度到高分子材料样品第三预定时间，酸碱度生成模块施加预定pH值到高分子材料样品第四预定时间，按照预定条件对高分子材料样品进行若干次光照、加热、加湿和/或酸碱度以生成气态产物。

在所述的高分子材料老化的检测方法中，处理模块基于光照的第一预定强度和第一预定时间，和/或，加热的预定温度和第二预定时间确定高分子材料的老化速率。

在所述的高分子材料老化的检测方法中，所述红外入射窗片和所述发光端形成红外入射区域以及所述红外出射窗片与检测端形成红外出射区域，所述发光端设有向红外入射区域吹扫所述吹扫气体的第一吹扫口且在红外入射区域形成正压，所述检测端设有向红外出射区域吹扫所述吹扫气体的第二吹扫口且在红外出射区域形成正压，第一吹扫口和第二吹扫口持续吹扫使得背景气体含量保持小于第一预定浓度。

根据本实用新型的另一方面，一种实施所述高分子材料老化的检测方法的检测装置包括原位反应模块和红外光谱检测模块，原位反应模块包括，

红外入射端，位于十字通道的水平方向通道的一侧的红外入射端经由第一法兰紧固结构密封连接红外入射窗片，

红外出射端，位于十字通道的水平方向通道的另一侧的红外出射端经由第二法兰紧固结构密封连接红外出射窗片，红外入射窗片和红外出射窗片形成水平的第一光路，

其中，第一和/或第二法兰紧固结构的两个连接端面分别设有环形氟橡胶圈，

红外光谱检测模块，其包括，

发光端，其用于发射红外光，

检测端，其用于接收和检测穿过原位反应模块的红外光，发光端和检测端形成第二光路，第二光路和所述第一光路同轴，发光端发出第二预定强度的红外光沿着第二光路通过红外入射区域进入原位反应模块使得红外光按照第一光路穿过所述气态产物，穿过所述气态产物的红外光经由红外出射区域进入所述检测端，所述检测端检测所述气态产物的红外光谱信号，

检测区域，用于容纳所述原位反应模块的检测区域位于发光端和检测端之间，其中，红外入射窗片和所述发光端形成密封的红外入射区域，以及所述红外出射窗片与检测端形成密封的红外出射区域。

根据本实用新型的又一方面，一种实施所述高分子材料老化的检测方法的检测系统包括：

原位反应模块，用于在密封环境下提供耦合反应的原位反应模块包括呈十字形通道的石英池本体，所述石英池本体包括，

红外入射端，位于十字通道的水平方向通道的一侧的红外入射端经由第一法兰紧固结构密封连接红外入射窗片，

红外出射端，位于十字通道的水平方向通道的另一侧的红外出射端经由第二法兰紧固结构密封连接红外出射窗片，红外入射窗片和红外出射窗片形成水平的第一光路，

光照端，位于十字通道的垂直方向通道的上侧的光照端经由光纤连接光照模块以垂直向下照射，光照端经由第三法兰紧固结构密封连接紫外透过窗片，

样品通过端，位于十字通道的垂直方向通道的下侧的样品通过端开启和密封以输入样品且保持原位反应模块形成密封环境，

其中，第一、第二和/或第三法兰紧固结构的两个连接端面分别设有环形氟橡胶圈，

进气口，设在石英池本体侧壁上的进气口经由第一电磁阀连接充气单元以可调节地充入反应气体到原位反应模块，

出气口，设在石英池本体侧壁上的出气口经由第二电磁阀连接抽吸单元以可调节地从原位反应模块中抽出气体，

承载平台，用于水平承载高分子材料样品的承载平台位于十字交叉口且位于第一光路下方；

耦合反应发生单元，其包括设在石英池本体外经由光纤连接的光照模块、用于以预定温度加热高分子材料样品的加热模块、施加湿度到高分子材料样品的湿度模块、施加预定pH值到高分子材料样品的酸碱度生成模块和 /或用于氧化高分子材料样品的氧化模块，所述光照模块包括太阳光模拟器和光强传感器、所述加热模块设有加热单元和温度传感器、所述湿度模块包括喷雾器和湿度传感器、酸碱度生成模块包括酸碱度发生器和酸碱度检测单元、和/或氧化模块包括氧化单元和氧化检测单元；

红外光谱检测模块，其包括，

发光端，其用于发射红外光，

检测端，其用于接收和检测穿过原位反应模块的红外光，发光端和检测端形成第二光路，第二光路和所述第一光路同轴，发光端发出第二预定强度的红外光沿着第二光路通过红外入射区域进入原位反应模块使得红外光按照第一光路穿过所述气态产物，穿过所述气态产物的红外光经由红外出射区域进入所述检测端，所述检测端检测所述气态产物的红外光谱信号，

检测区域，用于容纳所述原位反应模块的检测区域位于发光端和检测端之间，其中，红外入射窗片和所述发光端形成密封的红外入射区域，以及所述红外出射窗片与检测端形成密封的红外出射区域；

处理模块，其一端连接所述光强传感器、温度传感器、湿度传感器、酸碱度检测单元和/或氧化检测单元，另一端连接所述第一电磁阀、第二电磁阀、红外光谱检测模块以及光照模块、加热模块、湿度模块、酸碱度发生器和氧化单元中的一个或多个，所述处理模块基于接收的数据调节所述原位反应模块和红外光谱检测模块获得气态产物且基于气态产物的浓度变化数据得出高分子材料的老化速率。

在所述的检测系统中，处理模块包括：

数据处理单元，其将预定时间间隔连续采集的红外光谱信号形成基于时间的谱图组，

计算单元，其对比谱图组中预定波长区间内波峰随时间的变化以确定气态产物随时间的浓度变化数据，

评价单元，其基于气态产物的浓度变化数据得出高分子材料的老化速率。

在所述的检测系统中，

所述红外入射窗片和/或红外出射窗片为CaF₂窗片，所述承载平台可拆卸地连接石英池本体。

在所述的检测系统中，所述充气单元经由过滤器连接空压机，所述抽吸单元包括真空泵。

在所述的检测系统中，所述检测系统包括控制单元，其连接所述原位反应模块、红外光谱检测模块、充气单元和抽吸单元。

在所述的检测系统中，处理模块包括数字信号处理器、专用集成电路 ASIC或现场可编程门阵列FPGA，处理模块包括存储器，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够使得本实用新型的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本实用新型的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

[图1]示出了本实用新型一个实施例的高分子材料老化的检测方法的步骤示意图。

[图2]示出了本实用新型一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的检测系统的结构示意图。

[图3]示出了本实用新型一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的原位反应模块的分解示意图。

[图4]示出了本实用新型一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的原位反应模块的气密性对比示意图。

[图5]示出了本实用新型又一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的吹扫1小时后背景噪音信号与现有技术的对比示意图。

[图6]示出了本实用新型又一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的吹扫1小时后背景噪音的稳定性与现有技术的对比示意图。

符号说明

1 原位反应模块

2 石英池本体

3 红外入射端

4 第一法兰紧固结构

5 红外入射窗片

6 红外出射端

7 第二法兰紧固结构

8 红外出射窗片

9 光照端

10 光照模块

11 第三法兰紧固结构

12 紫外透过窗片

13 样品通过端

14 环形氟橡胶圈

15 进气口

16 第一电磁阀

17 充气单元

18 出气口

19 第二电磁阀

20 抽吸单元

21 承载平台

22 耦合反应发生单元

23 加热模块

24 湿度模块

25 酸碱度生成模块

26 氧化模块

27 太阳光模拟器

28 光强传感器

29 加热单元

30 温度传感器

31 喷雾器

32 湿度传感器

33 酸碱度发生器

34 酸碱度检测单元

35 氧化单元

36 氧化检测单元

37 红外光谱检测模块

38 发光端

39 检测端

40 红外入射区域

41 红外出射区域

42 检测区域

43 处理模块

44 数据处理单元

45 计算单元

46 评价单元

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型实施例的限定。

具体而言，如图1所示高分子材料老化的检测方法的步骤示意图。一种高分子材料老化的检测方法包括下述步骤：

高分子材料样品水平放置在原位反应模块1中，所述原位反应模块1放入红外光谱检测模块37的检测区域42，其中，原位反应模块1的红外入射窗片5和红外出射窗片8形成的第一光路与所述红外光谱检测模块37的发光端38和检测端39形成的第二光路同轴，且红外入射窗片5和所述发光端 38形成密封的红外入射区域40，以及所述红外出射窗片8与检测端39形成密封的红外出射区域41，

对所述红外入射区域40和红外出射区域41分别充入吹扫气体进行吹扫，其中，充入的吹扫气体的流速可调节，当吹扫后所述红外入射区域40 和红外出射区域41中背景气体含量持续小于第一预定浓度时，即可开始测量；

打开第一电磁阀16，所述原位反应模块1充入用于与高分子材料反应的反应气体，打开第二电磁阀19，抽吸所述原位反应模块1内的气体，其中，充入和抽吸反应气体的流速分别可调节，当原位反应模块1中反应气体含量达到不小于第二预定浓度时，关闭第一和第二电磁阀；

光照模块10发出第一预定强度的预定光经由光纤从原位反应模块1的上端照射所述高分子材料样品第一预定时间，和/或，加热模块23对上述高分子材料样品以预定温度加热第二预定时间，高分子材料样品生成气态产物；

预定时间间隔连续检测和采集气态产物的红外光谱信号，其中，红外光谱检测模块37的发光端38发出第二预定强度的红外光沿着第二光路通过红外入射区域40进入原位反应模块1使得红外光按照第一光路穿过所述气态产物，穿过所述气态产物的红外光经由红外出射区域41进入所述检测端 39，所述检测端39检测所述气态产物的红外光谱信号，

处理模块43将预定时间间隔连续采集的红外光谱信号形成基于时间的谱图组，对比谱图组中预定波长区间内波峰随时间的变化以确定气态产物随时间的浓度变化数据，基于气态产物的浓度变化数据得出高分子材料的老化速率。

和现有技术相比，本实用新型所述的高分子材料老化的检测方法可以将原位反应模块1放入红外光谱检测模块37中同时进行背景吹扫和反应气体注入，通过形成密封的红外入射区域40以及红外出射区域，使得进行背景吹扫仅需对所述红外入射区域40和红外出射区域41分别充入吹扫气体进行吹扫，当吹扫后所述红外入射区域40和红外出射区域41中背景气体含量持续小于第一预定浓度时，即可开始测量，显著提高了吹扫质量以及吹扫效率，显著降低了背景噪音且稳定性强，为提高气态产物检测精度奠定了坚实基础，在背景吹扫的同时，可以打开第一电磁阀16充入用于与高分子材料反应的反应气体，当原位反应模块1中反应气体含量达到不小于第二预定浓度时，关闭第一和第二电磁阀，完成反应气体精确注入，缩短了检测周期和提高了检测准确性，本方法通过光照模块10精确可控地照射和/或加热模块23精确可控的加热使得高分子材料样品生成气态产物，第二预定强度的红外光沿着第二光路通过红外入射区域40进入原位反应模块1使得红外光按照第一光路穿过所述气态产物，穿过所述气态产物的红外光经由红外出射区域41进入所述检测端39，第一光路和第二光路同轴进一步提高了检测精度，处理模块43将预定时间间隔连续采集的红外光谱信号形成基于时间的谱图组，对比谱图组中预定波长区间内峰随时间的变化以确定气态产物随时间的浓度变化数据，基于气态产物的浓度变化数据得出高分子材料的老化速率。本实用新型的方法能够检测0.1-1ppm级的气态产物浓度，得到准确的气态产物的浓度变化数据，显著提高了检测的老化速率的精度。

本实用新型所述的高分子材料老化的检测方法的优选实施例中，光照模块10发出第一预定强度的预定光经由光纤从原位反应模块1的上端照射所述高分子材料样品第一预定时间，加热模块23对上述高分子材料样品以预定温度加热第二预定时间，湿度模块24施加预定湿度到高分子材料样品第三预定时间，酸碱度生成模块25施加预定pH值到高分子材料样品第四预定时间，按照预定条件对高分子材料样品进行若干次光照、加热、加湿和/或酸碱度以生成气态产物。本实施例的方法可以进一步提高光照、加热、加湿和/或酸碱度等耦合反应条件下反应气体和高分子材料样品的反应，提高获得的气态产物的浓度，有利于气态产物浓度的检测。

本实用新型所述的高分子材料老化的检测方法的优选实施例中，处理模块43基于光照的第一预定强度和第一预定时间，和/或，加热的预定温度和第二预定时间确定高分子材料的老化速率。本实施例的方法进一步根据耦合反应条件进一步提高检测的老化速率的精度。

本实用新型所述的高分子材料老化的检测方法的优选实施例中，所述红外入射窗片5和所述发光端38形成红外入射区域40以及所述红外出射窗片8与检测端39形成红外出射区域41，所述发光端38设有向红外入射区域40吹扫所述吹扫气体的第一吹扫口且在红外入射区域40形成正压，所述检测端39设有向红外出射区域41吹扫所述吹扫气体的第二吹扫口且在红外出射区域41形成正压，第一吹扫口和第二吹扫口持续吹扫使得背景气体含量保持小于第一预定浓度。本实施例中，通过正压持续吹扫降低背景噪音。

本实用新型提供了一种实施所述高分子材料老化的检测方法的检测装置，所述检测装置包括原位反应模块1和红外光谱检测模块37，原位反应模块1包括，

红外入射端3，位于十字通道的水平方向通道的一侧的红外入射端3经由第一法兰紧固结构4密封连接红外入射窗片5，

红外出射端6，位于十字通道的水平方向通道的另一侧的红外出射端6 经由第二法兰紧固结构7密封连接红外出射窗片8，红外入射窗片5和红外出射窗片8形成水平的第一光路，

其中，第一和/或第二法兰紧固结构的两个连接端面分别设有环形氟橡胶圈14，

红外光谱检测模块37，其包括，

发光端38，其用于发射红外光，

检测端39，其用于接收和检测穿过原位反应模块1的红外光，发光端 38和检测端39形成第二光路，第二光路和所述第一光路同轴，发光端38 发出第二预定强度的红外光沿着第二光路通过红外入射区域40进入原位反应模块1使得红外光按照第一光路穿过所述气态产物，穿过所述气态产物的红外光经由红外出射区域41进入所述检测端39，所述检测端39检测所述气态产物的红外光谱信号，

检测区域42，用于容纳所述原位反应模块1的检测区域42位于发光端 38和检测端39之间，其中，红外入射窗片5和所述发光端38形成密封的红外入射区域40，以及所述红外出射窗片8与检测端39形成密封的红外出射区域41。

图2示出了本实用新型一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的检测系统的结构示意图。实施所述高分子材料老化的检测方法的检测系统包括：

原位反应模块1，用于在密封环境下提供耦合反应的原位反应模块1包括呈十字形通道的石英池本体2，所述石英池本体2包括，

红外入射端3，位于十字通道的水平方向通道的一侧的红外入射端3经由第一法兰紧固结构4密封连接红外入射窗片5，

红外出射端6，位于十字通道的水平方向通道的另一侧的红外出射端6 经由第二法兰紧固结构7密封连接红外出射窗片8，红外入射窗片5和红外出射窗片8形成水平的第一光路，

光照端9，位于十字通道的垂直方向通道的上侧的光照端9经由光纤连接光照模块10以垂直向下照射，光照端9经由第三法兰紧固结构11密封连接紫外透过窗片12，

样品通过端13，位于十字通道的垂直方向通道的下侧的样品通过端13 开启和密封以输入样品且保持原位反应模块1形成密封环境，

其中，第一、第二和/或第三法兰紧固结构的两个连接端面分别设有环形氟橡胶圈14，

进气口15，设在石英池本体2侧壁上的进气口15经由第一电磁阀16 连接充气单元17以可调节地充入反应气体到原位反应模块1，

出气口18，设在石英池本体2侧壁上的出气口18经由第二电磁阀19 连接抽吸单元20以可调节地从原位反应模块1中抽出气体，

承载平台21，用于水平承载高分子材料样品的承载平台21位于十字交叉口且位于第一光路下方；

耦合反应发生单元22，其包括设在石英池本体2外经由光纤连接的光照模块10、用于以预定温度加热高分子材料样品的加热模块23、施加湿度到高分子材料样品的湿度模块24、施加预定pH值到高分子材料样品的酸碱度生成模块25和/或用于氧化高分子材料样品的氧化模块26，所述光照模块 10包括太阳光模拟器27和光强传感器28、所述加热模块1设有加热单元 29和温度传感器30、所述湿度模块24包括喷雾器31和湿度传感器32、酸碱度生成模块25包括酸碱度发生器33和酸碱度检测单元34、和/或氧化模块26包括氧化单元35和氧化检测单元36；

红外光谱检测模块37，其包括，

发光端38，其用于发射红外光，

检测端39，其用于接收和检测穿过原位反应模块1的红外光，发光端 38和检测端39形成第二光路，第二光路和所述第一光路同轴，发光端38 发出第二预定强度的红外光沿着第二光路通过红外入射区域40进入原位反应模块1使得红外光按照第一光路穿过所述气态产物，穿过所述气态产物的红外光经由红外出射区域41进入所述检测端39，所述检测端39检测所述气态产物的红外光谱信号，

检测区域42，用于容纳所述原位反应模块1的检测区域42位于发光端 38和检测端39之间，其中，红外入射窗片5和所述发光端38形成密封的红外入射区域40，以及所述红外出射窗片8与检测端39形成密封的红外出射区域41；

处理模块43，其一端连接所述光强传感器28、温度传感器30、湿度传感器32、酸碱度检测单元34和/或氧化检测单元36，另一端连接所述第一电磁阀16、第二电磁阀19、红外光谱检测模块37以及光照模块10、加热模块23、湿度模块24、酸碱度发生器33和氧化单元35中的一个或多个，所述处理模块基于接收的数据调节所述原位反应模块1和红外光谱检测模块37获得气态产物且基于气态产物的浓度变化数据得出高分子材料的老化速率。

在一个实施例中，图3示出了本实用新型一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的原位反应模块的分解示意图，原位反应模块1由石英材质加工而成，总体形状呈十字形通道，池体下半部分装有可拆卸的圆柱形承载平台，承载平台上方放有直径16mm的铝制样品盘。池体上方和左右两侧端口处采用法兰结构进行密封，每个端口处均加装有石英窗片，池体上方端口处为紫外透过窗片，池体两侧端口处为红外透过窗片，每个窗片两侧均配有O形氟橡胶圈，以保证端口处的密封性能，太阳光模拟器产生的光经由池体外部架设的光纤传导，从池体上方通过窗片照射进入池体内部。红外光谱仪中的单束红外光由池体一侧经窗片入射进入池体，并从池体另一侧经窗片出射后进入检测器。池体侧壁上开设两个通道，每个通道上连接有一个电磁阀，用于控制池体与外界的气体交换。

在一个实施例中，红外光谱检测模块37包括傅里叶变换红外光谱仪，分辨率4cm-1，其采用MCT检测器。

在一个实施例中，处理模块43包括：

数据处理单元44，其将预定时间间隔连续采集的红外光谱信号形成基于时间的谱图组，

计算单元45，其对比谱图组中预定波长区间内峰随时间的变化以确定气态产物随时间的浓度变化数据，

评价单元46，其基于气态产物的浓度变化数据得出高分子材料的老化速率。

在一个实施例中，数据处理单元44通过USB数据线连接红外光谱检测模块37，数据处理单元44以固定的时间间隔连续采集数据，保存为谱图组，计算单元45通过对比谱图中某个波长区间内峰随时间的变化来反映原位反应池中某种基团或某种物质的含量随时间的变化情况。

在一个实施例中，所述红外入射窗片5和/或红外出射窗片8为CaF₂窗片，所述承载平台21可拆卸地连接石英池本体2。

在一个实施例中，所述充气单元17经由过滤器连接空压机，所述抽吸单元20包括真空泵。空压机提供一定压强的气路输出，经过二氧化碳或水过滤器处理得到不含或含有痕量二氧化碳的干空气，再将干空气接入红外光谱仪后方自带的气路吹扫口，进行红外光路的背景的吹扫。

在一个实施例中，光照模块主要由氙灯和快门开关以及光纤组成。氙灯功率150W，光束经光纤传导后，在光纤末端的光强度约42～44 mW/cm²。

在一个实施例中，所述检测系统包括控制单元，其连接所述原位反应模块1、红外光谱检测模块37、充气单元17和抽吸单元20。

在一个实施例中，处理模块43包括数字信号处理器、专用集成电路 ASIC或现场可编程门阵列FPGA，处理模块43包括存储器，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

在一个实施例中，加热模块23主要由温控仪和加热台构成。加热台置于原位反应池中，集成了陶瓷加热片和Pt-100热电偶，加热台两侧通过打孔的方式加装了钢丝拉环，以方便从池体上方拆卸出来进行维修更换，加热台底部的电路板上焊接有接插连接器，与焊接在池体底部的连接器连接，实现加热信号和温控信号在池体内部的传输。加热台主体材料选用稳定性突出的聚四氟乙烯，以减少测试过程中加热台材料自身的老化。温控仪集成在红外光谱仪样品室外罩的操作面板上，控温精度0.1℃，加热范围为室温-240℃。

为了进一步理解本实用新型，因为加工工艺和设计难度的问题，现有技术使用不锈钢的原位反应模块，现有技术采用的不锈钢材质存在以下几个缺陷：一是不锈钢材质不透明，很难从外部观察到内部的情况，因此对于清洗和维护都造成了很大障碍；二是不锈钢材质在加工时表面留下了许多微小的加工纹路，使得原位反应池内壁十分不光滑，使得检测过程中，原位反应模块内壁容易吸附二氧化碳、水等小分子，当温度升高时，这些被吸附的小分子又会解吸附扩散到整个原位反应模块中，对于检测结果的准确性产生较大的影响；三是不锈钢材质本身具有一定的催化活性，在检测过程中加入光照及温度等条件后，极易对原位反应模块内的某些物质产生催化作用，加剧反应池内反应过程的复杂性，难以对检测结果做出有效分析。本实用新型采用石英材质制作原位反应模块，同时解决了清洗难、易吸附、易催化的问题。

图4示出了本实用新型一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的原位反应模块的气密性对比示意图。现有技术均采用螺纹紧固的方式进行密封，由于紧固过程中螺帽沿着螺纹旋转带来较大扭矩，会使O形密封圈发生形变而影响密封效果。本申请的法兰紧固结构后由于端口连接处在紧固过程中不存在扭矩，使得O形密封圈可以完好地保持原有的形状，从而保证密封效果。从图4所示的气密性对比示意图中可以看出，在相同条件下，本实用新型的石英原位反应模块气密性、保压能力远远高于现有技术。本实用新型提高了密封性能，避免了气密性不足对于数据稳定性及准确性带来的不良影响。

现有技术需要先背景吹扫、然后原位反应模块吹扫，其对整个样品室进行吹扫，吹扫效果很差，即使吹扫一小时，背景噪音依然很强，然后还需要对原位反应模块吹扫。本实用新型仅需吹扫红外入射区域40和红外出射区域41，达到稳定和降低背景噪音的目的。图5示出了本实用新型又一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的吹扫1小时后背景噪音信号与现有技术的对比示意图，图6示出了本实用新型又一个实施例的实施所述高分子材料老化的检测方法的吹扫1小时后背景噪音的稳定性与现有技术的对比示意图，如图5和6所示，经过1小时吹扫后，采用本实用新型得到的背景噪音信号远远小于采用旧方案得到的背景噪音信号，且背景噪音的稳定性有大幅提高，说明本实用新型的背景吹扫更有效。

现有技术中，原位光谱模块和红外光谱检测模块是独立的两部分，必须先在样品室外完成反应气体充入，之后才能将原位光谱模块放入红外光谱检测模块中进行吹扫工作，两项工作无法同时进行。本实用新型可以吹扫和充入反应气体同时进行且互不干扰，进一步缩短了检测周期。同时，在第一和第二电磁阀的控制下可以方便地将原位光谱模块中的气态产物导出到其他仪器中进行进一步检测，扩展了装置的使用功能。

工业实用性

本实用新型的高分子材料老化的检测方法、检测装置及检测系统可以在高分子材料检测领域制造并使用。

尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (10)

1.一种检测高分子材料老化的装置，其特征在于，所述装置包括原位反应模块(1)和红外光谱检测模块(37)，

原位反应模块(1)包括：红外入射端(3)和红外出射端(6)，

红外光谱检测模块(37)包括：发光端(38)，检测端(39)以及检测区域(42)，

其中，红外入射端(3)，位于十字通道的水平方向通道的一侧的红外入射端(3)经由第一法兰紧固结构(4)密封连接红外入射窗片(5)，

红外出射端(6)，位于十字通道的水平方向通道的另一侧的红外出射端(6)经由第二法兰紧固结构(7)密封连接红外出射窗片(8)，红外入射窗片(5)和红外出射窗片(8)形成水平的第一光路，

发光端(38)，其用于发射红外光，

检测端(39)，其用于接收和检测穿过原位反应模块(1)的红外光，发光端(38)和检测端(39)形成第二光路，

检测区域(42)，用于容纳所述原位反应模块(1)的检测区域(42)位于发光端(38)和检测端(39)之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

第一和/或第二法兰紧固结构的两个连接端面分别设有环形氟橡胶圈(14)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第二光路和所述第一光路同轴，发光端(38)发出第二预定强度的红外光沿着第二光路通过红外入射区域(40)进入原位反应模块(1)使得红外光按照第一光路穿过气态产物，穿过所述气态产物的红外光经由红外出射区域(41)进入所述检测端(39)，所述检测端(39)检测所述气态产物的红外光谱信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述红外入射窗片(5)和所述发光端(38)形成密封的红外入射区域(40)，以及所述红外出射窗片(8)与检测端(39)形成密封的红外出射区域(41)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

原位反应模块(1)，用于在密封环境下提供耦合反应的原位反应模块(1)包括呈十字形通道的石英池本体(2)，

所述石英池本体(2)包括：红外入射端(3)、红外出射端(6)、光照端(9)、样品通过端(13)、进气口(15)以及出气口(18)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

光照端(9)，位于十字通道的垂直方向通道的上侧的光照端(9)经由光纤连接光照模块(10)以垂直向下照射，光照端(9)经由第三法兰紧固结构(11)密封连接紫外透过窗片(12)，

样品通过端(13)，位于十字通道的垂直方向通道的下侧的样品通过端(13)开启和密封以输入样品且保持原位反应模块(1)形成密封环境，

其中，第一、第二和/或第三法兰紧固结构的两个连接端面分别设有环形氟橡胶圈(14)。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

进气口(15)，设在石英池本体(2)侧壁上的进气口(15)经由第一电磁阀(16)连接充气单元(17)以可调节地充入反应气体到原位反应模块(1)，

出气口(18)，设在石英池本体(2)侧壁上的出气口(18)经由第二电磁阀(19)连接抽吸单元(20)以可调节地从原位反应模块(1)中抽出气体。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

承载平台(21)，其用于水平承载高分子材料样品的承载平台(21)位于十字交叉口且位于第一光路下方；

耦合反应发生单元(22)，其包括设在石英池本体(2)外经由光纤连接的光照模块(10)、用于以预定温度加热高分子材料样品的加热模块(23)、施加湿度到高分子材料样品的湿度模块(24)、施加预定pH值到高分子材料样品的酸碱度生成模块(25)和/或用于氧化高分子材料样品的氧化模块(26)，所述光照模块(10)包括太阳光模拟器(27)和光强传感器(28)、所述加热模块(23)设有加热单元(29)和温度传感器(30)、所述湿度模块(24)包括喷雾器(31)和湿度传感器(32)、酸碱度生成模块(25)包括酸碱度发生器(33)和酸碱度检测单元(34)、和/或氧化模块(26)包括氧化单元(35)和氧化检测单元(36)；以及

处理模块(43)，其一端连接所述光强传感器(28)、温度传感器(30)、湿度传感器(32)、酸碱度检测单元(34)和/或氧化检测单元(36)，另一端连接所述第一电磁阀(16)、第二电磁阀(19)、红外光谱检测模块(37)以及光照模块(10)、加热模块(23)、湿度模块(24)、酸碱度发生器(33)和氧化单元(35)中的一个或多个，所述处理模块基于接收的数据调节所述原位反应模块(1)和红外光谱检测模块(37)获得气态产物且基于气态产物的浓度变化数据得出高分子材料的老化速率。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

处理模块(43)包括：

数据处理单元(44)，其将预定时间间隔连续采集的红外光谱信号形成基于时间的谱图组，

计算单元(45)，其对比谱图组中预定波长区间内峰强度随时间的变化以确定气态产物随时间的浓度变化数据，

评价单元(46)，其基于气态产物的浓度变化数据得出高分子材料的老化速率。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述红外入射窗片(5)和/或红外出射窗片(8)为CaF₂窗片，所述承载平台(21)可拆卸地连接石英池本体(2)；以及

所述充气单元(17)经由过滤器连接空压机，所述抽吸单元(20)包括真空泵。